水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)

摘要：計算機監(jiān)控系統(tǒng)是水電廠運行管理的關(guān)鍵，是水電廠安全生產(chǎn)的前提保證，它具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、涉及面廣、科技含量高的特點。本文簡述了監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展過程，詳細介紹了計算機監(jiān)控系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、功能特點及其軟件模塊功能的實現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：監(jiān)控系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計；軟件模塊

1. 前言

自20世紀(jì)80年代初期以來 ，國外在水電廠監(jiān)控系統(tǒng)上普遍采用計算機監(jiān)控技術(shù)，水電廠計算機監(jiān)控控制水平及自動控制功能，性能的得到極大的提高，許多水電廠實現(xiàn)了無人值班看守。這種管理模式提高了水電廠動力設(shè)備運行的可靠性，降低了水電廠的運行成本。另外，由于水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)集成度高，減少了控制系統(tǒng)的占地面積及外部電纜數(shù)量，因此降低了水電廠的建設(shè)成本[1]。

充分提高水電廠自動化監(jiān)控水平和經(jīng)濟運行水平，對保證國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展有著極其重要的意義。電力生產(chǎn)過程的特點是，電磁干擾大，信號量多而廣，控制對象多（包括水電機組、輔助設(shè)備、開關(guān)站等），控制過程復(fù)雜。對

作者簡介：李海峰（1982-），男，江蘇南通人，工程師，主要從事水電廠設(shè)備維護與管理工作。E—mail：bo2345@163.com。

自動化裝置的實時性、測量精度以及可靠性等方面都有較高的要求，傳統(tǒng)的監(jiān)

2. 控設(shè)備功能已越來越不能夠滿足電力工業(yè)日益發(fā)展的需要，而以可編程計算機控制器、工業(yè)以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的自動化監(jiān)控設(shè)備以其技術(shù)先進、功能強、實時性高、可靠性好等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用[2]。同時，能夠給操作人員提供了友好的人機接口界面，主要完成數(shù)據(jù)的加工處理，在主接線處畫面顯示數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫和歷史文件中，對開關(guān)變位和數(shù)據(jù)越限進行報警、制作數(shù)據(jù)報表等。計算機監(jiān)控系統(tǒng)成為了水電廠自動化運行管理過程中的一大關(guān)鍵組成部分，其在水電廠自動化運行管理及控制實施過程中發(fā)揮著安全運行與安全監(jiān)控這兩個方面的重要作用[3] [4]。

3. 水電廠監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計和組成

監(jiān)控系統(tǒng)采用的結(jié)構(gòu)是分層分布，設(shè)有按被控對象分布的現(xiàn)地分散的現(xiàn)地控制級和全廠集中的主控級。計算機監(jiān)控系統(tǒng)主要方向就是按“無人值班”（少人值守）來設(shè)計，并遵循以下的幾點基本思路：

根據(jù)國內(nèi)水電站自動控制技術(shù)的水平和發(fā)展方向，采用現(xiàn)代監(jiān)控系統(tǒng)成熟技術(shù)，全計算機監(jiān)控系統(tǒng)，全分布系統(tǒng)；

上位機系統(tǒng)采用主機/操作員工作站+打印服務(wù)器+通訊工作站；

操作系統(tǒng)采用Window NT系統(tǒng)；

設(shè)有AGC、AVC調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，根據(jù)節(jié)水、多發(fā)電的標(biāo)準(zhǔn)，按經(jīng)濟合理的原則在機組間進行最優(yōu)負(fù)荷分配；

為了充分考慮與省調(diào)計算機系統(tǒng)之間的通信的可靠性和穩(wěn)定性，計算機監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)實現(xiàn)省調(diào)對電站的遠程調(diào)度。

4. 水電廠的計算機監(jiān)控系統(tǒng)主要特點

系統(tǒng)采用多CPU處理方式，監(jiān)控、保護配置相互獨立，在站控級計算機出現(xiàn)異常時，保護功能仍能獨立發(fā)揮作用。

系統(tǒng)采用全分布、開放式結(jié)構(gòu)。各間隔層和站控級計算機之間相互獨立，任何局部單元出現(xiàn)故障都不會影響其它單元或站控級設(shè)備。

各種電氣參數(shù)的大屏幕液晶顯示窗口和可供操作的鍵盤。

系統(tǒng)具有功能較強的人機接口、全漢化的友好界面。

系統(tǒng)具備防誤操作功能和完善的自我診斷、自我恢復(fù)功能。

5. 水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)主要功能

4.1數(shù)據(jù)采集和處理

自動采集模擬量、開關(guān)量、脈沖量等輸入的各類實時數(shù)據(jù)；

形成報警記錄并發(fā)出報警音響，對接收的數(shù)據(jù)進行報警處理檢查，對采集的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)庫的刷新；

