摘要：本文介紹了青溪水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組成和功能，并對舊的控制系統(tǒng)存在問題提出解決方法。本文對國內大中型水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設計具有借鑒作用。 關鍵詞：水電廠 計算機監(jiān)控系統(tǒng) 改造 設計 　　青溪水電廠裝機容量4×36MW，位于廣東省東部汀江干流，1993年建成發(fā)電。該廠投產時機組控制系統(tǒng)采用了常規(guī)控制為主、計算機控制為輔的設計方案，受當時計算機水平的限制，采用80286微機作為上位機，Bitbus作為控制網(wǎng)絡，存在網(wǎng)絡通訊率低、可靠性較差等問題。另外上位機采用IRMX操作系統(tǒng)，通用性較差，難以實現(xiàn)與省電力調度通訊功能。為了滿足水電廠“無人值班”（少人值守）的要求，實現(xiàn)由上級電力調度直接遠方開停機，2001年我們采用南京南瑞集團公司的全分布開放式控制系統(tǒng)對該廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)進行了改造，完全取消了常規(guī)控制，實現(xiàn)全計算機控制。改造后的監(jiān)控系統(tǒng)代表了目前我國水電廠自動控制的最新水平。 一、系統(tǒng)構成與配置 　　1、主機兼操作員工作站 　　配置2臺Compaq公司的Alpha Station XP1000工作站（500MHz 64bit CPU;256MB 內存;9.1G 硬盤），雙機冗余，互為熱備用。運行UNIX操作系統(tǒng)，人機接口選用WINDOWS/MOTIF。主機可實現(xiàn)廠站級控制系統(tǒng)的全部功能。 　　2、工程師工作站： 　　配置1臺Compaq公司的Alpha Station XP1000工作站，實現(xiàn)系統(tǒng)管理及維護功能。 　　3、通訊工作站 　　通訊工作站主要用于本計算機監(jiān)控系統(tǒng)與省電力調度中心、地區(qū)調度中心及本廠其它系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊。 　　通訊工作站選用1臺美國ICS 工業(yè)控制機（800MHz PⅡ CPU ，128MB 內存，15G硬盤，并配有8串口接口板） 　　4、現(xiàn)地控制單元LCU 　　整個控制系統(tǒng)配置6個LCU，其中每臺機組1個LCU，1個公用LCU和1個開關站LCU。分別負責水輪發(fā)電機組、公用輔助設備、開關站的數(shù)據(jù)采集及控制。 LCU采用美國AB公司的 Controllogix PLC為核心。Controllogix PLC是AB公司最新推出的新一代PLC，體現(xiàn)了控制系統(tǒng)的最新發(fā)展方向，具有如下特點：機架采用無源多主總線設計思想;多處理器可同時在一個機架上實現(xiàn)多任務控制;帶電插拔任何模塊而不影響其它模塊工作;龐大的I/O容量，12800離散I/O，4000模擬I/O;強大的網(wǎng)絡共享功能;性價比高。 　　考慮到PLC的溫度采集模塊價格高，所以選用微機溫度巡檢保護裝置用于溫度量測量和保護。 　　為了在LCU查看機組運行參數(shù)，配置了彩色觸摸顯示屏。 　　系統(tǒng)I/O配置表： 　　LCU電源：改造前每個LCU僅一路交流220V電源供電，配一個UPS。運行經驗表明小型UPS內部蓄電池壽命較短，使用幾年后容量容易變小，失去UPS作用。因為水電廠具有非?？煽康?20V直流電源系統(tǒng)，所以本次改造中LCU電源采用交直流雙電源供電，極大提高電源可靠性。 　　5、控制網(wǎng)絡 　　主機、工程師工作站、通訊工作站和各LCU通過10/100M網(wǎng)絡交換機組成快速以太網(wǎng)。采用TCP/IP協(xié)議。