水電廠計算機監控系統

摘要：計算機監控系統是水電廠運行管理的關鍵，是水電廠安全生產的前提保證，它具有結構復雜、涉及面廣、科技含量高的特點。本文簡述了監控系統結構的發展過程，詳細介紹了計算機監控系統體系結構、功能特點及其軟件模塊功能的實現。

關鍵詞：監控系統；系統設計；軟件模塊

1. 前言

自20世紀80年代初期以來 ，國外在水電廠監控系統上普遍采用計算機監控技術，水電廠計算機監控控制水平及自動控制功能，性能的得到極大的提高，許多水電廠實現了無人值班看守。這種管理模式提高了水電廠動力設備運行的可靠性，降低了水電廠的運行成本。另外，由于水電廠計算機監控系統集成度高，減少了控制系統的占地面積及外部電纜數量，因此降低了水電廠的建設成本[1]。

充分提高水電廠自動化監控水平和經濟運行水平，對保證國民經濟的迅速發展有著極其重要的意義。電力生產過程的特點是，電磁干擾大，信號量多而廣，控制對象多（包括水電機組、輔助設備、開關站等），控制過程復雜。對

作者簡介：李海峰（1982-），男，江蘇南通人，工程師，主要從事水電廠設備維護與管理工作。E—mail：bo2345@163.com。

自動化裝置的實時性、測量精度以及可靠性等方面都有較高的要求，傳統的監

2. 控設備功能已越來越不能夠滿足電力工業日益發展的需要，而以可編程計算機控制器、工業以太網為基礎的自動化監控設備以其技術先進、功能強、實時性高、可靠性好等優點而得到廣泛應用[2]。同時，能夠給操作人員提供了友好的人機接口界面，主要完成數據的加工處理，在主接線處畫面顯示數據，把數據存儲到數據庫和歷史文件中，對開關變位和數據越限進行報警、制作數據報表等。計算機監控系統成為了水電廠自動化運行管理過程中的一大關鍵組成部分，其在水電廠自動化運行管理及控制實施過程中發揮著安全運行與安全監控這兩個方面的重要作用[3] [4]。

3. 水電廠監控系統的設計和組成

監控系統采用的結構是分層分布，設有按被控對象分布的現地分散的現地控制級和全廠集中的主控級。計算機監控系統主要方向就是按“無人值班”（少人值守）來設計，并遵循以下的幾點基本思路：

