小型水电站监控系统的设计与实现流程

孟凡振

(新疆电力设计院，乌鲁木齐830002)

0 前言

随着我国电力事业蓬勃发展，对于小水电站要求无人值班或者少人值班，要求区域小水电站有上一级水电站集中调度监控。而且对供电质量以及可靠性用户提出的要求越来越高，所以对自动化和数字化水平低的小型水电厂进行微机监视与控制是很有必要的。

近年来我国电网事业蓬勃发展，但是都是些大中型水电站，小水电站所占的比例越来越小。

由于电网系统对单座小水电站的并网、解列影响不大，所以小水电站只需将自身安全作为设计的考虑因素。对于设备简单而且配置小的小水电站而言，通过提高控制装置的集成度来减少监控系统的成本。

针对我国小型水电站计算机监控系统复杂并且价格昂贵的现状，设计了出了一种适用于小型水电站性价比较高的微机监控系统方案，并且给出了具体实现流程［1］。

1 小水电站特点

小水电站容易修建、建设成本低并且建设工期也短。在一些区域或流域水电站群开发当中应用比较多。

为了最大限度地开发利用水资源，只有将规划、开发、管理统一起来，才能做到最优化［2］。

近年来我国电网事业蓬勃发展，但是都是些大中型水电站，小水电站所占的比例越来越小。

由于电网系统对单座小水电站的并网、解列影响不大，所以小水电站只需将自身安全作为设计的考虑因素。

对于设备简单配置小的小水电站而言，通过提高控制装置的集成度来减少监控系统的成本。

Windows操作系统有很多商业软件支持，应用方便、维护量小同时考虑到小水电站自身特点，所以一般应用的监控系统都基于Windows操作系统［3］。

2 国内外发展状况

在发达国家像美国、日本等国家无人值班和自动化技术早已当成常规技术应用于小水电站。中级一万千瓦一下的中水电站，无人值班，都实行关门运行并且都由上一级调度中心集中监视控制。

国内情况不像国外，有一些小水电站直接将大水电站的监控系统经过改造拿来应用，但不例外一些厂家研制一些针对小水电站的监控系统比如像南瑞EC2000监控软件。近年来我国电网事业蓬勃发展，但是都是些大中型水电站，小水电站所占的比例越来越小。

由于电网系统对单座小水电站的并网、解列影响不大，所以小水电站只需将自身安全作为设计的考虑因素。

20世纪90年代以前建造的水电厂，在2010年已经实现了无人值班或者少人值班的更新改造规划。

3 监控系统设计原则

监控系统设计原则有以下3点:

1)无人值班或者少人值班。

2)能够集中控制区域水电站群或阶梯水电站群。

3)能够进行五合一集中控制即保护、监控、励磁、调速、辅机五位一体控制。

4 现地LCU系统

现地LCU系统包括硬件系统和软件系统2个部分。

4.1 硬件系统

这是机组控制系统中最为重要的环节之一，它的兼容性和稳定性在设计上是我们首先考虑的因素，所以西门子公司的S7—200系列PLC是主控设备上首选设备。

主要是它与同价位PLC相比，具有多功能、小型化、高速度、性能高的优势。高端产品CPU226被运算单元S7—200系列采用，广泛应用于中小型和现场级的控制系统中，主机是由24输入/16输出共40个数字量I/O点集成，7个扩展模块可被连接，最多的时候可以扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。

它具有PPI通讯协议并且可以自带两个RS485通信/编程口，具有自由方式通信和MPI通讯协议的能力［4］。

另外需要扩展一个数字量混合输入输出模块EM233，I/O点为8/8(24VDC)是根据机组上送的信号而考虑的。

对于24VDC继电器输出考虑到续流的作用，可以通过反并一个型号为IN4007二极管在继电器线圈上。在发达国家像美国、日本等国家无人值班和自动化技术早已当成常规技术应用于小水电站。

中级一万千瓦以下的中水电站，无人值班，都实行关门运行并且都由上一级调度中心集中监视控制。

国内情况不像国外，有一些小水电站直接将大水电站的监控系统经过改造拿来应用，但不例外一些厂家研制一些针对小水电站的监控系统比如像南瑞 EC2000 监控软件［5］。

