计算机监控系统在蚌埠闸水电站的应用

代 波

（蚌埠闸工程管理处 蚌埠 233010）

1 前言

蚌埠闸水电站建于20世纪80年代，设备老化缺陷日益严重，机组保护、控制设备运行可靠性低，回路绝缘劣化突出，部分设备已属淘汰产品，严重影响电站的安全。为提高电站设备运行可靠性，降低设备及回路的故障或事故机率，水电站技术人员通过对已进行微机自动化改造的兄弟电站和国内计算机监控及自动化厂家的考察，在明确技改目标和技改项目后，在2008年6月至9月进行微机自动化改造。经过两年的运行，已显现出了其优越性。现结合该电站的实际情况，就计算机监控系统在中小型水电站的应用问题作一浅析。

2 电站概况

蚌埠闸位于淮河中游，距蚌埠市约6km，闸上流域面积12.1万km2，是一座综合水利枢纽工程，具有灌溉、防洪、航运、发电及旅游等多种功能。电站于1986年4月投产发电，立式轴流定浆式机组，设计水头4.1m，最大水头6m，设计流量26.3m3/s，目前总装机容量4×800+2×1200 kW，由蚌小线、蚌怀线两条35kV线路连接至蚌埠电网。

3 计算机监控系统结构与配置

3.1 水电站系统结构如图1所示

3.2 电站控制层

主控机由两套互为备用的主机/操作员工作站及外围设备组成，是电站的实时监控中心，负责全厂的自动化功能（开停机自动流程控制、AGC、AVC等），历史数据处理（事故分析处理、各种运行报表等）及全厂的人机对话（全厂设备的运行监视、事故和故障报警等）。

主机/操作员工作站主要完成全厂的运行自动化及其管理，包括站内AGC、AVC、历史数据处理，实现实时图形显示、发布操作命令、各种报表生成打印、事故故障信号的分析处理等功能。两套主机/操作员工作站能无扰动切换。

3.3 现地单元控制层（LCU）

现地单元控制层分机组LCU、公共LCU两部分，由人机界面终端（液晶触摸屏）、智能I/O控制器、I/O模块、准同期装置、输出继电器、转速信号测量装置、温度测量装置、数字式测量仪表和交直流双供电源等设备组成。

机组LCU监控范围包括水轮机、发电机及其附属设备等，实现对各生产对象的监控，各LCU的CPU完成各LCU的管理，实现全开放的分布式数据库；公用LCU则对开关站及公用设备的运行状态和参数自动定时采集，并作必要预处理，按一定格式存入数据库，并根据需要上送主控机。

现地单元控制层负责对水轮发电机组、电气设备及公用设备等实时监控，通过工业以太网络实现各现地控制层与全站控制层连接交换信息，实现现地设备的监控及数据共享。当它与主机系统脱离后仍能在当地实现对有关设备的监视和控制功能，当其与主机恢复联系后又能自动地服从上位机系统的控制和管理。

微机保护装置、测温控制屏上转速和多路温度巡检等设备均通过采用国内外公认的标准规范及接口方式（如Modbus Plus、RS232、RS485等）将温度数据及报警信息上传，通过现地LCU与以太网联接，实现相应参数的监视和控制。

3.4 通讯网络

电站控制中心与现地单元控制级之间的通信采用交换式以太网。网络介质采用超五类双绞线。网络系统完成电站控制层各工作站之间和来自现地控制层（LCU）的全部数据的传输和各种访问请求。其网络协议符合国际标准化组织OSI模型，具有良好的开放性。计算机监控系统不会因任何一个元器件发生故障而引起系统的误操作。网络成熟可靠，符合国际标准。

3.5 监控系统软件

监控系统软件是采用长沙华自开发的MTC－3计算机监控系统软件，它适合在开放环境下运行。整个系统采用分布式数据库，操作系统采用运行经验成熟、运行稳定可靠，抗病毒功能强的实时多任务开放式操作系统。接口支持多窗口操作，具有友善的用户界面。系统软件功能如图2所示。

4 计算机监控系统功能

4.1 监控画面功能

4.1.1 电气接线状态画面。显示电气主接线所有开关的状态，发电机出口的电气和励磁参数，主变压器高、低压侧的电气参数，35kV线路出口的电气参数，6kV和35kV母线的电气参数，厂用变压器的电气参数，电气主接线上所有开关的分、合闸操作按钮状态。主接线的运行状态和操作均可在该画面上进行。

