中小型电站自动化信息系统建设探讨

谭志荡

（南方电网调峰调频公司天生桥水力发电总厂，贵州 兴义 562400）

1 自动化系统

1.1 监控对象

中、小型水电站发电机组一般由2～4台发电机构成，小型水电站单机容量一般为几百千瓦，中型水电站的单机容量一般从几千千瓦到上万千瓦不等，发电机出口电压为6kV或10kV。电站主变压器为1～3台，电气主结线为单母线或单母线分段，一般升压为35kV或110kV，出线1～4个回路，近区变1～2台。水电站综合自动化系统就是实现对发电机、励磁系统、母线、馈线以及其它辅助设备的保护、数据采集、监控、计算等控制要求。

1.2 系统结构

根据中小型水电站的机组容量和机组数量的不同，综合自动化系统结构可灵活配置。一般采用分层、分布式结构，分为中央控制室部分、现地控制单元部分和网络单元。中央控制室部分配置由工程师站、操作员站、通信管理站、数据服务器、GPS对时设备组成，主要实现画面显示、数据管理、报表处理和下发控制指令、卫星自动校时等功能。现地控制单元(LCU)部分一般由多套PLC和现场智能仪表组成,主要实现现场数据的采集、逻辑控制、运算和输出控制指令等功能。网络单元一般选用可靠的光纤自隅环网结构，协议采用TCP/IP,百兆速度；或为节省投资,选用单网和现场总线结构。网络主要实现数据的上下行传送作用,并能够满足水电站网络信息化建设的需要,可以非常方便地进行系统扩容。

1.3 系统需具备的基本功能：保护功能；基本软件功能；数据库功能；数据监测与控制功能

1.4 系统特点

系统的设计规范遵循IEEE和IEC等有关国际标准，并符合国家标准；采用分层、分布式结构，系统结构简洁，可靠性高，扩展性强，符合自动化技术的发展方向；现地控制单元采用可编程序控制器(PLC)，功能强大，抗干扰性能强，模块化设计、组态灵活、维修方便，各装置相对独立，某一装置故障不会影响其它装置的运行；操作站采用Windows多任务操作系统，人机交互界面友好，全中文显示，可详细显示测控、保护、数据信息，可进行参数设置、实时数据显示，信道及系统状态监视，本地遥控操作，使用方便，易于掌握；系统功能齐全，包括数据采集、控制、微机远动等。系统具备良好的系统接口能力，可以非常方便地和网络信息化系统对接，实现数据资源的共享。同时，系统具备在线自检、自诊断和恢复能力；由于采用了分层、分布式结构设计，自动化程度极高，可以实现水电站控制的无人值班（少人值守）。

2 信息化系统建设

根据各水电站的实际情况，请专业的网络公司构建好一套适合企业的站局域网络，主要管理部门均纳入网络系统，设置计算机和相应的外设。

综合自动化系统通过网关接入站局域网，综合自动化系统自动将管理需要的重要数据写入局域网服务器，便于数据的历史管理。并且，任何一台局域网上的计算机只要通过许可均可以浏览到与综合自动化系统完全相同的画面，这样，可以非常方便站长，总工办、生技科等管理部门人员的管理。

充分利用Web、Java等新技术，构建企业的宣传网站和数据浏览网页，通过硬防火墙接入Internet，并设置安全权限，获得系统通过的Internet用户可以在任何地点通过计算机浏览水电站相关数据和实时运行状况。充分利用Internet网络构建水电站群的远程集中管理模式。

系统软件应建立历史数据库模块。在局域网数据服务器中建立水电站运行的历史数据库系统。实际上，这是综合自动化系统的一个组成部分，只是将原来综合自动化系统中需要历史保存的数据、事件和相关信息进行分门别类的存放到数据服务器数据库中来，供需要时进行查询、打印或备份。模块具备美观的人机界面，方便的操作方式和丰富多彩显示形式。通过标准数据库接口SQL、ODBC、JDBC等，其他系统可以方便地获得历史数据资料。

提供效率监测系统。水轮机效率的实时监测对电站的经济运行有着重要的作用。水轮机的在线监测既可用于水电厂机组在安装竣工或大修结束后的现场验收试验，以便检查设计、制造、安装和检修质量是否满足要求，又能通过对机组运行性能进行长期连续监测，提供在不同的水流和工况条件下水轮机性能的实时数据，为确定电厂经济运行中的开机台数和负荷优化分配以及机组的状态检修等提供参考。因此水轮机效率在线监测一直是实现电厂经济技术指标考核和经济运行的一个重大科技攻关课题。当前，以厂网分开为基础的电力体制改革方案已经出台，电力市场竞价上网亦将成为必然的发展趋势，因此，在保证安全运行，满足电力系统要求的基础上，不断提高水资源利用率，设备可用率，减少运行和维护费用，已成为每个水电站迫切需要开展工作，以提高自身的市场竞争力。

