水電站計算機監控系統的探討

林倩影

（福建水口發電集團有限公司）

水電站計算機監控系統的探討

林倩影

（福建水口發電集團有限公司）

水電站計算機監控系統是水電站運行管理的重要組成部分，是對整個水電站的設備進行監視、測量、控制和保護的計算機自動控制系統，提高了水電站的經濟效益和自動化程度。本文主要分析了水電站計算機監控系統的發展現狀，介紹了其結構、類型、原則，并對水電站計算機監控系統的意義做了討論。

水電站計算機監控系統；類型結構；意義

隨著電力體制“廠網分開，競價上網”的改革深化，計算機監控系統在水電站的應用越來越廣泛，水電站的監控水平和自動化水平日益提高。目前現階段，國內中大型水電站已經普遍應用水電站計算機監控系統，水電站計算機監控系統穩定、安全、可靠的重要性不言而喻。

1 水電站計算機監控系統的發展狀況

在歐美地區的一些工業發達國家，水電站計算機監控系統技術得到了較快且先進的發展[1]。在20世紀80年代起，計算機監控技術、水電站自動控制的功能、性能等就已經普遍應用在水電站計算機監控系統中，這個系統的特點是占地面積小、外部電纜數量少、集成度高、造價低。國外的水電站自動控制系統的模式主要有兩種：集成型和專用型。水電站自動控制系統在國內的應用尚處于推廣階段，都是以常規設備為主。為了實現各個設備的通訊、聯系、正常安全運轉，降低投資成本，專用型的自動控制系統早已經成為了業界研究開發的重點[2]。如表1所示的就是我國水電站計算機監控系統的發展歷程。

2 水電站計算機監控系統的類型、結構模式、應用原則

2.1 水電站計算機監控系統的類型

表1 我國水電站計算機監控系統的發展

根據計算機的系統結構、作用、配置、控制層次、功能等方面對水電站計算機監控系統進行分類，則水電站計算機監控系統的類型主要包括：①CASC方式，即以水電站的常規設備為主，計算機監控為輔的監控系統。②CBSC方式，即以水電站常規設備為輔，計算機監控為主的監控系統。③CCSC方式，即水電站常規設備與簡單計算機監控雙重設置的監控系統。④去掉水電站常規設備的全計算機監控系統。在這四種類型中，CCSC方式的結構較為復雜，造價較高，其雙重監控系統可以獨立運行，互為備用，可以切換，所以整個系統的可靠性更高。而最后一種全計算機監控系統實際上是CBSC的延伸，對計算機系統的冗余度和可靠性的要求較高，應用前景較好。

2.2 水電站計算機監控系統的結構模式

2.2.1 集中式監控系統

這種監控系統是對水電站整體運行的狀況進行集中的監視和控制，所有的操作控制指令和信息處理都是由計算機發出并完成的，這也導致了這個系統的一個缺陷：一旦計算機發生故障，那么整個監控系統都將陷入癱瘓[3]。目前這種模式已經基本不在中大型水電站中使用，但是由于其投資較少，控制簡單，所以對于一些機組容量小、送變電設備少，主接線簡單的小型水電站來說，這種模式仍然可以作為參考模式。

2.2.2 功能分散式監控系統

這種監控系統的主要特征是控制功能分散（以微處理機為中心構成子系統），管理集中（用計算機管理），從而實現負載、功能、危險、地域分散等功能。系統根據不同的功能設立多套對應設備，這些設備要能夠獨立完成各自功能。

2.2.3 分層分布式監控系統

這種系統的主要特征是控制對象比較分散，所以根據控制對象設置相應的配套裝置，形成控制單元，從而完成對控制對象的數據采集。這種監控系統是與水電站的分層控制系統結合應用，形成分層分布式監控系統，其特點是用戶和應用軟件可以移植，不同系統之間可以相互操作，系統擴展、升級和更新都比較方便，保護用戶的利益。這種模式已經廣泛應用于國內的水電廠。

2.3 水電站計算機監控系統的應用原則

2.3.1 大中型水電站計算機監控系統應用原則

對于大中型水電站來說，計算機監控系統一般分為幾個層次結構：現場控制層、站級監控層、梯級調度中心層[4]。整個監控系統設計技術的基本原則是：監控設備擴展性、維護性、可靠性較好，數據精度和相應指標符合規定和生產要求，同時采用雙網冗余技術來分散設備風險，提高系統的可靠性，降低誤操作性。

