水电站计算机监控系统改造技术探讨

王英

摘 要：介绍了水电站计算机监控系统的现状、特点及发展趋势，重点探讨老电厂监控系统升级改造的方案选择、技术重点、体系结构、工程实施中所应注意的主要问题。

关键词：计算机监控系统；升级改造；无人值班

在技术发展的推动下，近些年来，将更高的要求抛向了水电厂的计算机系统，随着变化速度的不断加快，尤其是就在电网中具有关键地位的梯级流域水电厂以及大中型水电厂的计算机监控系统给出了更加严格的要求。此外，一些偏远区的水电站由于技术支撑、现代通信技术的应用以及管理水平的不断提升，也开始大力执行和推广了“无人值班”的做法。为了实现该目标，将全新的水电厂计算机监控系统多个改造、设计思路探究出来是非常必要的。

1 设计改造计算机监控系统的方法

针对计算机监控系统在我国水电厂中多年的发展历史能够看出：有着一定的复杂性存在于水电厂的综合自动化工程中，要同厂情结合，做到办事多，花钱少。以实用为出发点，对新、尖、高不过分去追求，由于计算机等自动化装置更新周期不长，对性能价格比是需要认真考虑。对实用功能在方案设计中也要进行考虑，将可靠、安全的接入扩展需求作为系统结构所重点考虑的内容。

在设计监控系统时，一定要从元件自动化、自动化辅助设备水平、水调水情信息、远方控制及梯级模式、电站机电设备状态监测、各级调度系统的通信、机组现地控制的最优结构、电能计量系统、厂级计算机监控系统等方面入手，而不可以拘泥于监控系统一个环节中。

在未来水电厂计算机监控系统的发展中，具备远方控制调节必将是一个重要的方面，将越来越多的可能性抛向中小型水电站。确保无人值班在水电厂中能够有效的被实现，对于电厂内的控制调节操作，一定要通过计算机监控系统代替操作人员来完成。因此，就需要具备优越的通道，确保能够有效的收发和执行控制命令，要确保能够安全的完成远方操作，进而确保能够正常的启动以下操作，或是对顺控流程能够继续执行，要利用相应约定的形式，确保上级调度能够清晰的了解电厂机组情况，并且，在此前提下将远方的控制命令发布出来。

计算机监控系统的实施，尤其是在改造升级计算机监控系统的时候，要特别关注前期的预备工作，条件成熟，计划周全，就可以马上实施，保证工期见效快，工期段。在设计新建电厂时，应该对那些成熟的监控系统思路和较高起点的方案进行优先选择，防治重复多次改造。运行维护时管理一定要严格，对员工的技能不断强化，将一个素质精良的员工队伍打造出来，才可以确保自动化设备的稳定安全运行。

经过多年的努力，国内计算机监控系统也在不断的走向成熟，经过在水电厂中不断的推广无人值班的理念，系统变的更加成熟，并且，开始比肩国外的计算机监控系统。以硬件的角度出发进行分析，不管进口监控系统还是国产监控系统，都是将世界上一些著名计算厂家的产品当作上位机硬件，以软件的角度出发进行分析，都是用Windows、UNIX为操作系统进行主站建设。编程语言是C语言，软件功能和数据库都有各自的优点。

选用国产计算机监控系统具有以下优点：一是合同执行对使用方有利，可以局部增加合同中没有的功能。二是调试维护方便。三是投运几年后扩展功能。四是修改程序方便。上述优点对于进口计算机监控系统来说，就是缺点了。

对国产计算机监控系统进行使用有着这样的优越性：首先，执行合同有利于使用方，将合同中不存在的功能在局部能够完成提升；其次，维护调试更加便利；再次，投运拓展性能更加优质。就进口计算机监控系统而言，就是不足之处。

