无人值班水电站监控系统的实现

张虎飞

(大唐重庆分公司，重庆401121)

我国水利资源十分丰富，水电发展十分迅速，但是其中相当一部分水电站仍然存在设计保守、自动化程度低、监控设备分散、用人众多的特点。随着计算机及电子信息技术的迅猛发展，技术先进、性能可靠的微机综合自动化系统开始得到了广泛的应用。采用自动化程度较高、安全可靠的水电站计算机监控系统己是大势所趋。本文在深入研究国内外水电自动化系统技术的基础上，提出并设计了一种无人值班自动化系统控制方案，该系统具有经济、安全、可靠的优点。

1 设计原则

1.1 远程操作安全可靠。无人值班水电站要通过远控中心进行控制命令下发，远控中心一般设计在市区。远程工作站可以用2 种方式接入电站监控系统:1)把远程工作站配置到电站控制系统之中，将远程工作站作为电站的一台监控主机运行。这种方案简单易行并且相对可靠，但通常只能监控1 个电站。如果多个电站同时接入同一工作站，相应的配置复杂且不易实现。2)远程工作站以通信方式与电站监控系统中通信机进行连接。这种方式可以实现多电站的方便接入，但是接收信息有限，且因为与主机之间多了一个通信机转接环节，相对可靠性不高。

1.2 不同厂家设备之间信息共享。监控系统中不仅涉及监控厂家设备，还包括调速器、励磁、保护、直流系统、备自投、消防系统等设备。通常，不同厂家之间的设备硬接线没有涵盖所有信息。这就要求不同设备厂家之间的智能设备能相互获取数据，以提高控制的可靠性。

1.3 设备运行自动化。监控系统不仅能满足事故流程的自启动，还应包括机组启动、机组工况转换、闸门操作、各种辅助设备以及断路器、隔离开关的自动控制。

1.4 通信安全可靠。 《电力二次系统安全防护规定》(电监会2005 五号令)规定:电力二次系统安全防护工作应当坚持安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证的原则。因此控制区(安全区Ⅰ区)的监控系统和非控制区(安全Ⅱ区)之间通信必须实现逻辑隔离。有条件的应该在网络中配备一套入侵检测设备，以应对外部对电站控制系统的入侵。

1.5 选用高质量的自动化设备。在自动控制当中，所有启动源都是由传感器或者其它设备所发出，监控系统接收到启动源信号后通过各种执行设备完成流程操作。这就要求参与整个控制过程的设备具有高度可靠性。

1.6 监控系统具备良好的接口扩展和系统故障自恢复功能。

1.7 实时性好，具有较强的纠错能力。

1.8 人机界面友好，操作方便。

2 系统结构

监控系统由上位机和下位机组成。上位机按功能可分为:主机、操作员站、通信机、工程师站、Oncall 机、历史库服务器、Web 服务器、网络设备等。电站可以根据实际需求把几种功能综合在1 台服务器上以降低成本。下位机主要包括:机组LCU、公用LCU、开关站LCU、坝区LCU 等。如图1 所示。

图1 监控系统结构示意图

2.1 主机采用冗余配置，其主要功能是对下位机LCU 的数据采集处理，控制指令下发、上位机信息逻辑处理、向其它服务器广播数据库信息、接收其它服务器数据信息。

2.2 历史库服务器主要记录电站运行过程中，各种输入和输出信息记录，包括操作、自诊断、各种测量点信息等。

2.3 操作员站采用冗余配置，其主要功能是对受控设备的监视和控制。站内控制一般都是经过操作员站下发控制命令，然后经过主机再下发给受控设备。根据需要操作员站的功能可以合并在主机中实现。

2.4 工程师站主要是系统维护及作为其它节点的备用设备。通常监控系统信息修改在工程师站完成，修改完毕之后再同步到其它主机节点或者下载至现地LCU。其它服务器故障时，可以方便地把工程师站运行方式改为其它节点类型，这样保证了设备的冗余和可靠性。

2.5 通信机主要作为站内和站外通信用。站内通信主要包含:GPS 对时、水情测报、直流屏、消防系统、在线监测等需要和上位机通信的设备。站外通信主要包括:各级调度、集控中心、远程工作站等。