根據國內水電站自動控制技術的水平和發展方向，采用現代監控系統成熟技術，全計算機監控系統，全分布系統；

上位機系統采用主機/操作員工作站+打印服務器+通訊工作站；

操作系統采用Window NT系統；

設有AGC、AVC調節控制系統，根據節水、多發電的標準，按經濟合理的原則在機組間進行最優負荷分配；

為了充分考慮與省調計算機系統之間的通信的可靠性和穩定性，計算機監控系統應實現省調對電站的遠程調度。

4. 水電廠的計算機監控系統主要特點

系統采用多CPU處理方式，監控、保護配置相互獨立，在站控級計算機出現異常時，保護功能仍能獨立發揮作用。

系統采用全分布、開放式結構。各間隔層和站控級計算機之間相互獨立，任何局部單元出現故障都不會影響其它單元或站控級設備。

各種電氣參數的大屏幕液晶顯示窗口和可供操作的鍵盤。

系統具有功能較強的人機接口、全漢化的友好界面。

系統具備防誤操作功能和完善的自我診斷、自我恢復功能。

5. 水電廠計算機監控系統主要功能

4.1數據采集和處理

自動采集模擬量、開關量、脈沖量等輸入的各類實時數據；

形成報警記錄并發出報警音響，對接收的數據進行報警處理檢查，對采集的數據進行數據庫的刷新；

脈沖累積、電度量的分時累計和總計；

進行數字量、模擬量的計算、用于監視、控制和報警；

主、輔設備動作次數和運行時間等的統計并歸檔；

向外部系統發送其所需要的信息。

4.2狀態安全監視

包括模擬量數據合理性檢查、工程單位變換、模擬量數據變化及越限檢查。

按照規定的格式產生報警和記錄。狀態量變化次數記錄并歸檔。

對重要開關的動作和繼電保護動作，按不同性質（事故、故障或狀變）和發生時間的先后進行事件順序記錄，以便進行事故分析，主要有：發電機電壓及以上電壓等級斷路器的動作停車和發電機、變壓器主保護動作停車等以及35KV電壓的各級母線三相電壓、頻率，35KV電壓等級出線的三相電流值，發電機出口電壓、電流等在事故期的事故追憶。

對發電機定子溫度、軸承溫度、主變油溫等進行趨勢分析。

4.3控制操作

運行人員可以在控制臺上做發電、停機、空載、P/Q調節、主變有載分接頭升、降和開關（或刀閘）合、分等控制操作。計算機對運行操作分為兩類命令，對命令的合法性檢查和控制的閉鎖條件檢查，對非法命令和不滿足閉鎖條件的控制操作，監控系統將拒絕執行，并顯示操作信息區提示拒絕執行的具體原因。

4.4自動電壓控制（AVC）

電壓自動控制能適應電站的實際運行方式，它能根據電站開關站母線電壓，對全廠無功進行實時調節，使開關站母線電壓維持在給定值處運行，在運行機組間合理分配電站無功。

4.5自動發電控制（AGC）

自動發電控制能根據調度中心要求的發電功率或下達的負荷曲線，同時考慮效率特性曲線，或確定最佳運行的機組臺數、機組的組合方式和機組間最佳有功功率分配，對全廠的機組的有功功率進行控制。

4.6系統通信功能

與外部系統（省調）之間的通信；

與廠內其他子系統的通信；

與時鐘同步裝置的通信。

系統能正確接收GPS時鐘信息，以實現本系統內各節點與系統實時時鐘的同步。

4.7人機接口及操作

人機接口能使電站的運行操作人員、維護人員和系統管理工程師，通過操作員站、工程師站等的人機接口設備，如顯示器、通用鍵盤、鼠標以及漢字打印機等，實現對電站的監視、控制及管理功能。其基本功能和操作如下：

（1）人機接口滿足要求

對電站設備操作員只允許進行監視、控制調節和參數設置等操作，而不允許修改或測試各種應用軟件；

人機接口操作方法簡便、靈活、可靠；

任何人機聯系請求無效時顯示出錯信息

給不同職責的運行管理人員提供不同的安全等級操作權限；

運行人員能根據操作權限在控制臺方便準確地設置或修改運行方式、負荷給定值及運行參數限值等；

操作過程中操作步驟簡單明了，有必要的命令校核及閉鎖功能

運行人員能根據操作權限完成參數設值及輸入點狀態設值。

（2）畫面顯示

運行人員能通過鍵盤或鼠標選擇畫面顯示。畫面顯示功能做到組織層次清晰明了，信息主次分明，美觀實用；畫面圖符及顯示顏色定義符合中華人民共和國《電力行業標準DL/T 578-95》有關規定。屏幕顯示畫面的編排包括時間顯示區、畫面靜態及動態信息主顯示區、報警信息顯示區及人機對話顯示區。

顯示的主要畫面包括電站電氣主接線圖（其中主要電氣模擬量能以模擬表方式顯示），機組及風、水、油系統等主要設備狀態模擬圖，機組運行狀態轉換順序流程圖，機組運行工況圖（P-Q圖）、各類棒圖、曲線圖，各類記錄報告，操作及事故處理指導，計算機系統設備運行狀態圖等。其畫面監視的主要內容如下：