2 设计改造水电厂计算机监控系统的原则

分析监控系统的需求，设计改造水电厂计算机监控系统时，应该从两个界面、四个层次和三个接口出发进行分析。

两个界面：厂站级丰富人机界面、现地控制单元的简单操作型人机界面。

四个层次：现场装置控制层、计算机厂级设备层、调度和梯级层、自动化元件层。

三个接口：厂级计算机安全隔离信息交换接口、梯级或调度控制的信息交换接口、现地控制单元的现场总线与通信接口模式。

2.1 先进的系统结构

现场控制层结构和现场控制网的生产量均能提供生产需求，机组LCU在运行之后的一段时间里和其他先进国家的技术水平不分上下，现场监控设备有很高的实用性，维护起来也非常方便，具有可靠的安全性，其使用标准也符合电力系统的规定。并且，现地控制单元的设计合理，随时可以完善更新，以跟得上现代化的信息时代的发展。

2.2 监控网络可靠

机组LCU网络传输介质应采用先进技术方法，如机组LCU在产生意外故障之后，利用双网冗余可以快捷并准确地恢复工能，并把故障发到操作员工作站、应用程序工作，及时有效时恢复丢失的数据。

2.3 设备故障风险分散

机组LCU的部分功能出面故障之后，转换成现地控制，可以单独运行系统的自动监视控制，让其他的功能照常运行。同时操作者可以在设备运行时对产生故障部分的设备进行维修，保证系统的正常运行。

2.4 减少误操作风险

如一些复杂的系统可以把一些判断功能加入到流程中，并那些不正规的操作关闭，而且，规定在实施操作前进行明确。接入机组的LUC重要信息可依靠单端口进行，并且完成牢固连接和屏蔽处理，此外，在数据中划分这些点时，进行单独的管理，流程中要以这类测点作为信任对象。

2.5 设置常规水机保护回路

增强系统控制的稳定性，由继电器、输入信号及逻辑信号组成，同时和现地所控制单元PLC的控制流程的回路相互独立，以此实现双重保护。当监控系统故障退出运行时，电站发生事故，机组通过常规水机保护回路进行事故停机。

2.6 供电系统供电可靠性

对系统电源冗余的连接配置进行控制和监测，将UPS电源安装在监控系统上位机的主要设备中，逆变电源时直流和交流电源两种供电方，逆变器供电的交流400V电源电力公司不同的总线访问，从直流母线和总线分别访问。

2.7 监控系统和补充通信设备及外部系统

支持多个接口设备和组代码补充通信设备及外部系统，可以减少电缆敷设的数量，优化系统结构。

2.8 人机界面功能

电厂运营商利用操作站、监控终端、接口设备和模拟屏。语音电话报警装置、工业电视装置、报表管理机电厂设备和触屏装置等，维护移动站、工程师工作站，有效的进行管理和维护。

3 执行对策

以满足新一代监控系统的需求和当前技术发展，配置更完美和实用的新系统，系统设计和合理选择监控系统的一些重要指标，如系统安全：对系统每个功能进行检查，发现错误及时报警和取消订单。当错误操作时可以自动或手动、报警。对任何自动或手动操作来存储记录和及时指导。集成：设备系统和功能模块相对独立。一个设备或功能模块故障不影响其他设备或功能模块的功能。开放性：系统采用开放的技术和标准。在硬件方面，可以保证系统在现有的设备中来增加功能，或在系统中添加新设备。在软件方面，容易扩展和升级系统软件和应用软件。系统支持软件二次开发，可根据工程的实际情况及用户要求进行修改。系统所提供的软件是成熟的工业软件。

硬件应选择适合于工业控制、配有多任务实时操作系统的机型，还应考虑系统内机型尽可能一致；选用成熟、可靠的工业产品设备，设备应具有较好的可扩性和较高的性价比，不要一味追求高档次，造成不必要的浪费。

将开放式分布冗余结构应用到系统中，以集中控制、分散监视为主，应用软件应采用模块化结构，便于扩充，同时具有自诊断、自恢复程序，保证机组能够可靠安全运行。在控制现场层时，对双CPU双网结构和智能可编程控制器进行使用，对实时数据网络监控系统直接进行访问。单位将人机操作界面提供出来，对现场独立运行。相关部门将种种复制检测信息访问、现场数据网络提供了出来。在整个监控系统中，现场控制单元可谓是基础。因此，需要将可操作性优越、维护性强、冗余可靠的操作系统打造出来。