2.6 远程工作站的作用是可以在较远的地方方便地对电站设备进行人工控制。远程工作站通常具备操作员的特点，对远程设备进行监视和控制。

2.7 各种现地LCU 采集各种接入设备的信息，组织上送给上位机或者以通信方式传送给其它LCU，并接收上位机或其它LCU 发送过来的信息和对接入设备进行各种控制。

3 自动控制方案实现

3.1 闸门系统。闸门系统在电站系统中具有极其重要的作用，它需要保证水头的稳定，并根据上游流量和水库库容使水位保持在安全范围内。闸门系统需要多个水位变送器保证水位信息的可靠，同时需要获取水情测报相关信息计算出上、下游之间的流量差，LCU 根据获得的采集信息下发对不同闸门的控制。闸门系统一般有进水口快速门和泄洪门。进水口快速门在发电的时候处于全开状态，停机的时候可以选择全开或者全关。相对容易控制，在开机前或开机过程中进行自动开启操作。在紧急停机或其它需要的情况下进行快速关闭。泄洪门通常不在全开或全关位置。如果这类闸门需要自动控制来调节水位和流量的相对稳定，就需要结合上、下游水位和流量来调整。为了防止泄洪门频繁动作，必须在闸门开度范围内设定若干区间，然后根据划分的区间在PLC 程序中设计出对应调节步骤对照表。在控制过程中可以根据对照表逐步调节，也可根据不同的智能算法进行叠加调节，同时在人工调节或者越过边界条件时应退出自动调节。

3.2 机组LCU。机组LCU 是监控系统的核心部分，其设计必须严谨和可靠。为保证LCU 和监控上位机通信中断后仍可以安全稳定运行，机组LCU 必须具备不同运行模式的切换功能。为了方便不同设备之间的信息共享，在设计LCU 时最好选择同类型的PLC，相同的PLC 之间可以方便地实现信息的网络互取，信息共享后不同设备之间也可以进行统筹控制。

3.3 开关站LCU。开关站LCU 主要对主变高压侧以上出线断路器和刀闸进行监控。一般只需要在开机过程中对从发电机到出线末端线路上的断路器和刀闸进行自动分合操作，以达到自动发电的目的。分闸操作一般只在事故停机过程中机组出口断路器无法跳开的情况下，再对出线断路器进行自动分闸控制。其它情况分闸操作都是由保护装置进行控制。

3.4 公用LCU。公用LCU 系统主要包含厂用电、柴油发电机、直流系统及部分辅助设备的监控。辅助设备主要包括电站的油、气、水三大系统，这三大系统应能保证机组的正常运行。在开机过程中，油、气、水必须自动开启至正常，而且必须具有故障快速恢复功能。

3.5 其它LCU 主要包括机组在线监测、火灾报警、视频监控等设备。这些设备可以根据安全等级按需要接入电站监控系统，实现对电站更安全可靠的控制。

4 系统特点及实际应用

无人值班水电站监控系统具有结构先进、网络可靠、故障风险分散、供电可靠、良好的人机结口等特点。系统需要根据实际需求设计出先进、严谨、高度自动化的控制方案;所有设备满足精度高、稳定性好的要求;参与控制的自动化元器件冗余配置;在投运过程中除了常规试验外，必须进行异常情况或者边界情况的模拟来保证系统的安全可靠。

无人值班水电站监控系统主要运用在梯级电站或者偏远地区。此系统可以很好地解决运行和维护人员数量不足的问题，同时可以节约人力运营成本。这种高可靠性的设备要求可以延长维护周期，增加电站运行寿命，节约维护成本。系统在大唐重庆分公司所属龙河梯级电站、郁江(马岩洞)梯级电站等均已投运，效果显著。

5 结束语

在国外监控系统高度自动化的背景下，我国也应积极汲取最新水电站控制技术和经验，不断提高智能水电站水平，为电站安全、经济、稳定运行提供强有力的技术设备支撑。

〔1〕现代水电厂计算机监控技术与试验〔M〕． 中国电力出版社，2004．

〔2〕水电厂计算机监控系统设计规范〔S〕． 中国电力出版社，2004．