中小型電站自動化信息系統建設探討

譚志蕩

（南方電網調峰調頻公司天生橋水力發電總廠，貴州 興義 562400）

1 自動化系統

1.1 監控對象

中、小型水電站發電機組一般由2～4臺發電機構成，小型水電站單機容量一般為幾百千瓦，中型水電站的單機容量一般從幾千千瓦到上萬千瓦不等，發電機出口電壓為6kV或10kV。電站主變壓器為1～3臺，電氣主結線為單母線或單母線分段，一般升壓為35kV或110kV，出線1～4個回路，近區變1～2臺。水電站綜合自動化系統就是實現對發電機、勵磁系統、母線、饋線以及其它輔助設備的保護、數據采集、監控、計算等控制要求。

1.2 系統結構

根據中小型水電站的機組容量和機組數量的不同，綜合自動化系統結構可靈活配置。一般采用分層、分布式結構，分為中央控制室部分、現地控制單元部分和網絡單元。中央控制室部分配置由工程師站、操作員站、通信管理站、數據服務器、GPS對時設備組成，主要實現畫面顯示、數據管理、報表處理和下發控制指令、衛星自動校時等功能。現地控制單元(LCU)部分一般由多套PLC和現場智能儀表組成,主要實現現場數據的采集、邏輯控制、運算和輸出控制指令等功能。網絡單元一般選用可靠的光纖自隅環網結構，協議采用TCP/IP,百兆速度；或為節省投資,選用單網和現場總線結構。網絡主要實現數據的上下行傳送作用,并能夠滿足水電站網絡信息化建設的需要,可以非常方便地進行系統擴容。

1.3 系統需具備的基本功能：保護功能；基本軟件功能；數據庫功能；數據監測與控制功能

1.4 系統特點

系統的設計規范遵循IEEE和IEC等有關國際標準，并符合國家標準；采用分層、分布式結構，系統結構簡潔，可靠性高，擴展性強，符合自動化技術的發展方向；現地控制單元采用可編程序控制器(PLC)，功能強大，抗干擾性能強，模塊化設計、組態靈活、維修方便，各裝置相對獨立，某一裝置故障不會影響其它裝置的運行；操作站采用Windows多任務操作系統，人機交互界面友好，全中文顯示，可詳細顯示測控、保護、數據信息，可進行參數設置、實時數據顯示，信道及系統狀態監視，本地遙控操作，使用方便，易于掌握；系統功能齊全，包括數據采集、控制、微機遠動等。系統具備良好的系統接口能力，可以非常方便地和網絡信息化系統對接，實現數據資源的共享。同時，系統具備在線自檢、自診斷和恢復能力；由于采用了分層、分布式結構設計，自動化程度極高，可以實現水電站控制的無人值班（少人值守）。

2 信息化系統建設

根據各水電站的實際情況，請專業的網絡公司構建好一套適合企業的站局域網絡，主要管理部門均納入網絡系統，設置計算機和相應的外設。

綜合自動化系統通過網關接入站局域網，綜合自動化系統自動將管理需要的重要數據寫入局域網服務器，便于數據的歷史管理。并且，任何一臺局域網上的計算機只要通過許可均可以瀏覽到與綜合自動化系統完全相同的畫面，這樣，可以非常方便站長，總工辦、生技科等管理部門人員的管理。

充分利用Web、Java等新技術，構建企業的宣傳網站和數據瀏覽網頁，通過硬防火墻接入Internet，并設置安全權限，獲得系統通過的Internet用戶可以在任何地點通過計算機瀏覽水電站相關數據和實時運行狀況。充分利用Internet網絡構建水電站群的遠程集中管理模式。

系統軟件應建立歷史數據庫模塊。在局域網數據服務器中建立水電站運行的歷史數據庫系統。實際上，這是綜合自動化系統的一個組成部分，只是將原來綜合自動化系統中需要歷史保存的數據、事件和相關信息進行分門別類的存放到數據服務器數據庫中來，供需要時進行查詢、打印或備份。模塊具備美觀的人機界面，方便的操作方式和豐富多彩顯示形式。通過標準數據庫接口SQL、ODBC、JDBC等，其他系統可以方便地獲得歷史數據資料。

提供效率監測系統。水輪機效率的實時監測對電站的經濟運行有著重要的作用。水輪機的在線監測既可用于水電廠機組在安裝竣工或大修結束后的現場驗收試驗，以便檢查設計、制造、安裝和檢修質量是否滿足要求，又能通過對機組運行性能進行長期連續監測，提供在不同的水流和工況條件下水輪機性能的實時數據，為確定電廠經濟運行中的開機臺數和負荷優化分配以及機組的狀態檢修等提供參考。因此水輪機效率在線監測一直是實現電廠經濟技術指標考核和經濟運行的一個重大科技攻關課題。當前，以廠網分開為基礎的電力體制改革方案已經出臺，電力市場競價上網亦將成為必然的發展趨勢，因此，在保證安全運行，滿足電力系統要求的基礎上，不斷提高水資源利用率，設備可用率，減少運行和維護費用，已成為每個水電站迫切需要開展工作，以提高自身的市場競爭力。

為提高管理辦公效率，系統應考慮建立OA系統和備件庫管理系統等，提供必要的企業管理者查詢系統等。

3 監控系統

在水電站信息管理系統中，水電站綜合自動化系統是最基本的組成部分，監控系統與發電廠發電設備同步投入，建成后可以達到無人值班（少人值守）的要求。但水電站具有地域分布較廣、運行設備較多等特點，那么在運行人員較少的情況下，如何更加有效地保障水電站安全可靠的運行呢?在這樣的需求下，使用視頻監控系統來作為綜合自動化系統的補充，實現對水電站運行情況的全方位監控管理將是一個非常好的選擇。

