太河水電站計算機監控系統實施方案

陳久旺++朱連全

摘 要：太河水電站運行15年來，機械設備和電氣設備老化嚴重，威脅著電站的運行安全和值班人員的人身安全。在以人為本的前提下，在堅持“無人值班”（少人值守）的原則下，決定進行技術改造，即增設監控監視設備。文章對水電站計算機監控監視系統的技術要求、設計原則、系統的結構、配置，以及監控監視系統實施試運行后的效果，做了介紹。認為計算機監控監視系統方案實施后，提高了電站運行的經濟效益并逐漸滿足電力企業發展及遠方調度部門集控的要求。

關鍵詞：水電站 計算機監控系統 實施方案

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）06（b）-0133-02

1 電站簡介及改造原因

太河水電站建于1998年，1999年4月投入運行，設計裝機容量2×250 kW+1×630 kW。年發電量400萬kW·h實際裝機2×250 kW，年均發電量211.2萬kW·h。電站自運行至今已有15年。

在發揮巨大經濟、社會、環境效益的同時，電站的機械設備及電器設備大部分已老化嚴重，威脅著電站的正常運行。在各級領導的關懷下，電站于2014年開始升級改造。在堅持“無人值班”（少人值守）的原則下，考慮到計算機監控監視是大勢所趨，于是增設計算機監控監視系統。

2 計算機監控監視系統的技術要求

對全站的電氣設備與機械設備進行自動記錄與監視。電站設備運行數據的采集與處理及設備運行狀況的自動記錄與監視必須由監控系統自動完成，包括狀態信息監視、模擬量新信息監視、故障/事故報警、溫度與出力的顯示等。

（1）電站的各種設備均要實現自動控制。按照電站出力方式的要求，對電站設備進行操作或調節，包括機組的正常開停機、事故自動停機、機組有功/無功調節、單個設備及共用設備操作。

（2）電站運行的自動化管理目標。實現運行報表的自動記錄、運行操作的自動記錄、運行日志的記錄與保存、電站運行設備的適時參數或整定值的記錄與保存，所有報表均可自動或召喚打印。

3 監控系統的設計原則

根據中小水電站“無人值班”（少人值守）的原則，結合當前自動化發展的要求，并考慮到現今水電站的實際情況，該方案遵循的設計原則如下。

（1）系統按照“無人值班”（少人值守）的要求進行總體設計，本著安全可靠、便于運行以及經濟合理的原則進行配置。

（2）以部頒《水電站計算機監控系統設備技術要求》為規范，按照全場綜合自動化系統以計算機監控為主、常規控制為輔的指導思想進行總體設計，要求監控系統的各項指標均要達到系統安全、可靠、高度冗余，使其本身的局部故障，也不能影響到現場設備的正常運行，使計算機監控在水電站的應用達到一個新的水平。

（3）充分利用計算機領域的先進技術，采用當今最新的計算機硬件、軟件及網絡技術。在保證系統配置和設備選型符合當前計算機迅猛發展的同時，又要保證系統具有可靠性高、擴展方便的特點。系統控制做到操作方便、靈活，人機接口功能強，界面友好、全中文顯示。

（4）采用分層分布開放式系統，在便于功能和硬件擴充的同時，又可以充分保護用戶的投資。另外，分布式數據庫及軟件模塊化、結構化的設計，使系統更能適應規模的擴充和功能的增加。

（5）由于水電站現場環境比較復雜，要求系統具有實時性好、抗干擾能力強的特點。

4 計算機監控系統的網絡結構

采用流行的開放式分層分布式網絡結構。將整個系統分成若干個模塊，而網絡是串接所有模塊的橋梁，并將所串接的模塊牢固地構成一個整體。系統分為主控層（或稱電站控制層）和現地層（或稱現地控制層）。

主控層（或稱電站控制層）計算機監控系統設置在水電站新建中控室室內。由2臺監控工作站、1塊監控監視屏組成。監控工作站是機組PLC的上位機，可實現微機保護測控單元及PLC的所有功能。主要包括工業控制主機、22英寸液晶彩色顯示器、打印機、UPS電源、鍵盤、鼠標等設備。該系統通過工業以太網交換機與機房內的控制柜相連，以實現對整個水電站的監視、操作、信息管理、運行和優化控制等。

主控層對現地控制單元進行監控，對運行參數采集和匯集整理，形成各種報表，以便觀察運行狀態。上傳下達有關水電站運行狀態數據、上級調度指令等。

現地層（或稱現地控制層）設在設備現地，完成對現地設備的自動監測和自動控制。現地控制層由2塊機組三合一控制屏、1塊監控屏構成。三合一控制柜內設有PLC可編程控制器，對機組及輔機進行自動控制。可編程控制器模擬量采集主要包括：交流電流、有功功率、流量等；開關量主要包括斷路器跳合閘等。控制屏顯示所有測量數據，并具有遙信、遙測、遙控功能PLC與上位機（廠房內的站用監控柜的管理工作站）相連，通過上位機可實現控制、測量及信號顯示。

現地控制層主要包括機組現地控制單元等。現地控制單元采用工業級觸摸屏作為人機界面，系統可靠性極高，性價比高，是目前水電站自動化發展的趨勢，適用于對監控系統要求較高的中小型水電站綜合自動化系統。

對照主控層和現地層，系統結構采用二級控制，現地層控制權限最高，為現地控制單元級，為第一級；主控層（在水電站中控室）控制權限次之，為第二級。設備通過切換開關或軟件依據權限，保證只能接受二級中的一級控制。特殊情況，根據具體情況而定。

5 計算機監控監視系統的配置

（1）主機兼操作員工作站（中控室）：系統配置兩套主機兼操作員工作站，采用的高性能計算機，放于中控室內。工作站主要完成對全廠設備的運行監視和閉環控制、發布操作命令，實現整個電站綜合自動化系統的管理、數據管理、在線及離線計算、各種圖表曲線的生成、事故故障的分析處理等；完成與上級調度通信和語音報警，并留有與電站其他系統（包括電度計量、直流系統等）的通信接口。電站管理人員可以通過本站對數據庫、畫面、曲線、報表格式等在線修改事故故障信號的分析處理。

（2）一體化工作站：系統在水電站現地監控柜內設一體化工作站。一體化工作站選用帶有觸摸屏的平板式工控機。

（3）智能通訊管理機：系統集中配置1套智能通信裝置，主要用于網絡通信，實現與調速、勵磁、保護裝置、電度表、PLC、直流系統以及其他現地設備的通訊。

（4）逆變電源裝置：系統配置2臺UPS逆變電源裝置，容量6 kVA，用于計算機監控系統不間斷供電。分別放在中控室和機房控制室。

（5）存儲服務器：配置1臺存儲服務器：選用CPU；內存卡；硬盤：RAID；八通道SAS高性能RAID（128 M緩存）；網卡；雙電源HS；液晶顯示器：帶鍵盤和鼠標等。

（6）計算機控制臺：監控中心主控室設置運行人員工作臺1套，放在中控室。

（7）其他部分，如PLC的技術配置和打印設備等。

6 結語

通過對太河水電站進行技術改造，監控系統的指標得到了提高。試運行后，系統的實時性、可靠性、可維護性、安全性、可擴充性、可變性得到了檢驗，為電站的進一步發展提供了更為廣闊的空間。

參考文獻

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[3] 唐明明.水電站計算機監控系統的設計與實現[D].合肥工業大學，2014.