水电站群远程集中控制系统的“五防”功能拓展研究

一、引言

当前很多的水力发电站都普遍的实施了计算机监控，但是大部分的都是采取的监控系统与五防系统分列开来进行运行的，其根本的原因就是在于监控系统上位机软件与微机五防软件分别属于不同的公司进行来发的。但是目前很多的水电站都要求将微机的五防技术进行计算机监控系统的嵌入，所以从运行的角度来看的话，这样的设计的可靠性超过了分列的运行方式。

二、监控系统与微机五防系统的数据关系

微机的防误闭闭锁设置能够在技术的层面有效的防治物种电气恶性失误性操作的恶性失误操作的事故发生。五防系统的主机系统主要是通过RS485的串口与监控的上位机器进行通讯。实时接收相关的能量数据。当断路器或者是电动的闸刀的位置与监控后台机器的后知信息不符合的时候，系统的报警系统能够启动，并且能够实现实时的自动对位设置。

监控系统的上位机器的遥控操作的实施必须要强制性的闭合控制后台机器的遥控操作系统的命令，这样的命令必须要经过微机的五防系统的主机系统进行主机上的判定。不能够违反五防的实际程序逻辑结构，并且同时要对事物的命令自动的切断并且能够有效的反馈信号给监控的系统。

五防的系统与实际的监控系统的结构不能够影响相互之间的各自独立运行，两个系统在数据之间的相互交流的过程中仅仅是作为送或者是接受的单元，而不能够作为相互之间的制约的单元。监控系统在操作失灵了之后，不能够影响五防系统的功能上的完善性，更加的不会影响五防系统上的正常的使用功能。五防系统如果出现了故障，也会在一定程度上影响监控系统的正常运行。

三、监控系统与微机五防系统的通信实现

随着监控系统功能的不断的完善，各个水电厂之间的各个系统都逐渐的通过遥控的往事与监控系统进行通信，其中的微机的五防系统主要的就是作为水电厂的预防人身和设备的伤害，防治失误操作的引起。本文将以Modbus TCP/IP的通信协议为例进行监控系统和微机五防系统之间的遥控功能的方案设计。

1.Modbus通信协议

Modbus是全球的工业领域中间最为流行的一种通信协议，这个通信协议主要采取的就是主从方式的通信，每一个站点设备必须要有唯一确定的地址，通信的过程中首先就要从主战发出数据进行报文的请求，从站在接收到了请求之后在发送相关的数据到主站，在主站方面也可以直接的将数据进行修改，实现双向的读写功能。

从传统的协议来讲，Modbus协议采用的是串行通信，主要的包括ASCII和RTU的模式，随着以太网技术在当今技术发展的过程中不断的发展，出现了Modbus TCP/IP的技术。其充分的利用了以太网交换数据中的速度和精准度优势，此案去了类似的RTU的数据传输格式，在控制器的主机之间实现了实时的通信。由于TCP/IP是一个面向连接的可靠性的协议，所以就不需要进行一定的验证的过程，所以本文中的微机的五防与监控系统之间的通信就能够采取Modbus TCP/IP的形式进行实现。

2.Modbus功能码

对于Modbus协议来讲，可以支持将近200多种固定的功能码作为功能的实现。每一个功能码的实现都是要以唯一的固定功能进行。在本方案的设计中需要采取03功能码，这种功能码主要的是用于读取一个或者是多个的保持寄存器中的数值功能的实现。

3.通信参数的配置设置

由于本文采取的是Modbus TCP/IP的协议，所以在微机的五防主机中需要对于从站的IP和Modbus功能码进行通讯参数作为配置。微机五防主机的通信参数配置设置主要如图1所示。

4.通讯数据的配置

微机的五防主机的读取是针对监控通信技术的服务器数据的报文，报文的主要形式就是对寄存器上的数据进行保存，而保存的形式就是采取一个16位的二进制的数据，这个二进制的数据每一个位置上的0和1的状态实际上对应的就是遥控的遥信表中的各个电压等级之间的开关道闸之间的分合状态进行配置。这就在分别的配置的五防系统和监控系统的遥信点的表时之间设置设备的排序的完全一致性，一旦错位了，五防所受到的信息可能会产生比较严重的后果。

5.通信报文的解析

微机的五防主机系统和监控通信的服务器之间的报文数据主要的就是各个等级的开关以及刀闸的状态，其中的微机五防主机的发送和接受的报文如图2所示。

同时，监控通信服务器的发送以及接受的报文如图3所示。

总之，Modbus通信协议不断的推向成熟的阶段，在具备了TCP/IP连接的设备之间使用Modbus TCP/IP通信协议的时候其方式相对比较简单，本方案的使用也能够充分的满足微机五防系统对于实时的通信的需求，而且具有相对的经济性和灵活性，程序也能够随时的实现移动和增植，对于水电站的项目有相对比较高的借鉴意义。

