水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)探討

梁賢平

摘 ?要：隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、通信技術(shù)的發(fā)展，以及水電廠自動(dòng)化設(shè)備的不斷完善，水電廠形成了機(jī)構(gòu)分層、功能分散、信息共享的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。本文就此進(jìn)行探究，首先闡述了水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的重要性，其次分析了一般系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成，然后對(duì)該系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行總結(jié)。

關(guān)鍵詞：水電廠;計(jì)算機(jī)監(jiān)控;分布式結(jié)構(gòu)

1水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)概述

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)又稱(chēng)為水電廠生產(chǎn)綜合管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)的主要作用是為水電廠運(yùn)行決策等提供數(shù)據(jù)支持，通常情況下，水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)建立與省級(jí)電力調(diào)度中心信息溝通渠道，通過(guò)信息匯總、傳輸實(shí)現(xiàn)調(diào)度中心對(duì)于水電廠運(yùn)行管理進(jìn)行跟蹤監(jiān)控。監(jiān)控系統(tǒng)承擔(dān)電廠所有機(jī)組啟停以及公用設(shè)備長(zhǎng)期、連續(xù)的操作監(jiān)控任務(wù)，監(jiān)控系統(tǒng)的重要設(shè)備采用冗余配置，局部故障不影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)組成

這里以某水電站為例進(jìn)行分析，該電站總裝機(jī)容量為5×30 MW，多年平均發(fā)電量6.4 億 kW·h，裝機(jī)利用小時(shí)數(shù) 4265 h;電站以 2 回110 kV出線接入220 kV向市區(qū)電網(wǎng)供電，線路長(zhǎng)約為2×8 km。電站按照“無(wú)人值班”（少人值守）的管理模式設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為全開(kāi)放的分布式結(jié)構(gòu)，分電廠控制級(jí)和現(xiàn)地控制級(jí);泄水閘壩計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由電站遠(yuǎn)控級(jí)、壩頂變電所控制級(jí)和現(xiàn)地控制級(jí)構(gòu)成，其中電站遠(yuǎn)控級(jí)不單獨(dú)設(shè)置，與電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)共用上位機(jī)。泄水閘壩計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)二層交換機(jī)通過(guò)光纖接入電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)千兆交換機(jī)，搭建電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)泄水閘壩計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程管理的網(wǎng)絡(luò)通道，并發(fā)送電站對(duì)時(shí)信號(hào)[2]。

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通信規(guī)約采用TCP/IP協(xié)議，通信介質(zhì)采用光纖，電站控制級(jí)設(shè)備和各LCU采用冗余交換式以太網(wǎng)通信，系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)通過(guò)光纖電纜連接到LAN上[2]。局域網(wǎng)支持全開(kāi)放的分布式結(jié)構(gòu)并按IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率不小于1000Mbps，泄水閘壩計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率不小于100Mbps。

該電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由相互連接成網(wǎng)的如下設(shè)備組成：2套主機(jī)/操作員工作站，1套工程師工作站，2套遠(yuǎn)動(dòng)通信裝置，1套通信處理站，1套文件報(bào)表語(yǔ)音服務(wù)器，1套GPS時(shí)鐘裝置，5套機(jī)組現(xiàn)地控制單元（LCU），1 套升壓站現(xiàn)地控制單元（LCU），1套公用現(xiàn)地控制單元（LCU），1套400 V廠用電現(xiàn)地控制單元（LCU），1 臺(tái)便攜式 MMI，1 套大屏幕顯示系統(tǒng)，1套二次系統(tǒng)安全防護(hù)設(shè)備，1臺(tái)A3激光網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)，1臺(tái)A3彩色噴墨打印機(jī)，整套冗余光纖以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)及配件，1套計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件。

壩頂變電所控制級(jí)工作站能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和處理，控制調(diào)節(jié)，安全運(yùn)行監(jiān)視，事件順序記錄，打印記錄，畫(huà)面顯示，可編程運(yùn)行要求及參數(shù)計(jì)算，事故處理指導(dǎo)和恢復(fù)操作指導(dǎo)，數(shù)據(jù)通信，監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)鐘同步，監(jiān)控系統(tǒng)自診斷，系統(tǒng)維護(hù)等功能。泄水閘壩壩頂公用 LCU 作為分布式系統(tǒng)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)泄水閘壩變電所變壓器、0.4 kV低壓進(jìn)線柜、母聯(lián)柜和低壓出線主要回路斷路器，0.4 kV柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)等各主要電氣設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)視和控制，同時(shí)是泄水閘壩現(xiàn)地控制單元與泄水閘壩、電站監(jiān)控系統(tǒng)的輸入/輸出接口，負(fù)責(zé)泄水閘壩現(xiàn)地控制單元與電站監(jiān)控系統(tǒng)的通信。具有數(shù)據(jù)采集，控 制、操作和調(diào)整，通信，人機(jī)聯(lián)系，時(shí)鐘同步，自診斷等功能。

泄水閘壩計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由集中監(jiān)控單元和現(xiàn)地控制單元構(gòu)成，包括1臺(tái)壩頂變電所控制級(jí)工作站、1套壩頂公用現(xiàn)地控制單元（LCU）、13套閘門(mén)現(xiàn)地控制單元（LCU）、整套冗余光纖以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)配件，1套計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件等。