脈沖累積、電度量的分時累計和總計；

進行數(shù)字量、模擬量的計算、用于監(jiān)視、控制和報警；

主、輔設(shè)備動作次數(shù)和運行時間等的統(tǒng)計并歸檔；

向外部系統(tǒng)發(fā)送其所需要的信息。

4.2狀態(tài)安全監(jiān)視

包括模擬量數(shù)據(jù)合理性檢查、工程單位變換、模擬量數(shù)據(jù)變化及越限檢查。

按照規(guī)定的格式產(chǎn)生報警和記錄。狀態(tài)量變化次數(shù)記錄并歸檔。

對重要開關(guān)的動作和繼電保護動作，按不同性質(zhì)（事故、故障或狀變）和發(fā)生時間的先后進行事件順序記錄，以便進行事故分析，主要有：發(fā)電機電壓及以上電壓等級斷路器的動作停車和發(fā)電機、變壓器主保護動作停車等以及35KV電壓的各級母線三相電壓、頻率，35KV電壓等級出線的三相電流值，發(fā)電機出口電壓、電流等在事故期的事故追憶。

對發(fā)電機定子溫度、軸承溫度、主變油溫等進行趨勢分析。

4.3控制操作

運行人員可以在控制臺上做發(fā)電、停機、空載、P/Q調(diào)節(jié)、主變有載分接頭升、降和開關(guān)（或刀閘）合、分等控制操作。計算機對運行操作分為兩類命令，對命令的合法性檢查和控制的閉鎖條件檢查，對非法命令和不滿足閉鎖條件的控制操作，監(jiān)控系統(tǒng)將拒絕執(zhí)行，并顯示操作信息區(qū)提示拒絕執(zhí)行的具體原因。

4.4自動電壓控制（AVC）

電壓自動控制能適應(yīng)電站的實際運行方式，它能根據(jù)電站開關(guān)站母線電壓，對全廠無功進行實時調(diào)節(jié)，使開關(guān)站母線電壓維持在給定值處運行，在運行機組間合理分配電站無功。

4.5自動發(fā)電控制（AGC）

自動發(fā)電控制能根據(jù)調(diào)度中心要求的發(fā)電功率或下達的負(fù)荷曲線，同時考慮效率特性曲線，或確定最佳運行的機組臺數(shù)、機組的組合方式和機組間最佳有功功率分配，對全廠的機組的有功功率進行控制。

4.6系統(tǒng)通信功能

與外部系統(tǒng)（省調(diào)）之間的通信；

與廠內(nèi)其他子系統(tǒng)的通信；

與時鐘同步裝置的通信。

系統(tǒng)能正確接收GPS時鐘信息，以實現(xiàn)本系統(tǒng)內(nèi)各節(jié)點與系統(tǒng)實時時鐘的同步。

4.7人機接口及操作

人機接口能使電站的運行操作人員、維護人員和系統(tǒng)管理工程師，通過操作員站、工程師站等的人機接口設(shè)備，如顯示器、通用鍵盤、鼠標(biāo)以及漢字打印機等，實現(xiàn)對電站的監(jiān)視、控制及管理功能。其基本功能和操作如下：

（1）人機接口滿足要求

對電站設(shè)備操作員只允許進行監(jiān)視、控制調(diào)節(jié)和參數(shù)設(shè)置等操作，而不允許修改或測試各種應(yīng)用軟件；

人機接口操作方法簡便、靈活、可靠；

任何人機聯(lián)系請求無效時顯示出錯信息

給不同職責(zé)的運行管理人員提供不同的安全等級操作權(quán)限；

運行人員能根據(jù)操作權(quán)限在控制臺方便準(zhǔn)確地設(shè)置或修改運行方式、負(fù)荷給定值及運行參數(shù)限值等；

操作過程中操作步驟簡單明了，有必要的命令校核及閉鎖功能

運行人員能根據(jù)操作權(quán)限完成參數(shù)設(shè)值及輸入點狀態(tài)設(shè)值。

（2）畫面顯示

運行人員能通過鍵盤或鼠標(biāo)選擇畫面顯示。畫面顯示功能做到組織層次清晰明了，信息主次分明，美觀實用；畫面圖符及顯示顏色定義符合中華人民共和國《電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 578-95》有關(guān)規(guī)定。屏幕顯示畫面的編排包括時間顯示區(qū)、畫面靜態(tài)及動態(tài)信息主顯示區(qū)、報警信息顯示區(qū)及人機對話顯示區(qū)。

顯示的主要畫面包括電站電氣主接線圖（其中主要電氣模擬量能以模擬表方式顯示），機組及風(fēng)、水、油系統(tǒng)等主要設(shè)備狀態(tài)模擬圖，機組運行狀態(tài)轉(zhuǎn)換順序流程圖，機組運行工況圖（P-Q圖）、各類棒圖、曲線圖，各類記錄報告，操作及事故處理指導(dǎo)，計算機系統(tǒng)設(shè)備運行狀態(tài)圖等。其畫面監(jiān)視的主要內(nèi)容如下：

監(jiān)視水輪發(fā)電機組的運行工況、工況轉(zhuǎn)換及實時運行參數(shù)以及機組狀態(tài)；

監(jiān)視輔助設(shè)備、公用設(shè)備的運行狀況；

監(jiān)視機組進水閥的位置及運行狀態(tài)；

監(jiān)視變壓器及其輔助設(shè)備運行工況及實時運行參數(shù)；

當(dāng)出現(xiàn)故障和事故，立即發(fā)出中文語音報警。中文語音報警可通過人機接口全部禁止或禁止某個LCU單元。通過在線或離線編輯禁止或允許單個語音報警。

