基于水電站自動監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建研究

邱明

摘 要：近年來，國家加大了對水電發(fā)展的扶持力度，小水電資源豐富的省份也相繼出臺扶持水電開發(fā)政策，加快了水電項目建設(shè)步伐。怎樣利用先進(jìn)的自動化技術(shù)使得水電站能高安全、高效的運營是擺在我們面前的一個重要課題。水電站自動監(jiān)控技術(shù)是在計算機(jī)技術(shù)、信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展的一種自動控制架構(gòu)，能夠有效的提高水電站工作效率與工作質(zhì)量，確保電力系統(tǒng)的安全運行。該文主要探討水電站自動監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與構(gòu)建。

關(guān)鍵詞：水電站 自動監(jiān)控系統(tǒng) 構(gòu)建

中圖分類號：TP27 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）10（a）-0013-01

傳統(tǒng)的水電站控制系統(tǒng)必須在工作人員的輔助操作下進(jìn)行相應(yīng)的控制，并沒有把工作人員從重復(fù)的機(jī)械操作中完全解脫出來。而現(xiàn)代化的自動控制系統(tǒng)利用因特網(wǎng)或工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)將各種電力設(shè)備連接起來，形成一個網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合光纖通信技術(shù)將遠(yuǎn)距離的計算機(jī)系統(tǒng)相連接，統(tǒng)一在調(diào)控中心監(jiān)控各臺水力發(fā)電機(jī)組的運行。不僅節(jié)省了人力、物力，而且安全、高效。

1 水電站自動監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用的意義

隨著社會經(jīng)濟(jì)水平的提升，人們對電力的要求越來越高，傳統(tǒng)的電力供應(yīng)系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足社會對高質(zhì)量電能的要求。水電站自動監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用能夠提高水電站的發(fā)電質(zhì)量與效率，并且能夠?qū)崿F(xiàn)無人值班的工作目標(biāo)。此系統(tǒng)的應(yīng)用不僅改善了廣大水電職工的工作、生活質(zhì)量，而且能提高電力系統(tǒng)的安全和效率。

國家電力體制改革以后，電力企業(yè)的競爭不斷擴(kuò)大，水電站如果還是用傳統(tǒng)的人工操作監(jiān)控系統(tǒng)，不利于自身實力的提高，必將被社會所淘汰。所以說水電站應(yīng)用自動監(jiān)控系統(tǒng)是社會發(fā)展的必然趨勢。近幾年，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的普及，許多新老水電站開始建立、改造自動化系統(tǒng)，提高了水電站的工作質(zhì)量與效率，滿足了社會不斷擴(kuò)大的電力需求。

2 水電站自動監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計原則

自動化監(jiān)控系統(tǒng)的最終目標(biāo)是實現(xiàn)無人值班的工作環(huán)境，根據(jù)這個設(shè)計思想，利用計算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)的自動化監(jiān)控系統(tǒng)必須遵循以下幾個設(shè)計原則，以便更好地實施自動化建設(shè)。

2.1 先進(jìn)性

監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計要考慮開放性標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)設(shè)置和設(shè)備選型都要為以后的發(fā)展留有改進(jìn)的空間。在自動化監(jiān)控系統(tǒng)中，LCU（現(xiàn)地控制單元）投運之后，在某一段時間內(nèi)可能處于國際領(lǐng)先水平，這時要確?，F(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備的可維護(hù)性、可靠性以及可擴(kuò)展性。數(shù)據(jù)精度不僅要符合電力系統(tǒng)的相關(guān)規(guī)定，而且要滿足以后更高的安全生產(chǎn)的要求。

2.2 安全性

自動化監(jiān)控系統(tǒng)的局部故障不能影響現(xiàn)場設(shè)備的正常運行，系統(tǒng)的平均故障間隔時間、平均維修時間及其他各項可用性指標(biāo)都要符合相關(guān)規(guī)定的要求。監(jiān)控系統(tǒng)可靠性指標(biāo)包括：供電系統(tǒng)的安全、可靠，監(jiān)控系統(tǒng)硬件的可靠性，設(shè)備故障的風(fēng)險可靠性以及監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的安全可靠性等。

2.3 開放性

科學(xué)技術(shù)發(fā)展速度驚人，一項技術(shù)今年是最先進(jìn)的，可能到了明年就會被淘汰。為了使電力自動化監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)始終與社會最先進(jìn)的技術(shù)保持一致，需要在設(shè)計監(jiān)控系統(tǒng)時使用開放式的系統(tǒng)，整體系統(tǒng)軟件均使用結(jié)構(gòu)化的設(shè)計。這樣就能夠適應(yīng)功能的增加與擴(kuò)展，方便系統(tǒng)的升級。

