基于水电站自动监控系统的构建研究

邱明

摘 要：近年来，国家加大了对水电发展的扶持力度，小水电资源丰富的省份也相继出台扶持水电开发政策，加快了水电项目建设步伐。怎样利用先进的自动化技术使得水电站能高安全、高效的运营是摆在我们面前的一个重要课题。水电站自动监控技术是在计算机技术、信息网络技术的基础上发展的一种自动控制架构，能够有效的提高水电站工作效率与工作质量，确保电力系统的安全运行。该文主要探讨水电站自动监控系统的设计与构建。

关键词：水电站 自动监控系统 构建

中图分类号：TP27 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）10（a）-0013-01

传统的水电站控制系统必须在工作人员的辅助操作下进行相应的控制，并没有把工作人员从重复的机械操作中完全解脱出来。而现代化的自动控制系统利用因特网或工业控制网络将各种电力设备连接起来，形成一个网络，结合光纤通信技术将远距离的计算机系统相连接，统一在调控中心监控各台水力发电机组的运行。不仅节省了人力、物力，而且安全、高效。

1 水电站自动监控系统应用的意义

随着社会经济水平的提升，人们对电力的要求越来越高，传统的电力供应系统已经不能满足社会对高质量电能的要求。水电站自动监控系统的应用能够提高水电站的发电质量与效率，并且能够实现无人值班的工作目标。此系统的应用不仅改善了广大水电职工的工作、生活质量，而且能提高电力系统的安全和效率。

国家电力体制改革以后，电力企业的竞争不断扩大，水电站如果还是用传统的人工操作监控系统，不利于自身实力的提高，必将被社会所淘汰。所以说水电站应用自动监控系统是社会发展的必然趋势。近几年，随着计算机技术的发展以及网络信息技术的普及，许多新老水电站开始建立、改造自动化系统，提高了水电站的工作质量与效率，满足了社会不断扩大的电力需求。

2 水电站自动监控系统的设计原则

自动化监控系统的最终目标是实现无人值班的工作环境，根据这个设计思想，利用计算机、互联网等先进技术的自动化监控系统必须遵循以下几个设计原则，以便更好地实施自动化建设。

2.1 先进性

监控系统的设计要考虑开放性标准，系统设置和设备选型都要为以后的发展留有改进的空间。在自动化监控系统中，LCU（现地控制单元）投运之后，在某一段时间内可能处于国际领先水平，这时要确保现场监控设备的可维护性、可靠性以及可扩展性。数据精度不仅要符合电力系统的相关规定，而且要满足以后更高的安全生产的要求。

2.2 安全性

自动化监控系统的局部故障不能影响现场设备的正常运行，系统的平均故障间隔时间、平均维修时间及其他各项可用性指标都要符合相关规定的要求。监控系统可靠性指标包括：供电系统的安全、可靠，监控系统硬件的可靠性，设备故障的风险可靠性以及监控网络的安全可靠性等。

2.3 开放性

科学技术发展速度惊人，一项技术今年是最先进的，可能到了明年就会被淘汰。为了使电力自动化监控系统的技术始终与社会最先进的技术保持一致，需要在设计监控系统时使用开放式的系统，整体系统软件均使用结构化的设计。这样就能够适应功能的增加与扩展，方便系统的升级。

2.4 经济性

自动监控系统的设计要以节约投资为标准，在技术上要使水电站能够长期、稳定、安全的运行，减少重建、维修、养护的费用，降低成本，提高经济效益。同时又能够改善值班人员的工作环境。

2.5 完善人机界面

自动化监控系统是根据丰富多彩的人机接口设备来完成水电站全方位的监控工作，人机接口设备主要包括：操作员工作站、LCU触摸屏、监控中心大屏、监测终端、语音报警设备以及数据服务器等。在系统设计时要注意加强对外通信功能以及抗干扰能力的设计，尽量使系统满足调度通信的要求，实现“四感”功能以及厂区各个系统之间的相互通信。

3 自动化监控系统的总体构架及功能

3.1 系统的核心LCU

LCU是监控系统的重要组成部分，它主要用来监控水轮发电机组及其辅助设备，将监控的信息发向电厂级并接受电厂级的命令。LCU的核心是PLC（可编程逻辑控制器），它通过总线获取输入/输出模块采集到的数据，并对其进行处理，同时它还负责与外界的通讯联系，将收集到的数据上送到主站，主站下发的控制命令后，及时执行操作。

3.2 系统的软件结构

水电站自动监控设备涉及的范围广，所以一般采用分布式的系统软件进行整体监控的布局。这种情况下，功能软件结构比较清晰，监控系统的软件不仅具备完整性、标准化特点，而且能在网络中任意位置的节点进行相应的配置，这样多个LCU既能够脱离主机独立运行，又能够在主机的运行下协同工作，充分体现了系统软件的灵活性、可靠性、独立性以及并行性等特点。系统的具体架构组成为：调度中心和电站级计算机网络采用100Mbps因特网，采用星形的网络结构，网络协议采用TCP/IP。在调度中心和电站各配置一台交换机，然后利用五类双绞线将各个交换机与主计算机相连。另外还要在每台交换机上各配置一臺单模光纤收发器，通过单模光纤将其连接成一个网络。LCU广泛采用PLC设备，用工控网络进行机组的控制。

3.3 厂站监控层的功能

厂站监控层是水电站的控制中心，通过控制各个现地单元层的数据信息来实现全厂自动化功能。其工作内容包括：信息管理工作站，信息管理主要是对厂站层的数据采集、分析、归档处理等工作的实施；操作员工作站主要负责设备的监控、调节控制、报表的打印等工作；工程师工作站的主要工作是系统的维护与管理以及功能的应用与开发；培训仿真工作站主要负责运行人员的培训工作；调度通信服务器主要工作是进行网络连接及协议转换。

3.4 现地控制层的功能

自动监控系统的现地控制可以实现对管辖区域的生产过程进行全程监控，每个现场控制单元都具有相对的独立性，能够对生产过程中的实时数据进行直接采集及预处理，进而完成对各个设备的监视、调控。

4 结语

水电站自动监控系统是一个复杂的综合体，它所涉及的范围很广，采用的技术比较先进，对通信要求比较高，需要技术人员进行精心的设计，最大限度的提高系统的安全性、可靠性、经济型，降低水电站投入和运营成本，保证水电站安全、高效地运行。

参考文献

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