水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的探討

林倩影

（福建水口發(fā)電集團(tuán)有限公司）

水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的探討

林倩影

（福建水口發(fā)電集團(tuán)有限公司）

水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是水電站運(yùn)行管理的重要組成部分，是對(duì)整個(gè)水電站的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視、測(cè)量、控制和保護(hù)的計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，提高了水電站的經(jīng)濟(jì)效益和自動(dòng)化程度。本文主要分析了水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，介紹了其結(jié)構(gòu)、類(lèi)型、原則，并對(duì)水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的意義做了討論。

水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；類(lèi)型結(jié)構(gòu)；意義

隨著電力體制“廠網(wǎng)分開(kāi)，競(jìng)價(jià)上網(wǎng)”的改革深化，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在水電站的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，水電站的監(jiān)控水平和自動(dòng)化水平日益提高。目前現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)中大型水電站已經(jīng)普遍應(yīng)用水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定、安全、可靠的重要性不言而喻。

1 水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r

在歐美地區(qū)的一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)得到了較快且先進(jìn)的發(fā)展[1]。在20世紀(jì)80年代起，計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)、水電站自動(dòng)控制的功能、性能等就已經(jīng)普遍應(yīng)用在水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，這個(gè)系統(tǒng)的特點(diǎn)是占地面積小、外部電纜數(shù)量少、集成度高、造價(jià)低。國(guó)外的水電站自動(dòng)控制系統(tǒng)的模式主要有兩種：集成型和專(zhuān)用型。水電站自動(dòng)控制系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用尚處于推廣階段，都是以常規(guī)設(shè)備為主。為了實(shí)現(xiàn)各個(gè)設(shè)備的通訊、聯(lián)系、正常安全運(yùn)轉(zhuǎn)，降低投資成本，專(zhuān)用型的自動(dòng)控制系統(tǒng)早已經(jīng)成為了業(yè)界研究開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)[2]。如表1所示的就是我國(guó)水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程。

2 水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的類(lèi)型、結(jié)構(gòu)模式、應(yīng)用原則

2.1 水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的類(lèi)型

表1 我國(guó)水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展

根據(jù)計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、作用、配置、控制層次、功能等方面對(duì)水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行分類(lèi)，則水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的類(lèi)型主要包括：①CASC方式，即以水電站的常規(guī)設(shè)備為主，計(jì)算機(jī)監(jiān)控為輔的監(jiān)控系統(tǒng)。②CBSC方式，即以水電站常規(guī)設(shè)備為輔，計(jì)算機(jī)監(jiān)控為主的監(jiān)控系統(tǒng)。③CCSC方式，即水電站常規(guī)設(shè)備與簡(jiǎn)單計(jì)算機(jī)監(jiān)控雙重設(shè)置的監(jiān)控系統(tǒng)。④去掉水電站常規(guī)設(shè)備的全計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。在這四種類(lèi)型中，CCSC方式的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，造價(jià)較高，其雙重監(jiān)控系統(tǒng)可以獨(dú)立運(yùn)行，互為備用，可以切換，所以整個(gè)系統(tǒng)的可靠性更高。而最后一種全計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)際上是CBSC的延伸，對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的冗余度和可靠性的要求較高，應(yīng)用前景較好。

2.2 水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式

2.2.1 集中式監(jiān)控系統(tǒng)

這種監(jiān)控系統(tǒng)是對(duì)水電站整體運(yùn)行的狀況進(jìn)行集中的監(jiān)視和控制，所有的操作控制指令和信息處理都是由計(jì)算機(jī)發(fā)出并完成的，這也導(dǎo)致了這個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)缺陷：一旦計(jì)算機(jī)發(fā)生故障，那么整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)都將陷入癱瘓[3]。目前這種模式已經(jīng)基本不在中大型水電站中使用，但是由于其投資較少，控制簡(jiǎn)單，所以對(duì)于一些機(jī)組容量小、送變電設(shè)備少，主接線(xiàn)簡(jiǎn)單的小型水電站來(lái)說(shuō)，這種模式仍然可以作為參考模式。

2.2.2 功能分散式監(jiān)控系統(tǒng)

