計算機監控系統在水電站低壓水輪發電機組的應用

　　我國小水電資源極其豐富，本文結合小型水電站的實際特點從特點、結構及配置、功能、通訊等介紹一種適合低壓機組的計算機監控系統，該系統具有較高的實用價值和可靠性，不僅可帶動整個水電廠生產管理的改革，還可以促進電廠的技術進步。

　　《計算機應用》(月刊)創刊于1981年，由中國科學院成都計算機應用研究所主辦。該刊把介紹計算機應用技術作為重點，以推動經濟發展和科技進步為宗旨，把促進計算機開發應用創新作為目標。多年來，雜志以中國計算機學會為依托，受到國內計算機各應用領域專家的關注。

　　據不完全統計，可開發量約為1.3億kW，居世界首位，開發前景廣闊.由于小型水電站裝機容量小，一般不是電力系統的主調頻調峰電廠或機組，要實現的功能較簡單，相對而言系統也較簡單.近年來開發比例較大的低壓機組水電站在系統方面更是比較落后。基于這種狀況，結合小型水電站的實際特點介紹一種適合低壓機組的計算機監控系統，可帶動整個水電廠生產管理的改革，促進電廠的技術進步。

　　針對小型水電站低壓(一般指交流含0.4kV以下)水輪發電機組的設備和運行特點，采用以計算機監控系統為主、配置簡易手動操作盤的模式，即在計算機監控系統出現故障時，可用手動操作按鈕、常規繼電器構成的簡易自動化開停機回路，進行開停機、增減負荷及無調節的操作，增加了系統的可靠性.目前這種配置模式已被許多小型水電站所采用。

　　1系統特點

　　系統的應用開發環境、用戶接口環境和系統互連環境均符合IEEE和ISO的開放系統標準.取消了自動調速器，選用新型設備操作器(比如TC型水輪機操作器、無刷勵磁調節器等);根據水電站特點，系統采用組屏安裝，將二次測量、控制、保護設備與一次電器設備同組一屏，做到一機一屏，整個系統層次清晰、結構靈活、實用性強、性能價格比高.另外其擴展性強，整個系統通過網絡連接，各單元根據需要可靈活配置系統的軟硬件均采用模塊化設計，組態靈活，維修方便，各裝置相對獨立，某一裝置故障不影響其他置運行，所有的輸入輸出均帶隔離、軟硬件數字濾波、防觸點抖動等措施.上位機和現地控制單元(LCU)軟件還帶有完備的防誤操作、自診斷、自恢復程序，包括輸出口的雙重閉鎖，并具有多種防雷和抗干擾的措施.系統采用智能儀表完成機組的電氣參數采集及保護，主站采用Windows多任務操作系統，人機交互界面友好，全中文顯示，可詳細顯示測控保護信息，可進行參數設置、實時數據顯示、信道及系統狀態監視、本地遙控操作，使用方便，易于掌握;系統功能齊全，包括數據采集、控制、微機遠動等。

　　2系統結構及配置

　　系統采用屏式結構，以通訊為核心，以總線形式把各功能單元聯成一個完整系統.設置調試窗口，可備有便攜式后臺機、GPS時鐘及與交直流屏、智能儀表的通訊接口、微機防誤閉鎖系統.自動化系統裝置的電源由交流220V主供，直流220V備用，裝置本身具有交、直流電源自動切換功能。另配置3~5kWUPS一套整個系統接地，接地系統應與整個水電站接地裝置連接成一體。

　　由于系統是在計算機監控的同時配置手動操作控制，因而其一般配置包括：由一臺計算機，輔以打印機、大屏幕顯示器(CRT)、不間斷電源(UPS)、衛星同步對時裝置(GPS)組成的主站級、現地控制單元級(LCU)和通訊服務器。其中LCU主要包括機組LCU、公用設備LCU和變電站LCU。現地控制單元的結構采用工控機(IPC)+可編程控制器(PLC)+自動化手動操作裝置的形式。通常采用的自動化手動操作裝置包括：微機操作器、微機同期裝置、溫度巡測裝置、微機勵磁調節裝置與微機測速裝置。這些自動化手動裝置可以獨立運行，也可與機組現地控制單元IPC通信、接收指令、反饋信息。而PLC主要擔負機組順序操作、數據采集等功能;IPC主要擔負數據處理、控制操作、歷史事件記錄、報警、人機聯系、與廠級計算機通信以及與自動化設備聯系的功能。公用LCU主要完成輔助設備運行狀態的監測以及控制操作。變電站LCU主要對設備、斷路器通斷進行操作和電氣設備保護。