近年来我国电网事业蓬勃发展，但是都是些大中型水电站，小水电站所占的比例越来越小。

由于电网系统对单座小水电站的并网、解列影响不大，所以小水电站只需将自身安全作为设计的考虑因素。

采用西门子TP系列的TP170A实现人机对话(HMI)，这是一款基于WINDOWS操作系统屏幕为蓝色的触摸屏，灰度为4级，可以支持50 000 h连续的工作，现场级的监控由其自带的32位 RISC/66MHZ完全可以自我满足，支持动态对象以及图形等等。用它非常直观和方便的显示各种故障状态及运行工况。

4.2 软件系统

由两大块组成的整个现地LCU的监控程序:触摸屏监控程序以及机组PLC监控程序［6］。

由开机子程序，主程序，电气事故子程序，停机子程序和水机事故子程序，以及紧急停机关主阀子程序和机组状态子程序还包括各状态量报警子程序，还有输出子程序总共9个子程序构成PLC程序。主要对机组各部进行监视和控制，保证机组可靠、安全地运行。它主要是从比较直观的角度来反映机组主要设备的状态的触摸屏程序，运行人员对机组当前情况便于监视。

屏幕开机和停机也受到支持，为了实时显示报警量，采用图形的方式来反映(图1)机组和发电机出口开关的状态。

另外，用户以后可以根据实际情况添加I/O量是因为整个系统(PLC，触摸屏)都留有备用接点的缘故。现地LCU触摸屏主画面见图1。

图1 现地LCU触摸屏主画面

5 上位机系统

对于上位机部分:能够实现对实时数据通信的接收的功能。

由实时数据库和历史数据库报表打印、电厂主接线图显示构成了监视控制系统。

控制操作的事件顺序记录(SOE)，Intranct企业信息网接入。

编程，通讯部分深入Windows内核，利用消息传递机制和多线程技术。调用了操作系统底层的API函数，使应用程序与操作系统紧密、高效的结合。数据库部分采用Borland公司的BDE引擎，对数据库和事件顺序记录(SOE)实施高效的管理。

Intranet企业信息网部分采用基于TCP/IP协议的UDP广播方式，调用WinSocket API函数实现，系统运行高效可靠。程序流程图见图2。

图2 程序流程图

6 结语

在发达国家像美国、日本等国家无人值班和自动化技术早已当成常规技术应用于小水电站。中级一万千瓦以下的中水电站，无人值班，都实行关门运行并且都由上一级调度中心集中监视控制。

小水电站容易修建、建设成本低并且建设工期也短。在一些区域或流域水电站群开发当中应用比较多。

为了最大限度的开发利用水资源，只有将规划、开发、管理统一起来，才能做到最优化。近年来我国电网事业蓬勃发展，但是都是些大中型水电站，小水电站所占的比例越来越小。

由于电网系统对单座小水电站的并网、解列影响不大，所以小水电站只需将自身安全作为设计的考虑因素。

为了响应小水电站无人值班(少人值班)的工作要求，能够集中控制区域水电站群或阶梯水电站群，能够进行五合一集中控制即保护、监控、励磁、调速、辅机五位一体控制。

随着我国电力事业蓬勃发展，对于小水电站要求无人值班或者少人值班，要求区域小水电站有上一级水电站集中调度监控。

而且对供电质量以及可靠性用户提出的要求越来越高，所以对自动化和数字化水平低的小型水电厂进行微机监视与控制是很有必要的。

［1］周晨，李鹍，郑连清.水电站上位机监控系统研究［J］.低压电器，2008(03):43-47.

［2］宋昭.基于VC的水电站(变电站)监控系统探讨与研究［J］. 商，2012(09):142.

［3］李延频，陈德新，陈贵生.小型水电站计算机监控系统的设计与设备选择［J］. 水力发电，2007，33(03):66-67.

［4］付邦胜，巫付专.小型水电站监控系统的设计［J］.中原工学院学报，2008，19(04):72-75.

［5］姚益群，宋文娟.水电站监控系统的方案设计及实现［J］.南京工程学院学报:自然科学版，2011，09(03):67-72.

［6］但富中，温柳，朱静华.拉西瓦水电站计算机监控系统的设计及优化［J］. 电力设备，2008，09(10):52-55.