這種監(jiān)控系統(tǒng)的主要特征是控制功能分散（以微處理機(jī)為中心構(gòu)成子系統(tǒng)），管理集中（用計(jì)算機(jī)管理），從而實(shí)現(xiàn)負(fù)載、功能、危險(xiǎn)、地域分散等功能。系統(tǒng)根據(jù)不同的功能設(shè)立多套對(duì)應(yīng)設(shè)備，這些設(shè)備要能夠獨(dú)立完成各自功能。

2.2.3 分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)

這種系統(tǒng)的主要特征是控制對(duì)象比較分散，所以根據(jù)控制對(duì)象設(shè)置相應(yīng)的配套裝置，形成控制單元，從而完成對(duì)控制對(duì)象的數(shù)據(jù)采集。這種監(jiān)控系統(tǒng)是與水電站的分層控制系統(tǒng)結(jié)合應(yīng)用，形成分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)，其特點(diǎn)是用戶(hù)和應(yīng)用軟件可以移植，不同系統(tǒng)之間可以相互操作，系統(tǒng)擴(kuò)展、升級(jí)和更新都比較方便，保護(hù)用戶(hù)的利益。這種模式已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)的水電廠。

2.3 水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用原則

2.3.1 大中型水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用原則

對(duì)于大中型水電站來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)一般分為幾個(gè)層次結(jié)構(gòu)：現(xiàn)場(chǎng)控制層、站級(jí)監(jiān)控層、梯級(jí)調(diào)度中心層[4]。整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)的基本原則是：監(jiān)控設(shè)備擴(kuò)展性、維護(hù)性、可靠性較好，數(shù)據(jù)精度和相應(yīng)指標(biāo)符合規(guī)定和生產(chǎn)要求，同時(shí)采用雙網(wǎng)冗余技術(shù)來(lái)分散設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)，提高系統(tǒng)的可靠性，降低誤操作性。

2.3.2 小型水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用原則

小型水電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要是以安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用為主要原則，提高系統(tǒng)的擴(kuò)展性、適應(yīng)性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行，降低成本。

3 水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的意義

水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是通過(guò)對(duì)水電站各種設(shè)備信息的采集和處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)水電站的監(jiān)視、控制和保護(hù)，使水電站更加安全可靠、穩(wěn)定的運(yùn)行。它的意義主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

3.1 提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和水電站設(shè)備的可靠性

水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能夠快速反應(yīng)水電站的運(yùn)行狀況，在水電站發(fā)生突發(fā)事故或者設(shè)備不正常運(yùn)行時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)可以迅速獲取設(shè)備運(yùn)行的參數(shù)和狀態(tài)，并自動(dòng)發(fā)出警告信號(hào)，引起操作人員注意。當(dāng)水電站的設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，控制系統(tǒng)可以自動(dòng)將其停機(jī)，避免故障進(jìn)一步擴(kuò)大，保證了水電站設(shè)備運(yùn)行的可靠性。當(dāng)設(shè)備正?？煽窟\(yùn)行時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)可以自動(dòng)控制發(fā)電機(jī)的電壓和頻率，并根據(jù)用電調(diào)度要求，實(shí)現(xiàn)發(fā)電、供電、用電的平衡，保證電能質(zhì)量和電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3.2 加快水電站的控制調(diào)節(jié)過(guò)程

水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以按照預(yù)定的控制程序和規(guī)律依次自動(dòng)完成對(duì)機(jī)組的調(diào)節(jié)，免去了人工操作的時(shí)間和復(fù)核時(shí)間，有效加快水電站的控制調(diào)節(jié)過(guò)程。尤其是當(dāng)區(qū)域電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)必須盡快將事故備用機(jī)組啟動(dòng)并入電網(wǎng)，帶上負(fù)荷調(diào)節(jié)運(yùn)作，進(jìn)而保證電網(wǎng)供電，這樣才能適應(yīng)“廠網(wǎng)分開(kāi)，競(jìng)價(jià)上網(wǎng)”的電力體制改革[5]。