为提高管理办公效率，系统应考虑建立OA系统和备件库管理系统等，提供必要的企业管理者查询系统等。

3 监控系统

在水电站信息管理系统中，水电站综合自动化系统是最基本的组成部分，监控系统与发电厂发电设备同步投入，建成后可以达到无人值班（少人值守）的要求。但水电站具有地域分布较广、运行设备较多等特点，那么在运行人员较少的情况下，如何更加有效地保障水电站安全可靠的运行呢?在这样的需求下，使用视频监控系统来作为综合自动化系统的补充，实现对水电站运行情况的全方位监控管理将是一个非常好的选择。

3.1 系统应用范围

3.1.1 水库大坝管理

通过视频监控系统或水情测报系统可监测水库蓄水水位情况；操作人员在使用控制系统操作闸门时，可通过视频监控系统监闸门和水流情况；在某些环境下，如水库的溢洪道等地方，大部分时间属于无人值守状态，需要设置监控摄像机实时监控；监测水库、坝区的周边环境。

3.1.2 设备监控

对站区重要室内设备进行监控，如：水轮机室、水车室、电缆廊道、发电机层、蝶阀层、技术供水室、电气层、开关室、尾水廊道等；对站区重要室外设备：主变压器、副厂房、避雷器、开关、刀闸、地刀等进行监控；监控应达到以下效果：清楚地监视场地内的人员活动情况、清楚地看见发电或其他室外设备的具体运行状况；可以清楚地看见人员、设备情况。

3.1.3 安全防范

保障水电站空间范围内的建筑、设备的安全起到防盗、防火的作用。在围墙、大门等处通过摄像、微波、红外探头以防止非法闯入；在建筑物门窗安装报警探头如门磁、红外、玻璃破碎探测器等，并在重点部位安装摄像机进行24h不间断视频监控，实现报警联动录像的作用。

由于各个水电站对视频监控系统要求的不同，以上只是简单地对视频监控系统所能应用的范围作一个简单的介绍.在实际应用中应根据水电站的实际情况，在满足运行管理要求的基础上进行监控范围的确定。

3.2 系统组成

视频监控系统主要由前端视频采集、网络通讯和中心控制三个部分组成。

3.2.1 前端视频采集部分

摄像装置是收集被摄物体的光信号，并将其转换为电视信号的备。它是整个系统的核心部分，包括镜头、摄像机、防护罩及支撑设备等。根据被摄物体及摄像地点的不同，摄像装置的具体配置也各不相同。

同时，为适应夜间监控的要求，可在监控点附近安装大功率的探照灯，系统可远程控制灯光电源开关，保证人员清楚的监控到夜间的情况。

3.2.2 网络通信部分

网络视频监控系统采用标准的TCP/IP协议，可直接应用在局域网或者广域网上。具体的通道方式可根据现场的实际情况进行选择。

3.2.3 中心控制部分

视频监控系统采用Brower/Sever结构，用户在调度/监控中心设置一台图像监控系统服务器，主要完成现场图像接收，用户登录管理，优先权的分配，控制信号的协调，图像的实时监控，录象的存储、检索、回放、备份等。在本地监控点可安装网络视频监控系统的客户端，用户利用IE浏览器查看本地和远程现场情况。在客户端上还可实现多画面实时监控，远程控制摄像机云台、灯光控制、制订录像计划等操作。由于水电站一般为梯级结构，在视频监控系统的实际应用中，一般是将调度中心与监控中心合二为一，设在某一个地理距离较为理想的水电站中作为控制中心部分，而在各级电站安装前端视频采集部分，并设置一个现场监控点进行对本电站进行监控。各级电站的视频监控情况通过光纤或无线通道传输到远程控制中心进行集中控制，同时远程控制中心也可通过广域网将信息传输到公司总部供领导进行察看，特别在水库大坝出现险情的时候能为领导决策起到很好的作用。

3.3 系统实现的功能

现场图像可根据地点分成监控组，以4分屏、9分屏或者16分屏方式显示，组内图像可自动轮巡，切换时间可以任意调节；自动控制镜头光圈的大小、聚焦的远近、焦距的长短等参数，以改变图像的大小；自动控制云台的运动，变换摄像机的方位，从而根据使用需要调整视场；自动控制前端各设备电源的开关，如摄像机电源的开关及照明电源的开关等；可设置手动录像、计划录像和报警自动录像等多种录像方式；录像记录可按照时间、地点和报警类型查询并回放；通过网络化，分级式的电子地图，直观显示摄像点的位置；调度中心和发电现场实现语音双向对讲；多路报警直接接入，联动录像、摄像机预置位、现场控制设备；当发生报警时，可任意联动其他设备，如警灯、警号，同时可在客户端弹出报警提示；连接水电站已有的消防报警系统、网络信息化系统；实现水电站的远程系统集中管理。

4 结语

中小型水电站在我国国民经济的发展中起到了相当重要的作用，为满足经济的高速发展、用电量的不断增加提供了重要保障。水电站一般远离城市、乡镇，计算机综合自动化系统的建设可以实现水电站的无人值班（少人值守），提高电站设备运转的可靠性和效率，确保供电安全可靠。系统采用分层、分布式结构，将微机保护、监控、调速、励磁及电站其它控制设备融为一体，实现监控和管理。

[1]徐倩倩.电站自动化系统在变电站中的应用[J].低压电器，2008-01-30.

[2]刘吉臻.现代电站自动化技术进展[J].现代电力，2005-02-28.