淺析水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造措施

陳皓帆

（五凌電力有限公司 湖南長沙 410000）

淺析水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造措施

陳皓帆

（五凌電力有限公司 湖南長沙 410000）

當前，計算機監(jiān)控系統(tǒng)在水電廠中得到了有效應(yīng)用，為水電廠的安全運行與管理提供了重要的技術(shù)支持，已經(jīng)逐漸成為整個水電廠的生產(chǎn)保障。水電站的計算機監(jiān)控系統(tǒng)必須具有較高的科技含量，才能夠適應(yīng)水電廠的不斷發(fā)展與進步，本文即針對水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)的改造進行探討，以供參考。

水電廠；計算機監(jiān)控系統(tǒng)；改造

1 引言

根據(jù)不完全統(tǒng)計，我國當前的水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)，其平均壽命通常為8年左右，最短甚至僅為5年。計算機監(jiān)控系統(tǒng)基本上已經(jīng)到了必須更行換代的時期，因此需要針對新型水電廠的計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造進行研究，明確改造基本思路，確定水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過升級改造后，能夠有效提高水電廠的運行生產(chǎn)效益。

2 水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)組成和基本功能

2.1 水電廠計算機系統(tǒng)的組成

現(xiàn)代化水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)主要由主站級、現(xiàn)地控制單元（LCU）等設(shè)備組成。主站級配有各種工作站、供電不間斷電源（UPS）、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)備、通信設(shè)備、全球定位系統(tǒng)（GPS），能夠代替人工值班。LCU由可編程邏輯控制器（PLC）、常規(guī)儀表、常規(guī)控制開關(guān)、同期裝置、觸摸屏、溫度巡檢裝置、轉(zhuǎn)速測量裝置、剪斷銷信號監(jiān)測裝置、交流采樣表、電能表、通信管理裝置等組成。LCU主要完成對全廠設(shè)備的監(jiān)視，對水輪發(fā)電機組的自動監(jiān)視、控制和調(diào)節(jié)，對高低壓斷路器、隔刀和地刀等合分和保護跳閘，以及對輔機的自動控制。計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用開放式分層分布系統(tǒng)、全分布數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)按照功能而言，可分為上位機和下位機；兩個機位分別依靠不同的通信介質(zhì)、相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實現(xiàn)連接，通過總線型、星形或環(huán)網(wǎng)等方式連接在一起，構(gòu)成總線形拓撲、星形拓撲或環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)。

2.2 水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造的必要性

一般情況下，計算機設(shè)備的使用壽命為5～8年，超過這個年限，設(shè)備的現(xiàn)地LCU、主控級和網(wǎng)絡(luò)等就開始老化，嚴重影響設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性，使得發(fā)生故障的可能性增大，從而影響設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。此外，因為水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)絕大多數(shù)都是國外的系統(tǒng)，這就造成設(shè)計思路、操作習(xí)慣和后期服務(wù)上的種種弊端，所以對水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)的改造勢在必行。

3 監(jiān)控系統(tǒng)改造的總體思路

3.1 監(jiān)控系統(tǒng)改造后應(yīng)具備的功能

（1）數(shù)據(jù)采集及處理。系統(tǒng)自動定時采集重要設(shè)備的運行參數(shù)、運行狀態(tài)，且做相應(yīng)的預(yù)處理，然后實時存入數(shù)據(jù)庫，完成計算機監(jiān)控系統(tǒng)的各種控制計算、畫面顯示和制表打印等。對于現(xiàn)地的各種數(shù)據(jù)，完成各自的LCU采集過程。

（2）設(shè)備運行指導(dǎo)與管理。改造后的監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)如下幾點：①能夠?qū)\行時間、停機時間、停運時間、機組工況轉(zhuǎn)換次數(shù)、事故動作次數(shù)、被控設(shè)備動作次數(shù)和峰谷負荷時的發(fā)電量分別進行自動統(tǒng)計；②能夠?qū)崿F(xiàn)歷史數(shù)據(jù)庫的存儲；③對事故進行指導(dǎo)并處理，防止誤操作現(xiàn)象。

（3）調(diào)節(jié)與控制。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動電壓控制、自動發(fā)電控制和一般的調(diào)節(jié)與控制，如機組的同期操作、機組開/停機的順序控制、給定值控制、油/氣/水系統(tǒng)的自動控制和點設(shè)備控制等；調(diào)節(jié)與控制隔離開關(guān)、斷路器和接地刀閘；調(diào)節(jié)與控制集控及其配電的相關(guān)設(shè)備、溢洪閘門；控制并操作水電廠的用電設(shè)備等。

