水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

劉丹

摘要：根據(jù)當(dāng)前的水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控發(fā)展情況，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，利用自動(dòng)的電壓控制程序，合理分配各機(jī)組功率，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的調(diào)度來提高水電站的自動(dòng)化水平。同時(shí)，使用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以降低運(yùn)行控制人員的勞動(dòng)量和水電站的運(yùn)行費(fèi)用。隨著無人值班的普及，對(duì)于水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)有了更高的要求。因此，智能化水電站將在以后的水電站自動(dòng)化發(fā)展中成為趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；現(xiàn)地控制單元；廠站控制層

1.國(guó)內(nèi)外水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀

目前在國(guó)外水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中有兩種監(jiān)控模式：“集成型”和“專用型”。兩種模式各具有優(yōu)缺點(diǎn)，“集成型”是一種開放的通用模式，其優(yōu)點(diǎn)是以可編程控制器（PLC）為核心，通過勵(lì)磁機(jī)、調(diào)速器、保護(hù)裝置等設(shè)備的上傳數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，從而具有靈活的結(jié)構(gòu)，通用性強(qiáng)，但同時(shí)也形成了其缺陷，就是設(shè)備冗雜，功能分散。它已普遍使用于發(fā)達(dá)國(guó)家，而且具有比較成熟的技術(shù)；“專用型”相對(duì)于“集成型”系統(tǒng)簡(jiǎn)潔，功能相對(duì)集中，但是設(shè)備進(jìn)口的價(jià)格比較高。

2.某水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

下文將以某水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)項(xiàng)目為背景，介紹該水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、選型、功能和應(yīng)用。

2.1水電站概況

該水電站位于江西干流，潯江末端的長(zhǎng)洲島河段。本工程為江西下游河段廣西境內(nèi)的一個(gè)梯級(jí)電站。電站分為內(nèi)江廠房和外江廠房，共裝機(jī)15臺(tái)單機(jī)容量42MW的燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)母線是擴(kuò)大單元接線，每3臺(tái)發(fā)電機(jī)經(jīng)1臺(tái)變壓器升壓后接入開關(guān)站，內(nèi)江中控室控制全廠15臺(tái)機(jī)組及內(nèi)外江所有附屬設(shè)備，內(nèi)外江距離4km，使用24芯單模光纜連接。

2.2水電站的中體計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

水電站監(jiān)控系統(tǒng)分為兩個(gè)部分，即外江計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和內(nèi)江計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，兩者既可以單獨(dú)運(yùn)行也可以聯(lián)合運(yùn)行。內(nèi)外江上位機(jī)均采用南京南瑞集團(tuán)公司的NC 2000監(jiān)控系統(tǒng)軟件。在整個(gè)電站建成后運(yùn)行人員平時(shí)將在內(nèi)江廠房中的中控室對(duì)電站的所有設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。因此，在本文主要介紹該水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的外江部分。

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是使用的全分布開放式的全廠集中監(jiān)控的方案，設(shè)置上位機(jī)（負(fù)責(zé)全廠集中監(jiān)控任務(wù)的電廠級(jí)控制系統(tǒng)）、負(fù)責(zé)完成機(jī)組等公用設(shè)備的監(jiān)控控制系統(tǒng)。

2.3上位機(jī)的設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)的操作系統(tǒng)尤其重要，南瑞的NC2000是最常用的操作系統(tǒng)，它的適配性最好，價(jià)格最為便宜，運(yùn)行操作簡(jiǎn)單，但是其支持服務(wù)器能力沒有UNIX強(qiáng)大，UNIX是國(guó)際大型服務(wù)器系統(tǒng)的首選，因?yàn)槠湫阅芸煽浚踩?jí)別高，處理能力強(qiáng)，但是他的價(jià)格也相對(duì)昂貴。

因此，外江電廠級(jí)控制中心的主要設(shè)備有，兩套主機(jī)兼操作員工作站，作為外江電廠的控制中樞。兩套通信工作站，用于與上級(jí)調(diào)度系統(tǒng)以及外江的保護(hù)和錄波信息管理系統(tǒng)主機(jī)，故障錄波系統(tǒng)等的通信。一套計(jì)算機(jī)五防系統(tǒng)，主要有主機(jī)、通信適配器、編碼鎖等配套設(shè)備。兩臺(tái)網(wǎng)絡(luò)激光打印機(jī)。一套GPS衛(wèi)星時(shí)鐘系統(tǒng)。一套在線式主機(jī)冗余的不間斷電源（UPS），為外江電廠級(jí)控制中心及其他需要點(diǎn)源可靠性較高的設(shè)備提供電源。