3.3 實(shí)現(xiàn)水電站的優(yōu)化運(yùn)行，使水電站獲得最大的發(fā)電效益

水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用一方面實(shí)現(xiàn)了水電站的自動(dòng)化，大大減少了人工操作工作量，減輕了人員負(fù)荷，降低了運(yùn)行成本，另一方面實(shí)現(xiàn)了水電站的優(yōu)化運(yùn)行，通過(guò)對(duì)各機(jī)組、設(shè)備的監(jiān)控，保證水電站可以根據(jù)最佳優(yōu)化方案給機(jī)組分配任務(wù)，從而保證機(jī)組的高效運(yùn)行，最大限度地利用水能，提高效率，給水電站帶來(lái)直接的經(jīng)濟(jì)效益。

4 水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)例——彭水水電站

彭水水電站通過(guò)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制和現(xiàn)地控制，包括了電站調(diào)節(jié)和上級(jí)調(diào)度調(diào)節(jié)。

4.1 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

在設(shè)計(jì)和配置彭水水電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，整體的原則是無(wú)人值班或少人值班并最終實(shí)現(xiàn)關(guān)門(mén)運(yùn)行，同時(shí)要確保電廠能夠滿(mǎn)足監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)整個(gè)電站的監(jiān)控需求。設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)采用的是模塊化、分布式結(jié)構(gòu)，滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)化的控制要求，各個(gè)監(jiān)控、保護(hù)系統(tǒng)相互獨(dú)立，同時(shí)又能兼容擴(kuò)充。系統(tǒng)還應(yīng)具有防止誤操作、自我診斷、自我修復(fù)、自我保護(hù)功能，設(shè)置交直流電源系統(tǒng)，保證電源突然斷電時(shí)不丟失信息。

4.2 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

整體結(jié)構(gòu)是計(jì)算機(jī)為主，常規(guī)控制為輔，這種結(jié)構(gòu)可以利用系統(tǒng)的自動(dòng)化程度來(lái)提高監(jiān)控可靠性，同時(shí)一旦出現(xiàn)突發(fā)狀況，還可以使用常規(guī)控制方式。結(jié)構(gòu)采用的是分層分布式結(jié)構(gòu)，主控機(jī)是電站級(jí)，控制對(duì)象是現(xiàn)地單元控制級(jí)，并使用雙以太網(wǎng)接入網(wǎng)絡(luò)傳遞信息，使用人機(jī)界面和計(jì)算機(jī)對(duì)接進(jìn)行監(jiān)控?？刂茖拥木W(wǎng)絡(luò)中，電站級(jí)控制層采用雙環(huán)網(wǎng)以太網(wǎng)的結(jié)構(gòu)監(jiān)控，現(xiàn)地單元控制層采用現(xiàn)場(chǎng)連線(xiàn)的方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程和監(jiān)控設(shè)備的連接。

4.3 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的配置

電站級(jí)的監(jiān)控中心需要實(shí)現(xiàn)對(duì)水電站進(jìn)行整體綜合計(jì)算、優(yōu)化調(diào)度、事故信號(hào)分析、信息處理和時(shí)鐘管理，同時(shí)還需要采集、存儲(chǔ)、管理數(shù)據(jù)，生成報(bào)表和運(yùn)行管理檔案等工作。在系統(tǒng)配置上，發(fā)出、設(shè)定監(jiān)控、調(diào)節(jié)等指令需要運(yùn)用人機(jī)接口工作平臺(tái)；遠(yuǎn)程維護(hù)和診斷采用電話(huà)撥號(hào)的形式；監(jiān)控系統(tǒng)與集控中心之間的通信需要使用集控通信服務(wù)器；監(jiān)控中心與調(diào)度中心之間的通信需要使用調(diào)度通信服務(wù)器。各個(gè)現(xiàn)地級(jí)控制單元都含有冗余模塊、電源、現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)、機(jī)架等。

5 總結(jié)

我國(guó)目前已經(jīng)研發(fā)出了許多滿(mǎn)足要求的水電站計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，應(yīng)用高新技術(shù)提高了水電站監(jiān)控系統(tǒng)的安全可靠性和經(jīng)濟(jì)效益。彭水水電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用冗余和開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，不僅運(yùn)行穩(wěn)定，安全可靠，而且功能完善，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水電站的整體集中控制。

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