主機、工程師工作站、通訊工作站通過雙絞線、LCU通過光纖接入網(wǎng)絡，網(wǎng)絡速率100Mbps。 　　6、GPS衛(wèi)星時鐘系統(tǒng) 　　為主機及各LCU提供標準時鐘，以獲得電網(wǎng)標準時鐘和便于事故時事件順序分析。 二、系統(tǒng)功能 　　本系統(tǒng)由廠級計算機和LCU組成，LCU負責數(shù)據(jù)采集與控制，并向上位機發(fā)送采集的數(shù)據(jù)和事跡信息，接受上位機下行命令對設備進行控制，能脫離上位機獨立工作，所以在功能分工上，數(shù)據(jù)采集和控制由LCU完成的，上位機完成數(shù)據(jù)庫功能和全廠級控制功能（如機組間最優(yōu)負荷分配控制）。 　　1、數(shù)據(jù)采集與處理 　　LCU對電廠的主輔設備的運行狀態(tài)、運行參數(shù)及測量值進行實時采集、工程量化，存入數(shù)據(jù)庫，作為實時監(jiān)視、報警、控制、計算和處理的依據(jù)。采集對象分為模擬量、開關量、脈沖量、數(shù)碼量等。 　?。?）模擬量 　　對模擬量處理有斷線檢測、數(shù)字濾波、數(shù)據(jù)合理性判斷、標度換算、越復限報警等。 　?。?）開關量 　　開關量包括事件順序記錄（SOE）開關量和普通開關量兩種。 　　SOE開關量指事故、斷路器分合及重要繼電保護的動作信號。監(jiān)控系統(tǒng)采用中斷方式迅速響應動作信號并以毫秒級的時間分辨率進行記錄。 　　普通開關量指SOE開關量以外的開關量。 　?。?）脈沖量 　　主要用于對電表輸出的電量脈沖進行累計，實現(xiàn)電量累計、管理。但前幾年運行經驗看，一旦LCU失電或退出維護時無法采集脈沖，就造成電量累計不準。所以我們全部改用數(shù)字智能式電表，該電表本身具有電量累計功能。監(jiān)控系統(tǒng)通過串口讀取電表數(shù)據(jù)，取消了脈沖量采集。 　?。?）綜合量 　　綜合量包括綜合開關量和綜合模擬量，是對采集的量進行邏輯、四則運算后得到的量，如機組狀態(tài)等。 　　2、控制操作 　　控制方式分電網(wǎng)調度、水電站中控和設備現(xiàn)地三級。平時監(jiān)控系統(tǒng)主要用前二級，現(xiàn)地僅用于調試和應急處理。 　　監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)電廠當前運行情況和遠方、當?shù)氐目刂泼?、自動發(fā)電控制（AGC）及自動電壓控制（AVC）的計算，對電廠設備進行控制及調節(jié)，包括機組狀態(tài)轉換;機組有功、無功功率的閉環(huán)調節(jié);開關、刀閘、地刀的操作;輔助設備、公用設備的啟停操作;閘門啟閉操作等。 　　機組有功、無功功率給定可以由運行值班人員在中控室輸入或由上級調度中心在遠方輸入，也按預定的負荷曲線給定。監(jiān)控系統(tǒng)將對該給定值的合法性進行檢查，在調節(jié)過程中按PID運算，向調速器和勵磁調節(jié)器發(fā)出調節(jié)命令。 　　為保證調節(jié)安全可靠和機組穩(wěn)定運行，采取一系列限制與保護措施，如功率限制、電壓保護、電流保護、避開機組振動區(qū)等。 　　3、安全運行監(jiān)視與事故報警 　　（1）實時監(jiān)視：運行值班人員可以通過監(jiān)控系統(tǒng)的大屏幕監(jiān)視器對全廠各主、輔設備、公用設備的運行狀況、運行參數(shù)進行實時監(jiān)視。 　?。?）參數(shù)越限報警：監(jiān)控系統(tǒng)能對某些參數(shù)及計算數(shù)據(jù)進行越限報警，并自動記錄。 　　（3）事故順序記錄：當電廠發(fā)生事故時，監(jiān)控系統(tǒng)將對事件立即響應并以毫秒級分別率予以記錄，以便事故分析。 　　（4）故障及狀態(tài)顯示記錄：監(jiān)控系統(tǒng)定時掃描各故障及狀態(tài)信號，一旦發(fā)生狀態(tài)變化將予以記錄并顯示故障狀態(tài)名稱及其發(fā)生時刻。 　