四、集控中心计算机的监控系统中五防功能的具体实施

在集控中心的操作人员的操作过程中，操作员在工作站以及阶梯的各国电站的操作工作中能够充分的实现完全的相同功能，但是不同的是疾控中心的操作人员在工作的网站上因为所具备的电站以及设备的编号存在相同的情况相对的比价多，这就极易可能造成比较大的事物操作的可能性。所以，为了能够防止失误操作的产生，电力系统就提出了五防的要求。其中的五防主要包括防止带负荷拉合隔开开关，防止误分合断路器，防止带点合接地开关，防止带接地线合断路器以及防止误入带电间隔。这就是五防的主要内容。为了能够充分的加强远程控制的安全性，并且为了能够充分的保证操作指令下达的正确性，防止失误操作造成的操作事故，充分的确保梯级电站的正常运行工作，集控中心在电力系统的五防的要求基础上对其思路进行了一定的扩展，对于集控中心的计算机监控系统实施的五防功能的实现，其具体的应用主要为以下几个方面：

图1 微机五防主机的通信参数配置设置

图2 微机五防主机的发送和接受的报文

图3 监控通信服务器的发送以及接受的报文如

1.远程操作实行双登陆操作

首先，为了能够彻底的贯彻执行操作监护制度，同时为了防止无人监控系统造成的失误操作引起的失误，在进行远程的操作的时候要实行操作人员以及监护人员的双向登陆操作。

其次，只要有一个操作人员或者是一个监护人员在登陆的时候，在各个电厂的控制以及公路的调节的层面操作都被禁止，并且要有操作提示警报。

第三，操作人员以及监护的人员在实行同时登陆的时候，在各个电厂的控制和功率的调节的层面其操作是被允许的。

第四，当操作人员以及监护人员在实施同时登陆操作的时候，在各个电厂的控制和功率调节的操作是被允许的。

最后，当操作人员以及监护人员在实施同时登陆操作的时候，在各个电厂的控制以及功率的调节操作是被禁止的，并且同时要有操作提示警报。

2.防止操作错电厂

如上文所示，集控中心对于电站进行实施的监视和控制的过程中，在多个电站并存的情况下，如果要实现对于操作以及控制和发生操作错电站的可能性的产生，要采取以下的独特的防范措施：

首先，集控中心对于电站群组的某一个电站进行远程的操作和控制的过程中期控制的操作当点击这个网站的设备的时候，会自动的弹出具有这个电站设备标识的背景性质的图案以及比较醒目的电站的名称对话框。

其次，在确认了操作人员的对于某一个电站的操作之后，可以进一个的进行下一步的操作。

最后，在否认了这个电站的操作之后，其操作要终止，并且要退出原有的操作界面。

3.控制权的分级处理

为了能够防止失误操作引起的管理范围外的设备的处理，同时为了能够有效地避免控制权之间频繁的转换，对于设备的控制权需要实行不同的分级管理。

分级管理的实施对于水电站的设备按照系统的划分实行不同的控制权的管理。比如在集中控制中心和不同的电厂之间的设置的电站设备的控制权和管理的专门的画面有专门的设置。这个画面中将针对电站的设备按照LCU划分为不同的机组和开关站、辅助设备等等的部分，这个部分可以分别的画出各个LCU的控制权之间的不同控制，同时能够增加全选和取消的全选的控制权的功能设置。集中控制中心或者是电站仅仅能够对于已经勾选上的选项具有相对应的控制权和相对应的设备进行一定的操作。如果没有相对应的控制权或者是没有对于相对应的控制设备权进行命令的下达，将闭锁控制命令的下达，并且提示没有相对应的控制权选项。

4.设备检修以及人工搭建的接地处挂牌的提示

为了能够充分的保证水电站的设备的检修的顺利进行，同时为了能够更加完善设备的检修安全措施，对于水电站的检修设备的集中控制中心的操作人员的工作站要实行挂牌的现显示，一般的挂牌是标底为黄色的内三角形加红色的“检”字显示。另外还有相对应的接地标志的显示。当一个画面挂牌之后，所有与这个设备相对应的画面都要进行挂牌处理，当一个画面拆除了挂牌之后，所有与这个设备有关系的画面都应该进行拆除挂牌处理。

五、结束语

本设计在Modbus TCP/IP通信协议的基础上，巧妙的进行了构思，其着力点就是系统的实用性，使得电力系统的防误操作得到了很大的扩展和延伸，也充分的保证了电力安全的生产。在未来的应用过程中，将为今后的计算机的监控系统的完善提供一定的基础，同时还能够为其余的流域梯级水电站的远程集控防误操作起到更好的借鉴意义。

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