2.4通信層的設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)通信層是廠站層與廠站系統(tǒng)層的網(wǎng)絡(luò)通信的傳送通道，它的要求是：傳輸穩(wěn)定可靠、傳輸速度快、無丟包、抗干擾能力強(qiáng)故障率低。

電廠控制系統(tǒng)要求采用冗余星形的交換式100M/s光纖以太網(wǎng)。內(nèi)外江各配置兩臺(tái)，內(nèi)外江的連接采用1G/s的超級(jí)冗余連接。廠用配電裝置采用現(xiàn)場(chǎng)總線連接，公用設(shè)備和通風(fēng)等公用設(shè)備與現(xiàn)地控制柜的通信采用星形交換式100M/s光纖以太網(wǎng)。

2.5現(xiàn)地控制單元（LCU）的設(shè)計(jì)

LCU采用冗余型PLC，具有分布式智能I/O模件、多計(jì)算機(jī)通信接口和雙100M/s以太網(wǎng)接口。在本地層PLC主要控制水輪機(jī)組、機(jī)組輔助設(shè)備、斷路器等。以PLC采集水輪機(jī)組數(shù)據(jù)為例：一是采集和處理模擬量，包括定時(shí)采集、保護(hù)措施、采集機(jī)組在有功和無功時(shí)的電流和電壓等等；二是采集和處理數(shù)字量，它主要完成定時(shí)采集，檢查狀態(tài)、對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行更新，如果有事故信息傳輸?shù)絃CU則就會(huì)根據(jù)事故信號(hào)來采取相應(yīng)措施來保護(hù)設(shè)備；三是采集和處理電度量，利用串口的連接方式來連接智能電度表，采集機(jī)組電度量，在LCU屏內(nèi)安裝這個(gè)智能電度表。

2.6緊急停機(jī)回路

機(jī)組還配備了手動(dòng)緊急停機(jī)回路，在LCU機(jī)柜上設(shè)計(jì)緊急停機(jī)按鈕，直接作用于緊急停機(jī)電磁閥和機(jī)組出口開關(guān)跳閘回路。其工作原理就是通過硬布線直接作用于緊急停機(jī)電磁閥和機(jī)組出口開關(guān)跳閘回路。這樣設(shè)置的優(yōu)點(diǎn)是萬(wàn)一機(jī)械及電氣的保護(hù)裝置無法對(duì)機(jī)組的異常反饋事故信息，但是監(jiān)控系統(tǒng)中的其他方式發(fā)現(xiàn)異常或者巡回檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)異常可以在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行人工緊急停機(jī)。硬布線可以在計(jì)算機(jī)完全失去作用后也能保證機(jī)組解列停機(jī)，這樣就為設(shè)備安全和人身安全增加了一道防線。

3.某水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

到目前年為止，該水電站已經(jīng)完成建設(shè)并且其計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行了6年左右的時(shí)間，在運(yùn)行過程中仍在對(duì)其不斷地完善和發(fā)展，現(xiàn)在該系統(tǒng)能夠完成正常的上下機(jī)位之間的通信，實(shí)時(shí)完成模擬量、開關(guān)量、SOE、電能量等的采集工作，同時(shí)還能進(jìn)行實(shí)時(shí)地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)管理、處理以及訪問。該水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)整體運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)時(shí)可靠，能夠滿足對(duì)于長(zhǎng)洲水電站的監(jiān)測(cè)以及控制，符合現(xiàn)代化水電站對(duì)于監(jiān)控系統(tǒng)的要求。

4.結(jié)語(yǔ)

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，并且在應(yīng)用中取得了很好的實(shí)際效果。通過本文的分析可以看出，在水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中合理的設(shè)計(jì)LCU以及利用PLC，可以保證電站運(yùn)行的可靠性，同時(shí)也能夠很好的提高電站的自動(dòng)化水平，希望在以后的發(fā)展中能夠更好地利用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在水電站中的應(yīng)用。

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