泄水閘壩閘門(mén)LCU布置于相應(yīng)的啟閉機(jī)房?jī)?nèi)，負(fù)責(zé)泄水閘壩工作閘門(mén)啟閉全過(guò)程的控制以及工作液壓泵與備用泵的切換、監(jiān)視和控制。能完成閘門(mén)運(yùn)行監(jiān)視、操作、控制及調(diào)整，實(shí)現(xiàn)與泄水閘壩計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)的通信，實(shí)現(xiàn)人機(jī)聯(lián)系，完成自檢及自診斷等。

3水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

3.1無(wú)人值班（少人值守）

隨著水電廠“無(wú)人值班”（少人值守）工作的推廣和無(wú)人值班工作的開(kāi)展，國(guó)內(nèi)大中型計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)市場(chǎng)已步入成熟期。設(shè)備選型方面，主流上位機(jī)硬件平臺(tái)多采用國(guó)際知名品牌的計(jì)算機(jī)產(chǎn)品，現(xiàn)地控制單元（LCU）多采用國(guó)際或國(guó)內(nèi)知名品牌的 PLC（或智能控制設(shè)備）產(chǎn)品;主流軟件平臺(tái)主要包括 UNIX、LINUX 操作系統(tǒng)，C、JAVA 等編程語(yǔ)言以及 ORACLE、MYSQL 數(shù)據(jù)庫(kù)等 。

目前大中型水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)基于已成熟應(yīng)用分層分布式開(kāi)放冗余結(jié)構(gòu)，在傳統(tǒng)現(xiàn)地控制層和電站控制層的基礎(chǔ)上，將非實(shí)時(shí)控制信息（如歷史數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)信息等）分離出來(lái)由生產(chǎn)管理層處理，同時(shí)增設(shè)電站信息層處理 WEB 信息發(fā)布等業(yè)務(wù)。這些設(shè)計(jì)提高了整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、安全性、可靠性和可維護(hù)性[3]。

新型水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件架構(gòu)集成了傳統(tǒng)的客戶(hù) / 服務(wù)器（C/S）模式和基于 J2EE 的瀏覽器/ 服務(wù)器（B/S）模式，具有良好的可移植性、可擴(kuò)展性和易用性?，F(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)、控制網(wǎng)采用高效的通信協(xié)議，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流和非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流分層處理，提高了系統(tǒng)實(shí)時(shí)性。硬件濾波采集技術(shù)、智能測(cè)控儀表、開(kāi)關(guān)保護(hù)器和各種冗余技術(shù)（包括電源、網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)等方面）已成熟應(yīng)用，提高了系統(tǒng)的可靠性。電廠運(yùn)行方式無(wú)擾動(dòng)切換策略、AGC/AVC 與一次調(diào)頻/PSS 的協(xié)調(diào)控制策略和安全閉鎖策略、各種電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)設(shè)備和防誤操作閉鎖策略（如雙用戶(hù)登錄、語(yǔ)音畫(huà)面提示等）已逐步推廣應(yīng)用，提高了系統(tǒng)的安全性。智能報(bào)警技術(shù)、智能事故分析技術(shù)、面向?qū)ο蠹夹g(shù)和 LCU 的遠(yuǎn)程分布和智能分布技術(shù)已逐步推廣，使用運(yùn)行和維護(hù)更高效。

智能水電廠的體系管理結(jié)構(gòu)為縱向分層、橫向分區(qū)，基礎(chǔ)支撐為一體化管控平臺(tái)，并圍繞水電廠智能生產(chǎn)和智能管理 2 個(gè)中心，實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控、智能安全、智能管理 3 個(gè)智能功能，以信息數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)化、管理決策智能化、資源運(yùn)行最優(yōu)化、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放化為4 個(gè)智能特征，達(dá)到友好互動(dòng)、安全可靠、綠色環(huán)保、經(jīng)濟(jì)高效、集成開(kāi)放 5 個(gè)智能目的，依靠數(shù)據(jù)傳輸層、基礎(chǔ)支撐層、應(yīng)用服務(wù)層、信息發(fā)布層、現(xiàn)地自動(dòng)化層、智能決策層 6 個(gè)系統(tǒng)層次，通過(guò)解決一體化管控支撐技術(shù)、全景可視化安全預(yù)警技術(shù)、安全經(jīng)濟(jì)優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)、智能調(diào)度管理技術(shù)、狀態(tài)監(jiān)測(cè)與狀態(tài)檢修決策支持技術(shù)、多系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)技術(shù)、專(zhuān)家與智能決策系統(tǒng) 7 個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，為發(fā)電企業(yè)帶來(lái)更高的設(shè)備安全可靠性與利用率、更高的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與水能資源利用水平、更高的流域安全保障與管理決策能力、更高的集約化管理與源網(wǎng)協(xié)調(diào)能力八大應(yīng)用目標(biāo)。

4結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文對(duì)水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的敘述，對(duì)開(kāi)放系統(tǒng)的分布式監(jiān)控系統(tǒng)組成做出介紹?；诂F(xiàn)有技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀對(duì)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析，旨在促進(jìn)智能水電廠建設(shè)，提高運(yùn)行質(zhì)量。在未來(lái)發(fā)展中，應(yīng)基于一體化管控系統(tǒng)平臺(tái)，整合水電廠各項(xiàng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水電廠智能設(shè)備、應(yīng)用等運(yùn)行狀態(tài)跟蹤監(jiān)測(cè)，保證水電廠生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行堅(jiān)強(qiáng)可靠和經(jīng)濟(jì)高效，滿足智能電網(wǎng)對(duì)水電廠的應(yīng)用要求。

參考文獻(xiàn)

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