2.4 經(jīng)濟(jì)性

自動監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計要以節(jié)約投資為標(biāo)準(zhǔn)，在技術(shù)上要使水電站能夠長期、穩(wěn)定、安全的運行，減少重建、維修、養(yǎng)護(hù)的費用，降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。同時又能夠改善值班人員的工作環(huán)境。

2.5 完善人機(jī)界面

自動化監(jiān)控系統(tǒng)是根據(jù)豐富多彩的人機(jī)接口設(shè)備來完成水電站全方位的監(jiān)控工作，人機(jī)接口設(shè)備主要包括：操作員工作站、LCU觸摸屏、監(jiān)控中心大屏、監(jiān)測終端、語音報警設(shè)備以及數(shù)據(jù)服務(wù)器等。在系統(tǒng)設(shè)計時要注意加強(qiáng)對外通信功能以及抗干擾能力的設(shè)計，盡量使系統(tǒng)滿足調(diào)度通信的要求，實現(xiàn)“四感”功能以及廠區(qū)各個系統(tǒng)之間的相互通信。

3 自動化監(jiān)控系統(tǒng)的總體構(gòu)架及功能

3.1 系統(tǒng)的核心LCU

LCU是監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分，它主要用來監(jiān)控水輪發(fā)電機(jī)組及其輔助設(shè)備，將監(jiān)控的信息發(fā)向電廠級并接受電廠級的命令。LCU的核心是PLC（可編程邏輯控制器），它通過總線獲取輸入/輸出模塊采集到的數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行處理，同時它還負(fù)責(zé)與外界的通訊聯(lián)系，將收集到的數(shù)據(jù)上送到主站，主站下發(fā)的控制命令后，及時執(zhí)行操作。

3.2 系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)

水電站自動監(jiān)控設(shè)備涉及的范圍廣，所以一般采用分布式的系統(tǒng)軟件進(jìn)行整體監(jiān)控的布局。這種情況下，功能軟件結(jié)構(gòu)比較清晰，監(jiān)控系統(tǒng)的軟件不僅具備完整性、標(biāo)準(zhǔn)化特點，而且能在網(wǎng)絡(luò)中任意位置的節(jié)點進(jìn)行相應(yīng)的配置，這樣多個LCU既能夠脫離主機(jī)獨立運行，又能夠在主機(jī)的運行下協(xié)同工作，充分體現(xiàn)了系統(tǒng)軟件的靈活性、可靠性、獨立性以及并行性等特點。系統(tǒng)的具體架構(gòu)組成為：調(diào)度中心和電站級計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)采用100Mbps因特網(wǎng)，采用星形的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議采用TCP/IP。在調(diào)度中心和電站各配置一臺交換機(jī)，然后利用五類雙絞線將各個交換機(jī)與主計算機(jī)相連。另外還要在每臺交換機(jī)上各配置一臺單模光纖收發(fā)器，通過單模光纖將其連接成一個網(wǎng)絡(luò)。LCU廣泛采用PLC設(shè)備，用工控網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行機(jī)組的控制。

3.3 廠站監(jiān)控層的功能

廠站監(jiān)控層是水電站的控制中心，通過控制各個現(xiàn)地單元層的數(shù)據(jù)信息來實現(xiàn)全廠自動化功能。其工作內(nèi)容包括：信息管理工作站，信息管理主要是對廠站層的數(shù)據(jù)采集、分析、歸檔處理等工作的實施；操作員工作站主要負(fù)責(zé)設(shè)備的監(jiān)控、調(diào)節(jié)控制、報表的打印等工作；工程師工作站的主要工作是系統(tǒng)的維護(hù)與管理以及功能的應(yīng)用與開發(fā)；培訓(xùn)仿真工作站主要負(fù)責(zé)運行人員的培訓(xùn)工作；調(diào)度通信服務(wù)器主要工作是進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接及協(xié)議轉(zhuǎn)換。

3.4 現(xiàn)地控制層的功能

自動監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)地控制可以實現(xiàn)對管轄區(qū)域的生產(chǎn)過程進(jìn)行全程監(jiān)控，每個現(xiàn)場控制單元都具有相對的獨立性，能夠?qū)ιa(chǎn)過程中的實時數(shù)據(jù)進(jìn)行直接采集及預(yù)處理，進(jìn)而完成對各個設(shè)備的監(jiān)視、調(diào)控。

4 結(jié)語

水電站自動監(jiān)控系統(tǒng)是一個復(fù)雜的綜合體，它所涉及的范圍很廣，采用的技術(shù)比較先進(jìn)，對通信要求比較高，需要技術(shù)人員進(jìn)行精心的設(shè)計，最大限度的提高系統(tǒng)的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)型，降低水電站投入和運營成本，保證水電站安全、高效地運行。

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