龙溪水电站运行监控系统的应用

安春爱，金清江

(浙江省天台县龙溪水力发电有限公司，浙江 天台 317200)

1 概述

1.1 基本情况

龙溪水电站装机2×8MW，多年平均发电量4000万kW·h，是一座以发电为主，担负着台州电网调峰任务的水电站。该站同时兼管500kW装机的石坦坑电站和200kW装机的鲤鱼头电站的发电运行。1986年电站开始建设，1990年10月并网发电。

1.2 存在的问题

电站开停机频繁 (调峰)，运行方式复杂，设备比较分散;电站存在电站与电站、电站与水库 (距离8km)、电站与站部——城关办事处 (距离40km)较远等问题，无法远控和遥视;电站建于20世纪80年代，发电运行过程以常规控制为主，机组自动化水平相对较低，无法做到经济运行，且需较多运行值班人员;存在发电机机组瓦温相对偏高、主轴密封磨损严重、压力钢管未装设防暴设施等问题。

1.3 希望的功能

根据电站的实际情况和存在的问题，电站运行监控系统应具有以下功能:实时监视和控制水轮发电机组及辅机、主变压器，以及各开关室、油水气系统、直流系统、低压配电系统、水工金属机械 (溢洪道弧形闸门、输水遂洞闸门等)、微机保护装置、PLC等全站各设备的运行状况;实时进行全自动开、停机流程，自动进行有功、无功调节;实时动作、故障、事故报警状态显示和语音提示，进行远方故障、事故分析，诊断及事故处理;实现电站与水库水文自动测报系统的连接与共享;建立管理单位对各电站、水库的遥视。

2 监控系统运用

为了提高设备运行水平和效益，实现“无人值班，少人值守”的运行管理模式，并根据电站实际需求，龙溪水电站引进了电站运行自动监控系统。

2.1 主要功能

电站运行自动监控系统以太网为基础组成主干控制网络，点对点测控和串口通信结合，实现遥测、遥控、遥信、遥视功能;监控系统能直观地反映电站所有设备的实时工作状态，接受和执行用户的各项指令，自动记录设备运行状况，自动报警;实现控制流程可视化、过程自动化，实时监控、报警提示，保证电厂安全、稳定、可靠运行。

2.2 网络结构

龙溪水电站运行自动监控系统主干网由3台上位机和3个现地控制单元LCU组成，系统网络结构如图1所示。三台主机为主控站、备控站、通信站;三个LCU为1号机LCU、2号机LCU、升压站/公用LCU。

图1 龙溪水电站计算机监控系统主干网

2.3 工作原理

测量和控制由LCU与自动元件连接，通过点对点的开关量和模拟量的串口通信，实现遥测和遥信功能;通过点对点开关量动作输出，实现开关控制和脉宽控制，达到遥控和遥调目的。控制流程为:通过上位机和控制屏与用户“对话”，由LCU实现分析和“下达”命令，由各自动化元件“执行”命令，然后由自动元件将执行结果返回LCU，LCU上报给上位机，由上位机和模拟返回屏显示于用户面前。网络中的卫星时钟保证电厂与系统时间保持一致。

2.4 主要特点

(1)结构简单，实时快速。电站运行自动监控系统主干网只有上位主控机和现地LCU，取消了以前监控设计中的下位工控机。主控机直接对PLC的控制模式，没有了下位机的瓶颈限制，通信更快捷，处理能力强，抗干扰能力更强，网络的中间设备减少，既节约了投资，又减少了设备故障机会。

(2)方便灵活，操作便捷。主控机在Windows NT系统平台下，选用成熟的工业控制组态软件，软件功能完善，图像内容丰富，维护方便。如油水气系统画面做到管道、流向逼真，对手动操作的阀门，可以远方手动挂牌，在计算机中模拟操作，减少运行误操作。PLC的软件编程可直接用笔记本电脑现场或上位机远方进行，进行流程监视和模拟调试。

(3)通信能力强，兼容性好。系统软件和PLC选用美国通用电气公司的产品，不存在不同厂家设备难以通信或通信不畅等问题。全厂采用统一的MODBUS协议通信规约，保护各单元组件之间连接良好，如直流系统虽是独立的系统，但系统也能很好地实时监控。通过通信，减少了PLC的开关量和模拟量的输入输出模块，运行更加可靠。如机组温度监视，温度巡检仪直接和PLC通信，上位机能直接读取PLC内容，监视温度值，实现温度保护。另外，还具远方拨号接入上位机功能，进行远方程序监视和修改，实现远方故障诊断和消除。

(4)互为备用，安全可靠。主控级有二级备用:2台上位主控计算机可自动切换，互为热备用;如果2台工控机意外受到病毒破坏，同时发生故障，可用手动控制屏和模拟返回屏进行监视和控制，还可直接用笔记本电脑进行现场察看和调试，并作为最后一级备用，保证电厂正常发供电。

