摘要：本文介紹了青溪水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組成和功能，并對(duì)舊的控制系統(tǒng)存在問題提出解決方法。本文對(duì)國內(nèi)大中型水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有借鑒作用。 關(guān)鍵詞：水電廠 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 改造 設(shè)計(jì) 　　青溪水電廠裝機(jī)容量4×36MW，位于廣東省東部汀江干流，1993年建成發(fā)電。該廠投產(chǎn)時(shí)機(jī)組控制系統(tǒng)采用了常規(guī)控制為主、計(jì)算機(jī)控制為輔的設(shè)計(jì)方案，受當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)水平的限制，采用80286微機(jī)作為上位機(jī)，Bitbus作為控制網(wǎng)絡(luò)，存在網(wǎng)絡(luò)通訊率低、可靠性較差等問題。另外上位機(jī)采用IRMX操作系統(tǒng)，通用性較差，難以實(shí)現(xiàn)與省電力調(diào)度通訊功能。為了滿足水電廠“無人值班”（少人值守）的要求，實(shí)現(xiàn)由上級(jí)電力調(diào)度直接遠(yuǎn)方開停機(jī)，2001年我們采用南京南瑞集團(tuán)公司的全分布開放式控制系統(tǒng)對(duì)該廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了改造，完全取消了常規(guī)控制，實(shí)現(xiàn)全計(jì)算機(jī)控制。改造后的監(jiān)控系統(tǒng)代表了目前我國水電廠自動(dòng)控制的最新水平。 一、系統(tǒng)構(gòu)成與配置 　　1、主機(jī)兼操作員工作站 　　配置2臺(tái)Compaq公司的Alpha Station XP1000工作站（500MHz 64bit CPU;256MB 內(nèi)存;9.1G 硬盤），雙機(jī)冗余，互為熱備用。運(yùn)行UNIX操作系統(tǒng)，人機(jī)接口選用WINDOWS/MOTIF。主機(jī)可實(shí)現(xiàn)廠站級(jí)控制系統(tǒng)的全部功能。 　　2、工程師工作站： 　　配置1臺(tái)Compaq公司的Alpha Station XP1000工作站，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管理及維護(hù)功能。 　　3、通訊工作站 　　通訊工作站主要用于本計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與省電力調(diào)度中心、地區(qū)調(diào)度中心及本廠其它系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊。 　　通訊工作站選用1臺(tái)美國ICS 工業(yè)控制機(jī)（800MHz PⅡ CPU ，128MB 內(nèi)存，15G硬盤，并配有8串口接口板） 　　4、現(xiàn)地控制單元LCU 　　整個(gè)控制系統(tǒng)配置6個(gè)LCU，其中每臺(tái)機(jī)組1個(gè)LCU，1個(gè)公用LCU和1個(gè)開關(guān)站LCU。分別負(fù)責(zé)水輪發(fā)電機(jī)組、公用輔助設(shè)備、開關(guān)站的數(shù)據(jù)采集及控制。 LCU采用美國AB公司的 Controllogix PLC為核心。Controllogix PLC是AB公司最新推出的新一代PLC，體現(xiàn)了控制系統(tǒng)的最新發(fā)展方向，具有如下特點(diǎn)：機(jī)架采用無源多主總線設(shè)計(jì)思想;多處理器可同時(shí)在一個(gè)機(jī)架上實(shí)現(xiàn)多任務(wù)控制;帶電插拔任何模塊而不影響其它模塊工作;龐大的I/O容量，12800離散I/O，4000模擬I/O;強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)共享功能;性價(jià)比高。 　　考慮到PLC的溫度采集模塊價(jià)格高，所以選用微機(jī)溫度巡檢保護(hù)裝置用于溫度量測(cè)量和保護(hù)。 　　為了在LCU查看機(jī)組運(yùn)行參數(shù)，配置了彩色觸摸顯示屏。 　　系統(tǒng)I/O配置表： 　　LCU電源：改造前每個(gè)LCU僅一路交流220V電源供電，配一個(gè)UPS。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明小型UPS內(nèi)部蓄電池壽命較短，使用幾年后容量容易變小，失去UPS作用。因?yàn)樗姀S具有非?？煽康?20V直流電源系統(tǒng)，所以本次改造中LCU電源采用交直流雙電源供電，極大提高電源可靠性。 　　5、控制網(wǎng)絡(luò) 　　主機(jī)、工程師工作站、通訊工作站和各LCU通過10/100M網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)組成快速以太網(wǎng)。采用TCP/IP協(xié)議。主機(jī)、工程師工作站、通訊工作站通過雙絞線、LCU通過光纖接入網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)速率100Mbps。 　　6、GPS衛(wèi)星時(shí)鐘系統(tǒng) 　　為主機(jī)及各LCU提供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘，以獲得電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘和便于事故時(shí)事件順序分析。 