水電站低壓水輪發電機組中計算機監控系統的應用探究

馬伽洛倫德宏師范高等專科學校，云南芒市　678400

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水電站低壓水輪發電機組中計算機監控系統的應用探究

馬伽洛倫
德宏師范高等專科學校，云南芒市678400

摘要基于水電站低壓機組的現實應用需求，探尋可以實現完善監控的計算機監控系統，并對其特點、結構、配置等進行分析。

關鍵詞水電站；低壓機組；水輪發電；監控系統；計算機

我國東西地勢落差極大，可供利用的水利資源極為豐富。國家在疆域內的大小江河流域建設了無數的水利工程，用以抗洪與發電。大江大河中建設的大中型水電廠在設備配置和生產管理上較為完善，其監控系統立足于先進的計算機管理技術，在大體上已經實現了無人自動化運行。而在中小流域上建設的小型水電站，則在自動化運行上依然存在一定的不足。究其原因，主要是資金的投入和相關部門的重視度不夠，制約了自動化設備的引進。本文便從小型水電站入手，探究計算機監控系統于水輪低壓發電機組中的具體應用。

1　監控系統的現狀

我國在20世紀末開始重視起小型水電站與大型水電廠的自動化改造，目前，大型水電廠在計算機監控方面已經基本上實現了自動化改造，并取得了令人可喜的成就。小型水電站中則僅有一部分進行了改造，因各種各樣的原因，在改造后出現了以下幾個問題。

首先，不同水電站所選用的系統設備是不同的，因廠家間沒有溝通，所以導致產品與產品所使用的接口都是各不相同的，很難或幾乎無法實現接口的兼容，導致了監控系統的通信困難

其次，有些規模較小的水電站沒有考慮到手工操作的必要性，在設置上存在缺陷，自動化系統在運行中常常發生長時間停機問題。關于這一點，可見于云南的某一小型水電站，該站低壓機組僅有2x200kW，僅需使用最為簡單的自動化系統，進行手工開機與自動停機的隨機切換。然而，該水電站所采用的自動化系統并沒有在監控系統中建立單獨的手動操作功能，而是將所有操作交諸于智能電腦的控制，于是在運行過程中因為某些模塊的故障而導致開機失敗，之后工作人員耗費了極長的時間來購置、更換模塊，造成該水電站周邊地區的用電受到了嚴重影響。

最后，監控系統的運行需要大量傳感器、儀表或元件的支持，而許多水電站沒有將測量傳感器準備齊全，計算機監控系統在運行時缺乏足夠的依據，軟件無法運行，導致了大電站發電效率的明顯下降。而用于主機保護的溫度儀、壓力儀沒有進行相應的配備，這又使得發電機組難以實現故障的有效判斷與強力維護。

針對上述缺陷，技術人員設計出一種更符合水電站中低壓水輪發電機組運行需求的計算機監控系統，以“自動化監控+簡易手動操作”的模式對機組進行停開機的優化管理。

2　自動為主手動為輔的新型監控系統

2.1系統的特點、配置與結構

新系統與舊系統不同，在系統應用的開發環境上以及用戶接口的兼容性上有了很大的改進，與ISO和IEEE開發性標準相符，不再配置有自動調速器，而是安裝了更多的調節器和操作器。鑒于小型水電站的特殊之處，監控系統在安裝時采取了組屏式的安裝方法，在同一組屏中安裝了二次測量設備、控制設備、一次電氣設備以及保護設備，實現了一機一屏。與舊系統相比，這樣的系統在層次上更加明晰，實用性得到了增強，監控系統具有了網絡連接的可能，結構和各單元的軟硬件設計也更加靈活，維修難度大大降低。

就監控系統的具體配置而言，可分為計算機、電源、顯示屏、現地控制單元、GPS主站以及通訊用服務器，其中負責協調PLC自動控制器與手動操作裝置的結構便是現地控制單元。因系統具有簡易手動控制要求，所以系統配備了微機操作器、溫度巡測儀、勵磁調節裝置、微機同期裝置以及測速裝備等可以手工控制的自動化獨立裝置，并使其與現地控制單元相連，為發電機組的運行收集相關信息，如數據處理記錄、歷史事件記錄以及報警記錄等，并及時反饋給監控系統，以便管理者可以及時了解到水電站機組的整體運作情況。

就監控系統的宏觀結構而言，其主體為屏式結構，核心為通信模塊，之后通過連線方式實現了對各功能單元的控制。監控系統由微機防誤閉鎖裝置、GPS時鐘、便攜式后臺機、交直流屏、智能通信接口以及調試專用窗口共同構成，使用220V交流電作為主供，并備有直流電作備用供應，在運行過程中自動切換主供與備用的兩種電流。除此之外，系統還具有3kW～5kW的UPS接地，并與系統接地、水電站接地裝置相連成一個整體。

2.2功能

監控系統按照結構可分為網絡通訊模塊、主站以及現地控制單元三大部分。其中，主站對整個水電站的運行進行集中監控，實時調節和控制水電站主體設備的運行。現地控制單元則主要針對升壓站和發電機組等公用設備進行監控，其監控命令由主站下發，由現地控制單元負責實行。若主站無法正常工作，或網絡存在問題無法進行實時通信，則由現地控制單元進行獨立操控。

通訊模塊則有內外通信之分，其中內部通信模塊連接勵磁裝置、主站、服務器、保護裝置以及操作器，負責這些設備之間的內部通信；外部通信則是水電站的監控系統與外界的水情測報系統或上級調度部門進行通信連接，通過信息的遞交與命令的返回實現對低壓發電機組等設備運行狀況的宏觀管控。就監控系統的通信而言，系統與調度中心之間主要通過以太網中的RTU技術進行信息實時交換和功能調節的遠程控制；PC上位機與IPC 加PLC下位機之間的通信則是借助RS-485線路進行通信；下位機IPC和下位機PLC之間的通信，則同樣以RS-485線路為通信通道，所用的通信程序符合通信協議與通信規約；而溫度巡檢儀、水輪機操作器等設備則與監控系統通過串行通信接口以及RS-485線路進行通信連接。

以云南瀾滄江流域某水電站的監控系統為例，該系統結構如下：電廠局域網（廣域信息網與遠程專家）→監控系統（工程師站、數據服務器以及具有通信功能的計算機）→狀態監控局域網（負責采集信號并進行數據預處理的現地盤柜N座）。就狀態監控局域網而言，系統在機組中安置了傳感器。一旦發生任何問題，測量所得的波形將會變化，在經過監控系統中主站計算機的比對后，對其故障原因進行分析，并根據不同原因采取停開機操作，若依然存在異常問題，則會由計算機向遠程專家反饋，安排專業人士進行實地解決。事實上，系統還自帶有一套用于分析各種信號的工具，一旦機組出現故障，系統便可通過內嵌的自動診斷程度對參數進行量化分析，判斷機組發生的相應故障。

3　結論

對于低壓發電機組在水電站中的正常運作，計算機監控系統是必不可少。系統在配置、結構、功能上的不同設置，都會對水輪機組的運行帶來影響。本文對水電站中支持低壓發電機組運行的計算機監控系統進行了分析與介紹，以供從事此研究或此類工作的人員參考。

參考文獻

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作者簡介：馬伽洛倫，講師，工作單位為云南省德宏師范高等專科學校理工系，研究方向為軟件工程、水電站計算機監控系統。

中圖分類號TM6

文獻標識碼A

文章編號1674-6708（2016）155-0117-02