運行人員可以退出任何確認(rèn)的誤報警點。

（4）記錄和打印功能

各類操作記錄、事故和故障記錄；

各類異常報警和狀態(tài)記錄、趨勢記錄；

事故追憶及相關(guān)量記錄；

報表記錄及曲線打印；

畫面及屏幕拷貝。

（5）操作票

對電廠常用的重要操作如開、停機操作、倒閘操作等，系統(tǒng)具有專用操作票畫面，內(nèi)容包括有關(guān)主接線、設(shè)備狀態(tài)、人機聯(lián)系手段、操作步驟語句等。可對操作票進行編輯、修改、打印。

6. 軟件系統(tǒng)功能模塊實現(xiàn)

系統(tǒng)功能模塊主要包括：系統(tǒng)配置、機組狀態(tài)監(jiān)測、診斷、信號分析處理、狀態(tài)報告、維護、實用計算模塊、網(wǎng)絡(luò)發(fā)布等模塊。

5.1：系統(tǒng)配置模塊

系統(tǒng)配置主要是指硬件配置，在ENTEK IRD中完成，在ENTEK IRD中的配置完成后，在CMFD中進行刷新處理，以把ENTEK數(shù)據(jù)庫中的硬件設(shè)置與CMFD中設(shè)置結(jié)合起來，并必須有一個CMFD硬件設(shè)備數(shù)據(jù)庫。本數(shù)據(jù)庫是取自ENTEK硬件數(shù)據(jù)庫中的。

5.2：機組狀態(tài)監(jiān)測模塊

機組狀態(tài)監(jiān)測分為三種圖形顯示：（1）單信號時間曲線圖；（2）單信號實時監(jiān)測屏模擬圖；（3）系統(tǒng)全部信號實時數(shù)據(jù)表圖。

單信號時間曲線圖用來顯示每一信號的實時時間曲線，單信號實時監(jiān)測屏模擬圖顯示每一信號的實時棒圖，系統(tǒng)全部信號實時數(shù)據(jù)表圖在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖上顯示整個系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)。

5.3：信號分析功能模塊

信號分析是CMFD系統(tǒng)的關(guān)鍵，只有確實可靠的、自動獲取的信號分析功能才能實現(xiàn)系統(tǒng)的智能化診斷。由于在加載時會使程序運行緩慢，故此部分做成DCOM控件和DLL庫。

5.4：診斷模塊

診斷是CMFD軟件的最終目的。本系統(tǒng)的在線診斷首先采用報警故障與專家系統(tǒng)結(jié)合，在某信號發(fā)生報警時觸發(fā)診斷程序，根據(jù)故障樹進入深度搜索、規(guī)則匹配，通過對等特征量的檢驗，最終定向故障類，給出診斷報告。

系統(tǒng)定期調(diào)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷程序?qū)ο到y(tǒng)進行診斷，以求判別無報警發(fā)生時含有的先期故障。系統(tǒng)在用戶的需求下進行設(shè)備故障樹與專家系統(tǒng)結(jié)合診斷。

5.5：維護工具

維護工具主要是對數(shù)據(jù)庫的維護，定時處理日常數(shù)據(jù)，以保證數(shù)據(jù)庫的容量和正常運行。

5.6：網(wǎng)絡(luò)發(fā)布模塊

在這個模塊中主要處理一個實時數(shù)據(jù)庫和一個狀態(tài)報告數(shù)據(jù)庫，可以定制發(fā)布頻率，控制網(wǎng)絡(luò)發(fā)布數(shù)據(jù)量，這一部分?jǐn)?shù)據(jù)庫存入或連入WEB服務(wù)器中，由WEB程序調(diào)用，定時刷新和刪除，確保數(shù)據(jù)的正常運行。

7. 結(jié)語

隨著水電廠無人值班少人值守工作的不斷深入和計算機技術(shù)信息技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展如今的水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該成為一個集計算機控制通信網(wǎng)絡(luò)電力電子為一體的綜合系統(tǒng)不僅可以完成對單個電站還需要實現(xiàn)對梯級流域甚至跨流域的水電廠群的經(jīng)濟運行和安全監(jiān)控。系統(tǒng)的成功應(yīng)用，大大減輕了水廠運行人員的工作強度，提高了勞動生產(chǎn)率和經(jīng)濟效益。

8. 參考文獻

[1] 郭謀發(fā)，曹舒.小型水電廠監(jiān)控系統(tǒng)方案及其通信軟件設(shè)計[J].中國農(nóng)村水利水電，2005，（4）：103-105.

[2] 陳造懷.水電站計算機控制[M].北京：水利電力出版社，1994.

[3] 李玉成.白石窯水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)[J].電工技術(shù)，2005，（7）：37-39.

[4] 施沖，朱辰，方輝欽，黃健.水電廠計算機監(jiān)控技術(shù)發(fā)展趨勢分析[J].水電自動化與大壩監(jiān)測，2002，26（6）：1-4.