水电站计算机监控系统的探讨

林倩影

（福建水口发电集团有限公司）

水电站计算机监控系统的探讨

林倩影

（福建水口发电集团有限公司）

水电站计算机监控系统是水电站运行管理的重要组成部分，是对整个水电站的设备进行监视、测量、控制和保护的计算机自动控制系统，提高了水电站的经济效益和自动化程度。本文主要分析了水电站计算机监控系统的发展现状，介绍了其结构、类型、原则，并对水电站计算机监控系统的意义做了讨论。

水电站计算机监控系统；类型结构；意义

随着电力体制“厂网分开，竞价上网”的改革深化，计算机监控系统在水电站的应用越来越广泛，水电站的监控水平和自动化水平日益提高。目前现阶段，国内中大型水电站已经普遍应用水电站计算机监控系统，水电站计算机监控系统稳定、安全、可靠的重要性不言而喻。

1 水电站计算机监控系统的发展状况

在欧美地区的一些工业发达国家，水电站计算机监控系统技术得到了较快且先进的发展[1]。在20世纪80年代起，计算机监控技术、水电站自动控制的功能、性能等就已经普遍应用在水电站计算机监控系统中，这个系统的特点是占地面积小、外部电缆数量少、集成度高、造价低。国外的水电站自动控制系统的模式主要有两种：集成型和专用型。水电站自动控制系统在国内的应用尚处于推广阶段，都是以常规设备为主。为了实现各个设备的通讯、联系、正常安全运转，降低投资成本，专用型的自动控制系统早已经成为了业界研究开发的重点[2]。如表1所示的就是我国水电站计算机监控系统的发展历程。

2 水电站计算机监控系统的类型、结构模式、应用原则

2.1 水电站计算机监控系统的类型

表1 我国水电站计算机监控系统的发展

根据计算机的系统结构、作用、配置、控制层次、功能等方面对水电站计算机监控系统进行分类，则水电站计算机监控系统的类型主要包括：①CASC方式，即以水电站的常规设备为主，计算机监控为辅的监控系统。②CBSC方式，即以水电站常规设备为辅，计算机监控为主的监控系统。③CCSC方式，即水电站常规设备与简单计算机监控双重设置的监控系统。④去掉水电站常规设备的全计算机监控系统。在这四种类型中，CCSC方式的结构较为复杂，造价较高，其双重监控系统可以独立运行，互为备用，可以切换，所以整个系统的可靠性更高。而最后一种全计算机监控系统实际上是CBSC的延伸，对计算机系统的冗余度和可靠性的要求较高，应用前景较好。

2.2 水电站计算机监控系统的结构模式

2.2.1 集中式监控系统

这种监控系统是对水电站整体运行的状况进行集中的监视和控制，所有的操作控制指令和信息处理都是由计算机发出并完成的，这也导致了这个系统的一个缺陷：一旦计算机发生故障，那么整个监控系统都将陷入瘫痪[3]。目前这种模式已经基本不在中大型水电站中使用，但是由于其投资较少，控制简单，所以对于一些机组容量小、送变电设备少，主接线简单的小型水电站来说，这种模式仍然可以作为参考模式。

2.2.2 功能分散式监控系统

这种监控系统的主要特征是控制功能分散（以微处理机为中心构成子系统），管理集中（用计算机管理），从而实现负载、功能、危险、地域分散等功能。系统根据不同的功能设立多套对应设备，这些设备要能够独立完成各自功能。

2.2.3 分层分布式监控系统

这种系统的主要特征是控制对象比较分散，所以根据控制对象设置相应的配套装置，形成控制单元，从而完成对控制对象的数据采集。这种监控系统是与水电站的分层控制系统结合应用，形成分层分布式监控系统，其特点是用户和应用软件可以移植，不同系统之间可以相互操作，系统扩展、升级和更新都比较方便，保护用户的利益。这种模式已经广泛应用于国内的水电厂。

2.3 水电站计算机监控系统的应用原则

2.3.1 大中型水电站计算机监控系统应用原则

对于大中型水电站来说，计算机监控系统一般分为几个层次结构：现场控制层、站级监控层、梯级调度中心层[4]。整个监控系统设计技术的基本原则是：监控设备扩展性、维护性、可靠性较好，数据精度和相应指标符合规定和生产要求，同时采用双网冗余技术来分散设备风险，提高系统的可靠性，降低误操作性。