監視水輪發電機組的運行工況、工況轉換及實時運行參數以及機組狀態；

監視輔助設備、公用設備的運行狀況；

監視機組進水閥的位置及運行狀態；

監視變壓器及其輔助設備運行工況及實時運行參數；

當出現故障和事故，立即發出中文語音報警。中文語音報警可通過人機接口全部禁止或禁止某個LCU單元。通過在線或離線編輯禁止或允許單個語音報警。

運行人員可以退出任何確認的誤報警點。

（4）記錄和打印功能

各類操作記錄、事故和故障記錄；

各類異常報警和狀態記錄、趨勢記錄；

事故追憶及相關量記錄；

報表記錄及曲線打??；

畫面及屏幕拷貝。

（5）操作票

對電廠常用的重要操作如開、停機操作、倒閘操作等，系統具有專用操作票畫面，內容包括有關主接線、設備狀態、人機聯系手段、操作步驟語句等?？蓪Σ僮髌边M行編輯、修改、打印。

6. 軟件系統功能模塊實現

系統功能模塊主要包括：系統配置、機組狀態監測、診斷、信號分析處理、狀態報告、維護、實用計算模塊、網絡發布等模塊。

5.1：系統配置模塊

系統配置主要是指硬件配置，在ENTEK IRD中完成，在ENTEK IRD中的配置完成后，在CMFD中進行刷新處理，以把ENTEK數據庫中的硬件設置與CMFD中設置結合起來，并必須有一個CMFD硬件設備數據庫。本數據庫是取自ENTEK硬件數據庫中的。

5.2：機組狀態監測模塊

機組狀態監測分為三種圖形顯示：（1）單信號時間曲線圖；（2）單信號實時監測屏模擬圖；（3）系統全部信號實時數據表圖。

單信號時間曲線圖用來顯示每一信號的實時時間曲線，單信號實時監測屏模擬圖顯示每一信號的實時棒圖，系統全部信號實時數據表圖在系統結構圖上顯示整個系統的實時數據。

5.3：信號分析功能模塊

信號分析是CMFD系統的關鍵，只有確實可靠的、自動獲取的信號分析功能才能實現系統的智能化診斷。由于在加載時會使程序運行緩慢，故此部分做成DCOM控件和DLL庫。

5.4：診斷模塊

診斷是CMFD軟件的最終目的。本系統的在線診斷首先采用報警故障與專家系統結合，在某信號發生報警時觸發診斷程序，根據故障樹進入深度搜索、規則匹配，通過對等特征量的檢驗，最終定向故障類，給出診斷報告。

系統定期調用神經網絡診斷程序對系統進行診斷，以求判別無報警發生時含有的先期故障。系統在用戶的需求下進行設備故障樹與專家系統結合診斷。

5.5：維護工具

維護工具主要是對數據庫的維護，定時處理日常數據，以保證數據庫的容量和正常運行。

5.6：網絡發布模塊

在這個模塊中主要處理一個實時數據庫和一個狀態報告數據庫，可以定制發布頻率，控制網絡發布數據量，這一部分數據庫存入或連入WEB服務器中，由WEB程序調用，定時刷新和刪除，確保數據的正常運行。

7. 結語

隨著水電廠無人值班少人值守工作的不斷深入和計算機技術信息技術網絡技術的飛速發展如今的水電廠計算機監控系統應該成為一個集計算機控制通信網絡電力電子為一體的綜合系統不僅可以完成對單個電站還需要實現對梯級流域甚至跨流域的水電廠群的經濟運行和安全監控。系統的成功應用，大大減輕了水廠運行人員的工作強度，提高了勞動生產率和經濟效益。

8. 參考文獻

[1] 郭謀發，曹舒.小型水電廠監控系統方案及其通信軟件設計[J].中國農村水利水電，2005，（4）：103-105.

[2] 陳造懷.水電站計算機控制[M].北京：水利電力出版社，1994.

[3] 李玉成.白石窯水電廠計算機監控系統[J].電工技術，2005，（7）：37-39.

[4] 施沖，朱辰，方輝欽，黃健.水電廠計算機監控技術發展趨勢分析[J].水電自動化與大壩監測，2002，26（6）：1-4.