二、系統(tǒng)功能 　　本系統(tǒng)由廠級(jí)計(jì)算機(jī)和LCU組成，LCU負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集與控制，并向上位機(jī)發(fā)送采集的數(shù)據(jù)和事跡信息，接受上位機(jī)下行命令對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制，能脫離上位機(jī)獨(dú)立工作，所以在功能分工上，數(shù)據(jù)采集和控制由LCU完成的，上位機(jī)完成數(shù)據(jù)庫功能和全廠級(jí)控制功能（如機(jī)組間最優(yōu)負(fù)荷分配控制）。 　　1、數(shù)據(jù)采集與處理 　　LCU對(duì)電廠的主輔設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)及測(cè)量值進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、工程量化，存入數(shù)據(jù)庫，作為實(shí)時(shí)監(jiān)視、報(bào)警、控制、計(jì)算和處理的依據(jù)。采集對(duì)象分為模擬量、開關(guān)量、脈沖量、數(shù)碼量等。 　?。?）模擬量 　　對(duì)模擬量處理有斷線檢測(cè)、數(shù)字濾波、數(shù)據(jù)合理性判斷、標(biāo)度換算、越復(fù)限報(bào)警等。 　?。?）開關(guān)量 　　開關(guān)量包括事件順序記錄（SOE）開關(guān)量和普通開關(guān)量?jī)煞N。 　　SOE開關(guān)量指事故、斷路器分合及重要繼電保護(hù)的動(dòng)作信號(hào)。監(jiān)控系統(tǒng)采用中斷方式迅速響應(yīng)動(dòng)作信號(hào)并以毫秒級(jí)的時(shí)間分辨率進(jìn)行記錄。 　　普通開關(guān)量指SOE開關(guān)量以外的開關(guān)量。 　?。?）脈沖量 　　主要用于對(duì)電表輸出的電量脈沖進(jìn)行累計(jì)，實(shí)現(xiàn)電量累計(jì)、管理。但前幾年運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)看，一旦LCU失電或退出維護(hù)時(shí)無法采集脈沖，就造成電量累計(jì)不準(zhǔn)。所以我們?nèi)扛挠脭?shù)字智能式電表，該電表本身具有電量累計(jì)功能。監(jiān)控系統(tǒng)通過串口讀取電表數(shù)據(jù)，取消了脈沖量采集。 　　（4）綜合量 　　綜合量包括綜合開關(guān)量和綜合模擬量，是對(duì)采集的量進(jìn)行邏輯、四則運(yùn)算后得到的量，如機(jī)組狀態(tài)等。 　　2、控制操作 　　控制方式分電網(wǎng)調(diào)度、水電站中控和設(shè)備現(xiàn)地三級(jí)。平時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)主要用前二級(jí)，現(xiàn)地僅用于調(diào)試和應(yīng)急處理。 　　監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)電廠當(dāng)前運(yùn)行情況和遠(yuǎn)方、當(dāng)?shù)氐目刂泼?、自?dòng)發(fā)電控制（AGC）及自動(dòng)電壓控制（AVC）的計(jì)算，對(duì)電廠設(shè)備進(jìn)行控制及調(diào)節(jié)，包括機(jī)組狀態(tài)轉(zhuǎn)換;機(jī)組有功、無功功率的閉環(huán)調(diào)節(jié);開關(guān)、刀閘、地刀的操作;輔助設(shè)備、公用設(shè)備的啟停操作;閘門啟閉操作等。 　　機(jī)組有功、無功功率給定可以由運(yùn)行值班人員在中控室輸入或由上級(jí)調(diào)度中心在遠(yuǎn)方輸入，也按預(yù)定的負(fù)荷曲線給定。監(jiān)控系統(tǒng)將對(duì)該給定值的合法性進(jìn)行檢查，在調(diào)節(jié)過程中按PID運(yùn)算，向調(diào)速器和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器發(fā)出調(diào)節(jié)命令。 　　為保證調(diào)節(jié)安全可靠和機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，采取一系列限制與保護(hù)措施，如功率限制、電壓保護(hù)、電流保護(hù)、避開機(jī)組振動(dòng)區(qū)等。 　　3、安全運(yùn)行監(jiān)視與事故報(bào)警 　?。?）實(shí)時(shí)監(jiān)視：運(yùn)行值班人員可以通過監(jiān)控系統(tǒng)的大屏幕監(jiān)視器對(duì)全廠各主、輔設(shè)備、公用設(shè)備的運(yùn)行狀況、運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視。 　?。?）參數(shù)越限報(bào)警：監(jiān)控系統(tǒng)能對(duì)某些參數(shù)及計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行越限報(bào)警，并自動(dòng)記錄。 　?。?）事故順序記錄：當(dāng)電廠發(fā)生事故時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)將對(duì)事件立即響應(yīng)并以毫秒級(jí)分別率予以記錄，以便事故分析。 　