工厂级计算机监控系统硬件设备选择大中型水电站小型计算机工作或高端工厂级代表主机操作，双网络结构考虑足够的带宽网络维护，千兆网络接口，实际应用中需要的相关协议等。在实践中，重点应集中在监控系统的安全性和可靠性的可扩展的访问模式。

根据《电网与电厂计算机监控系统及调度数据网络安全防护规定》，遵循《全国电力二次系统安全防护总体方案》的技术要求，即针对安全区Ⅰ（实时控制区）、安全区Ⅱ（非控制生产区）、安全区Ⅲ（生产管理区）和安全区Ⅳ（管理信息区）的系统执行如下的隔离要求：

根据相关固定发现，遵循有关的技术要求，针对四个不同的安全区，完成以下隔离施工：

首先，在安全区1、2中，采用相当设备或者硬件防火墙完成逻辑隔离，在安全区之间的隔离设备中禁止从Telnet、Rlogin、E-mail穿过。

其次，采用一定的设备对安全区3、4进行隔离控制，在安全区之间的隔离设备中禁止从Rlogin、Telnet等设备穿过。

再次，将安全区一、二、四直接连接到一起。

最后，采用专用安全隔离装置对安全一、二、三之间进行物理隔离。用正反两种专用安全隔离装置，将正向安全隔离装置安装在安全区2、3中，完成信息传输。

按照水电厂每个应用系统使用者、场所、业务系统之间的联系、功能、实时性等，在四个安全区中对其进行控制，在安全区1中设置计算机监控系统，在上述原则下，采取正确的方式将其监控系统连接起来。

计算机监控系统处于安全区Ⅰ，其它需与监控系统通信的系统必须遵循上述原则选择可行连接的方式。

计算机监控系统改造应于电厂其他控制、保护、二次接线系统中，形成一个完整的系统，开关量输入宜以无源触点方式直接送入监控系统，尽量不采用中间继电器接点扩展的方式，开关量输入应经光电耦合隔离等软硬件措施防止干扰、接点抖动等现象。温度量则采用热电偶或热电阻输入，模拟量取自变送器，最好以4-20mA电流方式送入，此方式的抗干扰能力强。模拟输入电缆应该用于绞屏蔽聚合屏蔽线，屏蔽层应在计算机端接地，使两者的结合信号线路应该相同。开关输入宜采用多芯电缆屏蔽电缆。计算机监控系统电缆在一层电缆架另建，除了通信电缆，不得混合与其他电缆敷设防止干扰。

转换过程主要分为两个阶段，第一阶段的改革主要内容为上位机部分和原位现场LCU，重建的第一阶段完成后改变设备一次性投资，由新电脑系统负责监控、管理和其他高级应用功能，并负责与上级调度部门信息数据传输和命令执行，未改造的机组LCU在第一期设备改造完成后，通过必要的规约转换设备一并接入新的上位机系统；第二期改造主要内容为剩余LCU，剩余的各机组LCU分批改造后，取消规约转换环节，依次直接接入新的计算机监控系统。

4 结束语

根据电站监控系统的设计原则转换，在传统监控系统的前提下，对新的监控系统进行使用采集周期不长，高分辨率、快速响应、事件大的特征，远程诊断、维护调度通信信道带宽高、系统安全需求、仿真培训，确保电站可以稳定安全的运行，便于维护和操作人员的操作，将电站维修成本能够有效的降低下来，从而提高电站的经济效益。文章从电厂维护人员的角度出发，结合电厂改造的实际情况，希望和同行进行交流，望对正在改造以及即将改造的电厂有所帮助。

参考文献

[1]谢云敏，宋海辉.水电站计算机监控技术（第二版）[M].中国水利水电出版社，2014.

[2]黄少敏.水电站微机监控与保护[M].黄河水利出版社，2002.

[3]全国电力二次系统安全防护总体方案，国家电监管委员会文件，电监安全[2006]24号.