3.1 系統應用范圍

3.1.1 水庫大壩管理

通過視頻監控系統或水情測報系統可監測水庫蓄水水位情況；操作人員在使用控制系統操作閘門時，可通過視頻監控系統監閘門和水流情況；在某些環境下，如水庫的溢洪道等地方，大部分時間屬于無人值守狀態，需要設置監控攝像機實時監控；監測水庫、壩區的周邊環境。

3.1.2 設備監控

對站區重要室內設備進行監控，如：水輪機室、水車室、電纜廊道、發電機層、蝶閥層、技術供水室、電氣層、開關室、尾水廊道等；對站區重要室外設備：主變壓器、副廠房、避雷器、開關、刀閘、地刀等進行監控；監控應達到以下效果：清楚地監視場地內的人員活動情況、清楚地看見發電或其他室外設備的具體運行狀況；可以清楚地看見人員、設備情況。

3.1.3 安全防范

保障水電站空間范圍內的建筑、設備的安全起到防盜、防火的作用。在圍墻、大門等處通過攝像、微波、紅外探頭以防止非法闖入；在建筑物門窗安裝報警探頭如門磁、紅外、玻璃破碎探測器等，并在重點部位安裝攝像機進行24h不間斷視頻監控，實現報警聯動錄像的作用。

由于各個水電站對視頻監控系統要求的不同，以上只是簡單地對視頻監控系統所能應用的范圍作一個簡單的介紹.在實際應用中應根據水電站的實際情況，在滿足運行管理要求的基礎上進行監控范圍的確定。

3.2 系統組成

視頻監控系統主要由前端視頻采集、網絡通訊和中心控制三個部分組成。

3.2.1 前端視頻采集部分

攝像裝置是收集被攝物體的光信號，并將其轉換為電視信號的備。它是整個系統的核心部分，包括鏡頭、攝像機、防護罩及支撐設備等。根據被攝物體及攝像地點的不同，攝像裝置的具體配置也各不相同。

同時，為適應夜間監控的要求，可在監控點附近安裝大功率的探照燈，系統可遠程控制燈光電源開關，保證人員清楚的監控到夜間的情況。

3.2.2 網絡通信部分

網絡視頻監控系統采用標準的TCP/IP協議，可直接應用在局域網或者廣域網上。具體的通道方式可根據現場的實際情況進行選擇。

3.2.3 中心控制部分

視頻監控系統采用Brower/Sever結構，用戶在調度/監控中心設置一臺圖像監控系統服務器，主要完成現場圖像接收，用戶登錄管理，優先權的分配，控制信號的協調，圖像的實時監控，錄象的存儲、檢索、回放、備份等。在本地監控點可安裝網絡視頻監控系統的客戶端，用戶利用IE瀏覽器查看本地和遠程現場情況。在客戶端上還可實現多畫面實時監控，遠程控制攝像機云臺、燈光控制、制訂錄像計劃等操作。由于水電站一般為梯級結構，在視頻監控系統的實際應用中，一般是將調度中心與監控中心合二為一，設在某一個地理距離較為理想的水電站中作為控制中心部分，而在各級電站安裝前端視頻采集部分，并設置一個現場監控點進行對本電站進行監控。各級電站的視頻監控情況通過光纖或無線通道傳輸到遠程控制中心進行集中控制，同時遠程控制中心也可通過廣域網將信息傳輸到公司總部供領導進行察看，特別在水庫大壩出現險情的時候能為領導決策起到很好的作用。

3.3 系統實現的功能

現場圖像可根據地點分成監控組，以4分屏、9分屏或者16分屏方式顯示，組內圖像可自動輪巡，切換時間可以任意調節；自動控制鏡頭光圈的大小、聚焦的遠近、焦距的長短等參數，以改變圖像的大小；自動控制云臺的運動，變換攝像機的方位，從而根據使用需要調整視場；自動控制前端各設備電源的開關，如攝像機電源的開關及照明電源的開關等；可設置手動錄像、計劃錄像和報警自動錄像等多種錄像方式；錄像記錄可按照時間、地點和報警類型查詢并回放；通過網絡化，分級式的電子地圖，直觀顯示攝像點的位置；調度中心和發電現場實現語音雙向對講；多路報警直接接入，聯動錄像、攝像機預置位、現場控制設備；當發生報警時，可任意聯動其他設備，如警燈、警號，同時可在客戶端彈出報警提示；連接水電站已有的消防報警系統、網絡信息化系統；實現水電站的遠程系統集中管理。

4 結語

中小型水電站在我國國民經濟的發展中起到了相當重要的作用，為滿足經濟的高速發展、用電量的不斷增加提供了重要保障。水電站一般遠離城市、鄉鎮，計算機綜合自動化系統的建設可以實現水電站的無人值班（少人值守），提高電站設備運轉的可靠性和效率，確保供電安全可靠。系統采用分層、分布式結構，將微機保護、監控、調速、勵磁及電站其它控制設備融為一體，實現監控和管理。

[1]徐倩倩.電站自動化系統在變電站中的應用[J].低壓電器，2008-01-30.

[2]劉吉臻.現代電站自動化技術進展[J].現代電力，2005-02-28.