?。?）語音報警：一旦電廠發(fā)生事故、故障，系統(tǒng)能自動實現(xiàn)漢語語音報警，并可以 　　將故障信息發(fā)到有關人員手機和BP機上，有利于故障處理。 　　4、自動發(fā)電控制（AGC） 　　AGC指按指定條件和要求，以經濟、迅速方式自動控制水電廠有功功率來滿足系統(tǒng)需要得技術。根據(jù)來水量及電力系統(tǒng)得要求，考慮電廠、機組運行限制條件，以經濟運行為原則，確定機組運行臺數(shù)，機組組合和機組間負荷分配。主要功能：按負荷曲線方式控制全廠有功功率;按給定負荷方式控制全廠總有功功率;調頻功能;機組啟停指導。 　　5、自動電壓控制（AVC） 　　AVC是指按預定條件和要求自動控制水電廠母線電壓或全廠無功功率。在保證機組安全條件下，為系統(tǒng)提供可充分利用的無功功率，減少電廠的功率損耗。主要功能：按給定無功方式控制全廠無功負荷分配。 　　6、歷史數(shù)據(jù)庫與統(tǒng)計記錄 　　建立歷史數(shù)據(jù)庫主要基于以下及方面原因：A、彌補計算機監(jiān)控系統(tǒng)功能上的不足：以前水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)因是實時控制系統(tǒng)，沒有歷史數(shù)據(jù)庫，造成歷史數(shù)據(jù)、事件檢索困難;還有許多無法在計算機監(jiān)控上實現(xiàn)的、需要人為判斷的事件，如機組投退備用的日期等，監(jiān)控系統(tǒng)無法統(tǒng)計，造成數(shù)據(jù)累計、統(tǒng)計不準確，統(tǒng)計功能無法使用。 B、提高運行管理水平的需要：可以在該系統(tǒng)上實現(xiàn)運行日志、巡檢管理、工作票與操作票管理的計算機化，提高運行管理水平現(xiàn)代化。 　　歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用一臺單獨的PC服務器，Windows NT操作系統(tǒng)，SQL數(shù)據(jù)庫，采集從監(jiān)控系統(tǒng)獲取實時數(shù)據(jù)和事件，以及人工輸入的數(shù)據(jù)、事件，經過分類和處理，形成集中式歷史數(shù)據(jù)庫。作為水電廠的生產數(shù)據(jù)中心，包括實時和歷史數(shù)據(jù)，還起到隔離電廠計算機局域網(wǎng)與監(jiān)控系統(tǒng)的作用?？梢詧D表方式顯示數(shù)據(jù)，并以瀏覽器方式向全廠發(fā)布數(shù)據(jù)。給水電廠生產管理帶來極大方便。 　　7、數(shù)據(jù)通訊 　　青溪水電廠因沒有微波與省電力調度中心聯(lián)系，我們采用VSAT衛(wèi)星通訊方式。衛(wèi)星通訊設備費用和租用信道運行費用均很低，傳輸速率達到40～50Kbps，基本能滿足調度數(shù)據(jù)傳輸要求。不失為一種偏遠地方有效的通訊方式。 　　8、系統(tǒng)自診斷與冗余切換 　　監(jiān)控系統(tǒng)具有在線自診斷功能，診斷到故障時，主備用計算機能自動切換，能保證在主機故障時備用機能正確接班。提高監(jiān)控系統(tǒng)可靠性。 三、結語 　　青溪水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)的模式、功能及LCU配置等方面都代表了國內外水電廠計算機控制的發(fā)展水平和先進性，尤其PLC選型、衛(wèi)星通訊、GPS對時、建立歷史數(shù)據(jù)庫開放實時數(shù)據(jù)等具有特色，對于國內大中型水電廠控制系統(tǒng)改造具有很好的參考價值。 參考文獻： 　　1、NC—2000水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)用戶手冊，南京南瑞集團，2001年 　　2、Controllogix PLC 用戶手冊，美國Rockwell公司，2000年