太河水电站计算机监控系统实施方案

陈久旺++朱连全

摘 要：太河水电站运行15年来，机械设备和电气设备老化严重，威胁着电站的运行安全和值班人员的人身安全。在以人为本的前提下，在坚持“无人值班”（少人值守）的原则下，决定进行技术改造，即增设监控监视设备。文章对水电站计算机监控监视系统的技术要求、设计原则、系统的结构、配置，以及监控监视系统实施试运行后的效果，做了介绍。认为计算机监控监视系统方案实施后，提高了电站运行的经济效益并逐渐满足电力企业发展及远方调度部门集控的要求。

关键词：水电站 计算机监控系统 实施方案

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）06（b）-0133-02

1 电站简介及改造原因

太河水电站建于1998年，1999年4月投入运行，设计装机容量2×250 kW+1×630 kW。年发电量400万kW·h实际装机2×250 kW，年均发电量211.2万kW·h。电站自运行至今已有15年。

在发挥巨大经济、社会、环境效益的同时，电站的机械设备及电器设备大部分已老化严重，威胁着电站的正常运行。在各级领导的关怀下，电站于2014年开始升级改造。在坚持“无人值班”（少人值守）的原则下，考虑到计算机监控监视是大势所趋，于是增设计算机监控监视系统。

2 计算机监控监视系统的技术要求

对全站的电气设备与机械设备进行自动记录与监视。电站设备运行数据的采集与处理及设备运行状况的自动记录与监视必须由监控系统自动完成，包括状态信息监视、模拟量新信息监视、故障/事故报警、温度与出力的显示等。

（1）电站的各种设备均要实现自动控制。按照电站出力方式的要求，对电站设备进行操作或调节，包括机组的正常开停机、事故自动停机、机组有功/无功调节、单个设备及共用设备操作。

（2）电站运行的自动化管理目标。实现运行报表的自动记录、运行操作的自动记录、运行日志的记录与保存、电站运行设备的适时参数或整定值的记录与保存，所有报表均可自动或召唤打印。

3 监控系统的设计原则

根据中小水电站“无人值班”（少人值守）的原则，结合当前自动化发展的要求，并考虑到现今水电站的实际情况，该方案遵循的设计原则如下。

（1）系统按照“无人值班”（少人值守）的要求进行总体设计，本着安全可靠、便于运行以及经济合理的原则进行配置。

（2）以部颁《水电站计算机监控系统设备技术要求》为规范，按照全场综合自动化系统以计算机监控为主、常规控制为辅的指导思想进行总体设计，要求监控系统的各项指标均要达到系统安全、可靠、高度冗余，使其本身的局部故障，也不能影响到现场设备的正常运行，使计算机监控在水电站的应用达到一个新的水平。

（3）充分利用计算机领域的先进技术，采用当今最新的计算机硬件、软件及网络技术。在保证系统配置和设备选型符合当前计算机迅猛发展的同时，又要保证系统具有可靠性高、扩展方便的特点。系统控制做到操作方便、灵活，人机接口功能强，界面友好、全中文显示。

（4）采用分层分布开放式系统，在便于功能和硬件扩充的同时，又可以充分保护用户的投资。另外，分布式数据库及软件模块化、结构化的设计，使系统更能适应规模的扩充和功能的增加。

（5）由于水电站现场环境比较复杂，要求系统具有实时性好、抗干扰能力强的特点。

4 计算机监控系统的网络结构

采用流行的开放式分层分布式网络结构。将整个系统分成若干个模块，而网络是串接所有模块的桥梁，并将所串接的模块牢固地构成一个整体。系统分为主控层（或称电站控制层）和现地层（或称现地控制层）。

主控层（或称电站控制层）计算机监控系统设置在水电站新建中控室室内。由2台监控工作站、1块监控监视屏组成。监控工作站是机组PLC的上位机，可实现微机保护测控单元及PLC的所有功能。主要包括工业控制主机、22英寸液晶彩色显示器、打印机、UPS电源、键盘、鼠标等设备。该系统通过工业以太网交换机与机房内的控制柜相连，以实现对整个水电站的监视、操作、信息管理、运行和优化控制等。

主控层对现地控制单元进行监控，对运行参数采集和汇集整理，形成各种报表，以便观察运行状态。上传下达有关水电站运行状态数据、上级调度指令等。

现地层（或称现地控制层）设在设备现地，完成对现地设备的自动监测和自动控制。现地控制层由2块机组三合一控制屏、1块监控屏构成。三合一控制柜内设有PLC可编程控制器，对机组及辅机进行自动控制。可编程控制器模拟量采集主要包括：交流电流、有功功率、流量等；开关量主要包括断路器跳合闸等。控制屏显示所有测量数据，并具有遥信、遥测、遥控功能PLC与上位机（厂房内的站用监控柜的管理工作站）相连，通过上位机可实现控制、测量及信号显示。

现地控制层主要包括机组现地控制单元等。现地控制单元采用工业级触摸屏作为人机界面，系统可靠性极高，性价比高，是目前水电站自动化发展的趋势，适用于对监控系统要求较高的中小型水电站综合自动化系统。

对照主控层和现地层，系统结构采用二级控制，现地层控制权限最高，为现地控制单元级，为第一级；主控层（在水电站中控室）控制权限次之，为第二级。设备通过切换开关或软件依据权限，保证只能接受二级中的一级控制。特殊情况，根据具体情况而定。

5 计算机监控监视系统的配置

（1）主机兼操作员工作站（中控室）：系统配置两套主机兼操作员工作站，采用的高性能计算机，放于中控室内。工作站主要完成对全厂设备的运行监视和闭环控制、发布操作命令，实现整个电站综合自动化系统的管理、数据管理、在线及离线计算、各种图表曲线的生成、事故故障的分析处理等；完成与上级调度通信和语音报警，并留有与电站其他系统（包括电度计量、直流系统等）的通信接口。电站管理人员可以通过本站对数据库、画面、曲线、报表格式等在线修改事故故障信号的分析处理。

（2）一体化工作站：系统在水电站现地监控柜内设一体化工作站。一体化工作站选用带有触摸屏的平板式工控机。

（3）智能通讯管理机：系统集中配置1套智能通信装置，主要用于网络通信，实现与调速、励磁、保护装置、电度表、PLC、直流系统以及其他现地设备的通讯。

（4）逆变电源装置：系统配置2台UPS逆变电源装置，容量6 kVA，用于計算机监控系统不间断供电。分别放在中控室和机房控制室。

（5）存储服务器：配置1台存储服务器：选用CPU；内存卡；硬盘：RAID；八通道SAS高性能RAID（128 M缓存）；网卡；双电源HS；液晶显示器：带键盘和鼠标等。

（6）计算机控制台：监控中心主控室设置运行人员工作台1套，放在中控室。

（7）其他部分，如PLC的技术配置和打印设备等。

6 结语

通过对太河水电站进行技术改造，监控系统的指标得到了提高。试运行后，系统的实时性、可靠性、可维护性、安全性、可扩充性、可变性得到了检验，为电站的进一步发展提供了更为广阔的空间。

参考文献

[1] 何志军，廖力清.小型水电站计算机监控系统方案探讨[J].企业技术开发，2010，29（1）：97.

[2] 李志红.小型水电站计算机监控系统研究[D].华中科技大学，2004.

[3] 唐明明.水电站计算机监控系统的设计与实现[D].合肥工业大学，2014.