?。?）故障及狀態(tài)顯示記錄：監(jiān)控系統(tǒng)定時(shí)掃描各故障及狀態(tài)信號(hào)，一旦發(fā)生狀態(tài)變化將予以記錄并顯示故障狀態(tài)名稱及其發(fā)生時(shí)刻。 　?。?）語音報(bào)警：一旦電廠發(fā)生事故、故障，系統(tǒng)能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)漢語語音報(bào)警，并可以 　　將故障信息發(fā)到有關(guān)人員手機(jī)和BP機(jī)上，有利于故障處理。 　　4、自動(dòng)發(fā)電控制（AGC） 　　AGC指按指定條件和要求，以經(jīng)濟(jì)、迅速方式自動(dòng)控制水電廠有功功率來滿足系統(tǒng)需要得技術(shù)。根據(jù)來水量及電力系統(tǒng)得要求，考慮電廠、機(jī)組運(yùn)行限制條件，以經(jīng)濟(jì)運(yùn)行為原則，確定機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)，機(jī)組組合和機(jī)組間負(fù)荷分配。主要功能：按負(fù)荷曲線方式控制全廠有功功率;按給定負(fù)荷方式控制全廠總有功功率;調(diào)頻功能;機(jī)組啟停指導(dǎo)。 　　5、自動(dòng)電壓控制（AVC） 　　AVC是指按預(yù)定條件和要求自動(dòng)控制水電廠母線電壓或全廠無功功率。在保證機(jī)組安全條件下，為系統(tǒng)提供可充分利用的無功功率，減少電廠的功率損耗。主要功能：按給定無功方式控制全廠無功負(fù)荷分配。 　　6、歷史數(shù)據(jù)庫與統(tǒng)計(jì)記錄 　　建立歷史數(shù)據(jù)庫主要基于以下及方面原因：A、彌補(bǔ)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)功能上的不足：以前水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)因是實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，沒有歷史數(shù)據(jù)庫，造成歷史數(shù)據(jù)、事件檢索困難;還有許多無法在計(jì)算機(jī)監(jiān)控上實(shí)現(xiàn)的、需要人為判斷的事件，如機(jī)組投退備用的日期等，監(jiān)控系統(tǒng)無法統(tǒng)計(jì)，造成數(shù)據(jù)累計(jì)、統(tǒng)計(jì)不準(zhǔn)確，統(tǒng)計(jì)功能無法使用。 B、提高運(yùn)行管理水平的需要：可以在該系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)運(yùn)行日志、巡檢管理、工作票與操作票管理的計(jì)算機(jī)化，提高運(yùn)行管理水平現(xiàn)代化。 　　歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用一臺(tái)單獨(dú)的PC服務(wù)器，Windows NT操作系統(tǒng)，SQL數(shù)據(jù)庫，采集從監(jiān)控系統(tǒng)獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和事件，以及人工輸入的數(shù)據(jù)、事件，經(jīng)過分類和處理，形成集中式歷史數(shù)據(jù)庫。作為水電廠的生產(chǎn)數(shù)據(jù)中心，包括實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)，還起到隔離電廠計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)與監(jiān)控系統(tǒng)的作用?？梢詧D表方式顯示數(shù)據(jù)，并以瀏覽器方式向全廠發(fā)布數(shù)據(jù)。給水電廠生產(chǎn)管理帶來極大方便。 　　7、數(shù)據(jù)通訊 　　青溪水電廠因沒有微波與省電力調(diào)度中心聯(lián)系，我們采用VSAT衛(wèi)星通訊方式。衛(wèi)星通訊設(shè)備費(fèi)用和租用信道運(yùn)行費(fèi)用均很低，傳輸速率達(dá)到40～50Kbps，基本能滿足調(diào)度數(shù)據(jù)傳輸要求。不失為一種偏遠(yuǎn)地方有效的通訊方式。 　　8、系統(tǒng)自診斷與冗余切換 　　監(jiān)控系統(tǒng)具有在線自診斷功能，診斷到故障時(shí)，主備用計(jì)算機(jī)能自動(dòng)切換，能保證在主機(jī)故障時(shí)備用機(jī)能正確接班。提高監(jiān)控系統(tǒng)可靠性。 三、結(jié)語 　　青溪水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的模式、功能及LCU配置等方面都代表了國內(nèi)外水電廠計(jì)算機(jī)控制的發(fā)展水平和先進(jìn)性，尤其PLC選型、衛(wèi)星通訊、GPS對(duì)時(shí)、建立歷史數(shù)據(jù)庫開放實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等具有特色，對(duì)于國內(nèi)大中型水電廠控制系統(tǒng)改造具有很好的參考價(jià)值。 參考文獻(xiàn)： 　　1、NC—2000水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)用戶手冊(cè)，南京南瑞集團(tuán)，2001年 　　2、Controllogix PLC 用戶手冊(cè)，美國Rockwell公司，2000年