　　以2臺機組為例，配置的小型水電站低壓機組的控制系統，如圖1所示。

　　3系統功能

　　根據小型水電站低壓水輪發電機組計算機監控系統的特點，把系統結構分為主站層、現地控制單元層和網絡通訊部分3部分。主控層負責全站集中監控的任務，主要功能就是完成對全廠主設備的實時監視、控制、調節、運行記錄及與上級調度的通信管理;現地控制單元層負責機組、升壓站及公用設備等監控任務，主要功能是按照主站層的指令，完成對水電站的設備實施具體的操作，也可在主站級或網絡無法正常工作的情況下，在現地獨立完成對設備的操作。這些操作可以是自動的也可以是手動的，以保證整個電廠的安全順利運行;通信分為內部通信和外部通信。內部通信為主站級工作站、服務器及現地級LCU、操作器、勵磁裝置、保護及自動裝置等相互之間的通信。外部通信為水電廠計算機監控系統與上級調度、水情測報系統、電廠管理系統等的通信。現地控制單元(LCU)通過網絡和現場總線將采集到的數據上傳至主控層，主控層將機組控制命令下傳至現地控制單元，LCU融采集、控制于一體，同時根據需要可將保護信息、轉速信號、溫度、勵磁信息上傳至主控層。

　　系統能實時、準確、有效地完成對本站被控對象的安全監控，具備的功能有數據采集、數據處理、安全運行監視功能及事故報警、事故追憶、數據計算、報表生成與打印、機組順序控制，實現機組啟、停，斷路器、隔離開關的合閘、分閘等操作;機組有功、無功調節;自動發電控制(AGC)、自動電壓控制(AVC);設備運行統計記錄及生產管理功能;語音報警，時鐘同。主控站設有分同步信號接口，可以接受各設備的分同步信號，能與上級調度、保護通訊，實現遠程通訊功能。

　　4系統通訊

　　監控系統通信設計要求通信速度滿足電廠安全、經濟運行的需要，數據處理能力強大并有足夠高的可靠性。由圖1可知，該系統的通信主要包括監控系統與上級調度中心的外部通信和監控系統的內部通信。內部通信主要指主控站上位機與現地單元下位機的通信、工控機IPC與可編程控制器PLC之間的通信、各個機組單元PLC之間的通信以及PLC與其他的智能化設備之間的通信。

　　4.1監控系統與調度中心的通信

　　采用工業以太網中的“RTU運動方式”，即在水電站側設置電網調度自動化系統的RTU(RemoteTerminalUnit)，系統可實現與調度系統的實時信息交換，接受調度中心的命令，實現水電站的遙測、遙信、遙控、遙調及數據文件傳送：它是一種串口通信方式，支持CDT等常用規約，對其他規約可開發通信程序連接。

　　4.2上位機與下位機的通信

　　普通的PC計算機作為上位機，IPC+PLC作為下位機，上位機實現機組監控系統的人機界面，下位機直接對機組進行監控，二者通過RS-485總線進行通信，分別配以RS-485總線轉換器，實現網絡通信功能。上位機采用巡檢的方式依次對下位進行檢測，根據需要對下位機進行控制，實現上位機對下位機的監控功能。

　　4.3IPC與PLC的通信

　　IPC與PLC之間通過RS-485進行通信，通信雙方設置的通信參數應完全相同，并根據通信協議和通信規約中的規定編寫通信程序。

　　4.4PLC與智能化設備的通信

　　在水電站監控系統中，現地控制單元的PLC、智能交流儀表、智能參數測量儀、溫度巡檢儀等設備均具有RS-485接口，而水電站的一些附屬設備如TC型水輪機操作器、無刷勵磁調節器等也都帶有串行通信接口，這種可用于多站點的RS-485接口可以方便地使PLC與各個智能設備進行可靠的通信。

　　5 結語

　　該系統設計時以計算機監控為主，簡化的常規設備作為后備，當微機系統因故退出時，能保證機組正常運行。對于小型水電站，減少了大量的投資。該系統對農村小型水電站發展有很大的推進作用。