（4）人機接口。監(jiān)控系統(tǒng)具備優(yōu)良的報表編輯工具，以及交互式編輯畫面，操作簡靈活、方便，可以通過鼠標、鍵盤等人及接口設(shè)備管理并控制設(shè)備，還可以通過實時監(jiān)控畫面，完成數(shù)據(jù)刷新、故障事故報警和設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視等。

（5）自診斷與維護。監(jiān)控系統(tǒng)具備完整的硬件、軟件自診斷功能，如離線診斷、請求診斷和在線周期性診斷等。軟件還應(yīng)用了防火墻技術(shù)，防止病毒侵入監(jiān)控系統(tǒng)。

（6）水電廠改造的設(shè)計要按照按無人值班（少人值守）進行設(shè)計和建設(shè)；設(shè)備選型時，要遵循實用、可靠、經(jīng)濟原則。根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的需求分析，應(yīng)該從以下方面來考慮：①4個層次，即現(xiàn)場自動化元件層、現(xiàn)地控制裝置及輔機控制裝置層、廠級計算機設(shè)備層、梯級及調(diào)度層；②3個接口，即：LCU的現(xiàn)場總線與通信接口模式、廠級計算機安全隔離信息交換接口、梯級或調(diào)度控制的信息交換接口；③2個界面，即：LCU的簡單操作型人機界面、廠站級豐富人機界面。

（7）在硬件方面，各國的監(jiān)控系統(tǒng)上位機硬件都是選用世界上知名計算機廠家的產(chǎn)品，LCU主要硬件均選用世界知名廠家的PLC，或國內(nèi)同等技術(shù)性能指標PLC；從軟件來看，主站大都是以UNIX、Windows為操作系統(tǒng)。

3.2 監(jiān)控系統(tǒng)改造內(nèi)容

對于水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)的改造，主要是更換網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、上位機全部設(shè)備和PLC升級等工作。具體的改造內(nèi)容如下：

（1）監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備改造。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備改造包括安裝并配置監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)主交換機；安裝標準的網(wǎng)絡(luò)機柜；鋪設(shè)監(jiān)控機房的雙絞線；鋪設(shè)監(jiān)控機房到中控室、主繼保室、機旁小室及線路保護室的光纜。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)上位機硬件系統(tǒng)改造。主要包括安裝并調(diào)試各個工作站的設(shè)備；安裝并調(diào)試主機設(shè)備和員工操作站顯示器；接入監(jiān)控系統(tǒng)專用網(wǎng)絡(luò)；安裝基本應(yīng)用軟件。

（3）監(jiān)控系統(tǒng)上位機軟件系統(tǒng)改造。上位機軟件改造包括安裝監(jiān)控系統(tǒng)支持軟件和主機操作系統(tǒng)；安裝并調(diào)試高級應(yīng)用軟件；安裝并調(diào)試數(shù)據(jù)庫；語音報警、報表、廠內(nèi)通信和調(diào)度遠動程序編寫調(diào)試；調(diào)試監(jiān)控系統(tǒng)功能。

（4）監(jiān)控系統(tǒng)LCU的改造。LCU的改造包括安裝并調(diào)試PLC各模塊，確保下位機實現(xiàn)對原有設(shè)備的控制與監(jiān)視；上位機和下位機正常的通訊；鋪設(shè)直流電源的電纜；安裝交直流雙供電源等。

4 水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造實例分析

4.1 水電廠當前系統(tǒng)概況

某水電廠河床式水電廠，裝設(shè)了3臺單機容量為21MW的軸流轉(zhuǎn)槳式機組，采用的是常規(guī)繼電器硬接線控制回路，實現(xiàn)對機電設(shè)備的操作與控制。此類操作控制方式的維護量較大，可靠程度低，容易造成設(shè)備的誤動或拒動。該水電廠在運行10多年后，設(shè)備已出現(xiàn)明顯的陳舊老化，嚴重影響電廠正常穩(wěn)定發(fā)電運行。為了提高其自動化程度與安全運行水平，決定對電廠實施計算機監(jiān)控系統(tǒng)自動化改造，由傳統(tǒng)的繼電器硬接線自動控制方式改為計算機監(jiān)控系統(tǒng)控制方式。

4.2 改造方案

該水電廠在設(shè)備檢修期間，合理地安排了監(jiān)控系統(tǒng)的改造工作，添加的3臺機組LCU、開關(guān)站LCU、公用LCU先后全部投入運行。運行期間，監(jiān)控系統(tǒng)運行穩(wěn)定，狀況良好，極大提高了電廠生產(chǎn)效率與運行管理水平。