4.1.2 机组工艺系统状态画面。显示机组及其气、水、油等主要设备的状态参数，主要设备的操作按钮。

4.1.3 监控系统运行状态画面。显示监控系统继电保护、PLC和测量装置的工作状态和参数。

4.1.4 电站所有需要监测的各种参数的实时和历史曲线图画面、管理报表画面、电站平面图等。

4.2 数据采集和处理功能

4.2.1 电站控制层。自动周期性地实时采集水电站主要电气量、非电气量及有关过程参数，包括温度、模拟量、状态量、报警量、SOE量和电度量等。系统对采集的数据进行必要的处理计算，存入实时数据库，并用于画面显示、刷新、控制调节、记录检索、统计、操作、管理指导等。

4.2.2 现地单元控制层LCU。自动定时采集机组主要设备的运行状态和参数，并作必要的预处理，按一定格式存入数据库，对各类信息进行数据封装后存放在现地控制单元的存储单元中，并上传电站控制层。

4.3 安全运行监视及事件报警功能

计算机监控系统可以使运行人员通过主机/操作员工作站显示器屏幕对全厂主要设备运行状态和运行参数进行实时监视，包括状态变化监视、越限检查、过程监视、历史趋势分析和监控系统异常监视等。当电站发生事故或故障时，系统能用准确、清晰的语言发出警报，同时对有关故障报警和参数越线、复限报警都作相应的记录，且能对事故发生前后的某些重要参数进行追忆记录，以供运行人员对事故进行分析。对事件发生的先后次序进行排列，形成事件记录并存入数据，可按设备进行搜索记录。

4.4 控制、操作与调节功能

4.4.1 电站主接线图上的断路器和开关的控制。

4.4.2 机组顺序控制。

4.4.3 机组开、停机过程及有功、无功功率的调节控制。

4.4.4 公共系统的控制（高、低压压缩空气，供水泵、碟阀的打开、关闭，调速器油压力高低，冷却水压力等信号）。

4.4.5 发电机励磁系统的控制（灭磁开关的跳、合闸及励磁电压、电流调节工作等）。

4.4.6 AGC和AVC调节。

4.5 数据通信功能

完成与本单元机组控制PLC设备、微机温度巡检装置、微机调速器、微机励磁装置及保护设备之间数据变换。

4.6 人机的联系和界面功能

4.7 定值管理、系统诊断、生产报表、时钟同步等功能

5 电站微机监控系统的特点

一是电站微机监控系统采用分布开放式网络结构，系统的软、硬件均采用模块化、结构化的设计。

二是监控软件采用面向对象、全模块化、结构化编程，采用关系型数据库结构，采用堆叠式模块组成，各模块独立完成相应功能，编程扩展方便，易组态、全开放。

三是操作系统采用运行经验成熟、运行稳定可靠、抗病毒功能强的实时多任务开放式操作系统。用户接口支持多窗口操作，具有友善的用户界面。

四是机组控制采用模块式欧姆龙可编程控制（PLC），监控界面采用菜单型式，并具有强大的实时图形界面显示，可方便地进行机组控制和参数设置。

五是采用国际标准的模块化结构，模块互换能力强。

六是不同监控层的设备相互独立，局部故障不影响整个监控系统的运行。现地控制层在监控系统退出后仍能对机组进行正常控制操作。

七是系统主要设备都具备自检功能，对通讯网络和所有软、硬件具有巡检功能，极大地提高了系统的可靠性。

八是可以多主方式工作，网络上任一个节点均可任一时刻主动向网络上其他节点发送信息，可以不分主从，方便地构成多主系统。

九是主机、辅机监控设备和公用开关站的保护设备均相对独立，仅通过通信网络互联，整体可靠性不受局部影响，具备高度的灵活性和扩展性，便于系统维护。

6 结语

蚌埠闸计算机监控系统设计时根据水电站的实际情况，并充分借鉴其他站的经验教训，设计理念符合微机监控的发展趋势。蚌埠闸水电站技改后，计算机监控系统实现了电站运行管理、安全检测、自动控制的计算机化，在电站的安全运行、节水发电、降低人员劳动强度等方面取得了良好的效果，极大地提高了经济效益，保障了自动化系统长期稳定的工作