2.3.2 小型水电站计算机监控系统应用原则

小型水电站的计算机监控系统主要是以安全、可靠、经济、实用为主要原则，提高系统的扩展性、适应性，实现系统的优化运行，降低成本。

3 水电站计算机监控系统的意义

水电站计算机监控系统是通过对水电站各种设备信息的采集和处理，实现对水电站的监视、控制和保护，使水电站更加安全可靠、稳定的运行。它的意义主要体现在以下几个方面：

3.1 提高电网运行的稳定性和水电站设备的可靠性

水电站计算机监控系统能够快速反应水电站的运行状况，在水电站发生突发事故或者设备不正常运行时，监控系统可以迅速获取设备运行的参数和状态，并自动发出警告信号，引起操作人员注意。当水电站的设备出现故障时，控制系统可以自动将其停机，避免故障进一步扩大，保证了水电站设备运行的可靠性。当设备正常可靠运行时，监控系统可以自动控制发电机的电压和频率，并根据用电调度要求，实现发电、供电、用电的平衡，保证电能质量和电网运行的稳定性。

3.2 加快水电站的控制调节过程

水电站计算机监控系统可以按照预定的控制程序和规律依次自动完成对机组的调节，免去了人工操作的时间和复核时间，有效加快水电站的控制调节过程。尤其是当区域电网发生故障时，监控系统必须尽快将事故备用机组启动并入电网，带上负荷调节运作，进而保证电网供电，这样才能适应“厂网分开，竞价上网”的电力体制改革[5]。

3.3 实现水电站的优化运行，使水电站获得最大的发电效益

水电站计算机监控系统的应用一方面实现了水电站的自动化，大大减少了人工操作工作量，减轻了人员负荷，降低了运行成本，另一方面实现了水电站的优化运行，通过对各机组、设备的监控，保证水电站可以根据最佳优化方案给机组分配任务，从而保证机组的高效运行，最大限度地利用水能，提高效率，给水电站带来直接的经济效益。

4 水电站计算机监控系统的应用实例——彭水水电站

彭水水电站通过计算机监控系统实现了远程控制和现地控制，包括了电站调节和上级调度调节。

4.1 计算机监控系统的设计原则

在设计和配置彭水水电站的计算机监控系统时，整体的原则是无人值班或少人值班并最终实现关门运行，同时要确保电厂能够满足监控系统对整个电站的监控需求。设计的监控系统采用的是模块化、分布式结构，满足标准化的控制要求，各个监控、保护系统相互独立，同时又能兼容扩充。系统还应具有防止误操作、自我诊断、自我修复、自我保护功能，设置交直流电源系统，保证电源突然断电时不丢失信息。

4.2 计算机监控系统的结构设计

整体结构是计算机为主，常规控制为辅，这种结构可以利用系统的自动化程度来提高监控可靠性，同时一旦出现突发状况，还可以使用常规控制方式。结构采用的是分层分布式结构，主控机是电站级，控制对象是现地单元控制级，并使用双以太网接入网络传递信息，使用人机界面和计算机对接进行监控。控制层的网络中，电站级控制层采用双环网以太网的结构监控，现地单元控制层采用现场连线的方式实现远程和监控设备的连接。

4.3 计算机监控系统的配置

电站级的监控中心需要实现对水电站进行整体综合计算、优化调度、事故信号分析、信息处理和时钟管理，同时还需要采集、存储、管理数据，生成报表和运行管理档案等工作。在系统配置上，发出、设定监控、调节等指令需要运用人机接口工作平台；远程维护和诊断采用电话拨号的形式；监控系统与集控中心之间的通信需要使用集控通信服务器；监控中心与调度中心之间的通信需要使用调度通信服务器。各个现地级控制单元都含有冗余模块、电源、现场总线、网络、机架等。

5 总结

我国目前已经研发出了许多满足要求的水电站计算机控制系统，应用高新技术提高了水电站监控系统的安全可靠性和经济效益。彭水水电站的计算机监控系统采用冗余和开放式结构，不仅运行稳定，安全可靠，而且功能完善，可以实现对水电站的整体集中控制。

[1]熊增生，郑小平.水电站计算机监控系统的概述[J].科技传播，2011，3（2）：168～169.

[2]周令，杨 平.水电厂计算机监控系统研究[J].湖南农机，2013，40（3）：38～39.

[3]范徐根，徐美君.水电站计算机监控系统流程优化设计[J].小水电，2011，15（6）：125～126.

[4]刘兴伟.水电站计算机监控系统改造[J].云南电力技术，2011，39（3）：51～52.

[5]李震.关于中小型水电站计算机监控系统设计和特点及发展趋势的分析[J].城市建设理论研究（电子版），2014，12（23）：298～299.

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