4.3 改造工程的具體實施

該水電廠的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，其中的主接線圖如圖1所示。

圖1 電氣主接線圖

電廠內(nèi)裝設(shè)3臺水輪發(fā)電機組，其單機容量達到21MW，分別接在2段10kV的母線上；廠內(nèi)總共有2臺主變器，110kV的采用的是單母不分段接線方法，設(shè)置有2回110kV線路，1回為備用。此外還有2臺廠用變壓器。

在安裝調(diào)試的同時，還要求保證水電廠的發(fā)電運行與設(shè)備安全，在工程項目實施前，技改小組需要根據(jù)實際的安裝、調(diào)試內(nèi)容，制訂詳細方案，根據(jù)統(tǒng)計出的I/O量，對設(shè)備現(xiàn)場進行走訪，繪制出二次接線圖與電纜圖。工程實施的過程中，技改領(lǐng)導(dǎo)小組還應(yīng)當與技術(shù)人員團結(jié)協(xié)作，運用設(shè)備檢修停運期間，合理安排技改工作進程，同時確保電廠發(fā)電運行。電廠技術(shù)骨干提前做好了安全措施，先從上位機系統(tǒng)入手，將監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、UPS設(shè)備和部分上位機安裝調(diào)試完畢后進行#3機組下位機改造。利用#3機組檢修機會，拆除舊控制屏接線，撤去舊控制屏，將監(jiān)控系統(tǒng)LCU控制屏就位，焊接固定。沿電纜溝、橋架敷設(shè)電纜、對線，按設(shè)計圖紙進行接線，同時與廠家技術(shù)人員共同進行最后的設(shè)備、程序調(diào)試，在#3機組調(diào)試完畢接入新監(jiān)控系統(tǒng)且運行穩(wěn)定后，再對開關(guān)站和公用LCU進行改造。最后進行#1、#2機組LCU改造工作。在整個改造過程中，新舊監(jiān)控系統(tǒng)同時運行，保障了改造工程中電廠發(fā)電設(shè)備和對外通信（上級調(diào)度）的穩(wěn)定運行。

4.4 改造成果

新的監(jiān)控系統(tǒng)要求能夠?qū)崿F(xiàn)集中監(jiān)控、電站優(yōu)化運行等功能，監(jiān)控系統(tǒng)改造對象包括：①3臺水輪發(fā)電機組1F、2F、3F及其調(diào)速器、勵磁調(diào)節(jié)器、保護裝置等其它機組附屬設(shè)備；②2臺主變壓器；③升壓站開關(guān)設(shè)備、110kV出線及10.5kV母線；④水電廠的公用和輔助設(shè)備。主要有：技術(shù)供水系統(tǒng)、廠房滲漏排水系統(tǒng)，中、低壓空氣壓縮系統(tǒng)，400V廠用電系統(tǒng)、220V直流電源系統(tǒng)等。

該水電廠的計算機監(jiān)控系統(tǒng)，采用的是全分布開放式總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由電廠級計算機層、現(xiàn)地控制單元層組成。而電廠級的計算機層與現(xiàn)地控制單元層之間，設(shè)計采用100MB網(wǎng)絡(luò)交換機進行聯(lián)結(jié)，形成雙以太網(wǎng)通訊，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

5 結(jié)語

水電廠改造工作完成后，計算機監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該具備了良好的擴充能力，能夠全面按照用戶的實際需求，進行資源的配置與調(diào)整，排除冗余系統(tǒng)，同時在計算機監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化設(shè)計、分布軟件和數(shù)據(jù)庫分布模塊等的處理工作上，能夠全面保障開放性，確保監(jiān)控系統(tǒng)改造的順利進行。

[1]金劍.節(jié)制閘閘門計算機監(jiān)控系統(tǒng)探討[J].治淮，2014（7）：44～45.

[2]張弓，佟秀偉，徐勝，等.變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測的研究與設(shè)計[J].電網(wǎng)技術(shù)，2014，38（s1）：71～74.

[3]楊翠萍，安倫，侯秀梅，等.模糊PID技術(shù)在水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電源技術(shù)，2014，38（3）：542～543.

[4]毛琦，周永濱，鄧小剛，等.近尾洲水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造的實現(xiàn)及其特點[J].水電站機電技術(shù)，2012，35（3）：53～54.

TV736

A

1004-7344（2016）15-0292-02

2016-5-10

陳皓帆（1988-），男，助理工程師，本科，主要從事水電二次監(jiān)控系統(tǒng)運維工作。