各PLC采用标准模块，各PLC模块之间可作应急备用，只需少量的备件就能保证整个电厂足够的备品数量，保证安全运行。其他单独系统设备都有“远方/现地”切换功能，保证远控失灵时，还能单独可靠运行。

(5)整合能力强，可扩展性好。机组PLC整合了机组所有量的监视和控制。升压站/公用PLC整合了电厂所有公用设备的监控，包括高低压气系统、渗漏检修排水系统、球阀系统、各启闭装置、厂用电系统、水库水位、水情测报等。由于溢洪道、发电输水遂洞等水工建筑距主厂房较远，故选用单独的单元控制，采用光纤通信。

系统采用以太网结构，主控机具有足够的添加空间，各LCU也有足够的点备用，增加的系统也可直接挂到以太网上来，只需在软件上作相应的添加修改即可。

2.5 功能举例

例一:电站运行自动监控系统中对主接线上各设备的运行监测 (见图2)。

图2 计算机监控系统主接线设备监测点

例二:计算机监控系统中的总控制图中，集中了所有控制画面的链接，具有索引功能，方便使用。部分控制功能键如图3所示，当用鼠标点击图3中1号机的“发电”按纽时，计算机监控系统就会进入1号机开机流程 (见图4)，自动开机发电。

3 运用效果分析与建议

龙溪水电站运行自动监控系统是在计算机和通信技术水平不断成熟的基础上建立起来的，在现在小水电厂监控系统中具有一定的先进性、代表性，运行稳定可靠。

(1)主机必须选用目前性能最先进的设备，因为主机设备在系统的投资中占很少的比例，但它的性能决定了整个系统的性能;尽量选择同一型号或同一厂家的设备，使设备兼容性好，维护方便，备用率高。

(2)上位机的控制实现与运行习惯有密切关系，软件编写要周详，因此控制应尽量在计算机软件上实现，如水位显示，采集信号为水压信号，传感器的移位直接影响水位的高程数值显示，在上位机上设置其基值和幅值对应量，很容易实现显示值调整，保证显示准确。

(3)元器件是实现自动化的关键环节，它的好坏直接关系到控制的源头和终端，必须可靠性好，抗干扰能力强，以保证整个处理过程中数据的采集和命令的执行万无一失。

(4)网络的结构尽可能简单，控制环节尽量少，采用单一的通信协议，使通信可靠。可全部采用成熟的光纤通信，确保信息畅通。

(5)对蝶阀、水库水位计等距离较远的设备，应采用现地单元控制，通过光纤与上位机通信，实现远方和现地控制功能。用一根光缆代替大量的点对点控制电缆，既提高了控制的可靠性，又可以节约大量电缆投资。

(6)各单独控制的系统应具有与系统接口的能力，各生产厂家应提供各种标准的接口和数据格式供选择，保证能组成一个完整的系统。

(7)监控系统在使用过程中必须不断充实，不断发现问题和修改软件编写中存在的问题，使系统符合电厂运行的习惯要求。由于设计单位缺乏相应的电厂运行经验，故障诊断处理部分只能 在运行中不断补充完善。

(8)为了使监控系统发挥更大的作用，实现电厂“无人值班，少人值守”，电厂应再配置工业电视监视网。

(9)水电站多为雷击区，在监控系统中必须考虑信号、电源及视频等的防雷问题，以使监控系统设备正常工作。

(10)龙溪水电站为2台机组，对台数多的电站，监控系统的集中控制优越性更明显，效益更显著。

4 电站发展思路

(1)龙溪水电站今后要考虑提供天台县西乡至城关的供水，实现水库的经济运行，进一步考虑建立相应的优化调度模型。

(2)龙溪水库已有一套水文自动测报系统，水情与电站的运行情况关系非常密切，应该把两系统融合在一起，并应与水库管理信息系统紧密联系起来，实现水库调度自动化，提高水库综合效益。

5 结语

龙溪水电站运行自动监控系统，可以共享资源，硬件的增减、更换方便，互换性、扩充性、兼容性好，具备防误操作功能和完善的自诊断、自恢复功。各控制层之间相互独立，任何单元局部故障均不会影响其它单元或站控级设备的正常工作。严格遵循监控、保护相互独立配置的原则，保证站控级微机监控出现异常时，保护功能仍能独立发挥作用。系统具有功能较强的人机接口、全汉化的友好界面，软硬件组成标准化，组态灵活，满足今后微机综合自动化系统高速发展和升级的要求。

［1］阚喜森.小水电站应用计算机监控技术［J］.农村电气化，2006(10).

［2］方辉钦.现代水电厂计算机监控技术与试验［J］.北京:中国电力出版社，2004.

［3］方荣华.某水电厂计算机监控系统的设计与实现［D］.华中科技大学，2010.