2.3.2 小型水電站計算機監控系統應用原則

小型水電站的計算機監控系統主要是以安全、可靠、經濟、實用為主要原則，提高系統的擴展性、適應性，實現系統的優化運行，降低成本。

3 水電站計算機監控系統的意義

水電站計算機監控系統是通過對水電站各種設備信息的采集和處理，實現對水電站的監視、控制和保護，使水電站更加安全可靠、穩定的運行。它的意義主要體現在以下幾個方面：

3.1 提高電網運行的穩定性和水電站設備的可靠性

水電站計算機監控系統能夠快速反應水電站的運行狀況，在水電站發生突發事故或者設備不正常運行時，監控系統可以迅速獲取設備運行的參數和狀態，并自動發出警告信號，引起操作人員注意。當水電站的設備出現故障時，控制系統可以自動將其停機，避免故障進一步擴大，保證了水電站設備運行的可靠性。當設備正常可靠運行時，監控系統可以自動控制發電機的電壓和頻率，并根據用電調度要求，實現發電、供電、用電的平衡，保證電能質量和電網運行的穩定性。

3.2 加快水電站的控制調節過程

水電站計算機監控系統可以按照預定的控制程序和規律依次自動完成對機組的調節，免去了人工操作的時間和復核時間，有效加快水電站的控制調節過程。尤其是當區域電網發生故障時，監控系統必須盡快將事故備用機組啟動并入電網，帶上負荷調節運作，進而保證電網供電，這樣才能適應“廠網分開，競價上網”的電力體制改革[5]。

3.3 實現水電站的優化運行，使水電站獲得最大的發電效益

水電站計算機監控系統的應用一方面實現了水電站的自動化，大大減少了人工操作工作量，減輕了人員負荷，降低了運行成本，另一方面實現了水電站的優化運行，通過對各機組、設備的監控，保證水電站可以根據最佳優化方案給機組分配任務，從而保證機組的高效運行，最大限度地利用水能，提高效率，給水電站帶來直接的經濟效益。

4 水電站計算機監控系統的應用實例——彭水水電站

彭水水電站通過計算機監控系統實現了遠程控制和現地控制，包括了電站調節和上級調度調節。

4.1 計算機監控系統的設計原則

在設計和配置彭水水電站的計算機監控系統時，整體的原則是無人值班或少人值班并最終實現關門運行，同時要確保電廠能夠滿足監控系統對整個電站的監控需求。設計的監控系統采用的是模塊化、分布式結構，滿足標準化的控制要求，各個監控、保護系統相互獨立，同時又能兼容擴充。系統還應具有防止誤操作、自我診斷、自我修復、自我保護功能，設置交直流電源系統，保證電源突然斷電時不丟失信息。

4.2 計算機監控系統的結構設計

整體結構是計算機為主，常規控制為輔，這種結構可以利用系統的自動化程度來提高監控可靠性，同時一旦出現突發狀況，還可以使用常規控制方式。結構采用的是分層分布式結構，主控機是電站級，控制對象是現地單元控制級，并使用雙以太網接入網絡傳遞信息，使用人機界面和計算機對接進行監控。控制層的網絡中，電站級控制層采用雙環網以太網的結構監控，現地單元控制層采用現場連線的方式實現遠程和監控設備的連接。

4.3 計算機監控系統的配置

電站級的監控中心需要實現對水電站進行整體綜合計算、優化調度、事故信號分析、信息處理和時鐘管理，同時還需要采集、存儲、管理數據，生成報表和運行管理檔案等工作。在系統配置上，發出、設定監控、調節等指令需要運用人機接口工作平臺；遠程維護和診斷采用電話撥號的形式；監控系統與集控中心之間的通信需要使用集控通信服務器；監控中心與調度中心之間的通信需要使用調度通信服務器。各個現地級控制單元都含有冗余模塊、電源、現場總線、網絡、機架等。

5 總結

我國目前已經研發出了許多滿足要求的水電站計算機控制系統，應用高新技術提高了水電站監控系統的安全可靠性和經濟效益。彭水水電站的計算機監控系統采用冗余和開放式結構，不僅運行穩定，安全可靠，而且功能完善，可以實現對水電站的整體集中控制。

[1]熊增生，鄭小平.水電站計算機監控系統的概述[J].科技傳播，2011，3（2）：168～169.

[2]周令，楊 平.水電廠計算機監控系統研究[J].湖南農機，2013，40（3）：38～39.

[3]范徐根，徐美君.水電站計算機監控系統流程優化設計[J].小水電，2011，15（6）：125～126.

[4]劉興偉.水電站計算機監控系統改造[J].云南電力技術，2011，39（3）：51～52.

[5]李震.關于中小型水電站計算機監控系統設計和特點及發展趨勢的分析[J].城市建設理論研究（電子版），2014，12（23）：298～299.

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1004-7344（2016）26-0138-02

2016-8-30