水电站低压水轮发电机组中计算机监控系统的应用探究

2016-03-17马伽洛伦德宏师范高等专科学校云南芒市678400

科技传播 2016年2期

关键词：监控系统水电站计算机

马伽洛伦德宏师范高等专科学校，云南芒市　678400

马伽洛伦
德宏师范高等专科学校，云南芒市678400

摘要基于水电站低压机组的现实应用需求，探寻可以实现完善监控的计算机监控系统，并对其特点、结构、配置等进行分析。

关键词水电站；低压机组；水轮发电；监控系统；计算机

我国东西地势落差极大，可供利用的水利资源极为丰富。国家在疆域内的大小江河流域建设了无数的水利工程，用以抗洪与发电。大江大河中建设的大中型水电厂在设备配置和生产管理上较为完善，其监控系统立足于先进的计算机管理技术，在大体上已经实现了无人自动化运行。而在中小流域上建设的小型水电站，则在自动化运行上依然存在一定的不足。究其原因，主要是资金的投入和相关部门的重视度不够，制约了自动化设备的引进。本文便从小型水电站入手，探究计算机监控系统于水轮低压发电机组中的具体应用。

1　监控系统的现状

我国在20世纪末开始重视起小型水电站与大型水电厂的自动化改造，目前，大型水电厂在计算机监控方面已经基本上实现了自动化改造，并取得了令人可喜的成就。小型水电站中则仅有一部分进行了改造，因各种各样的原因，在改造后出现了以下几个问题。

首先，不同水电站所选用的系统设备是不同的，因厂家间没有沟通，所以导致产品与产品所使用的接口都是各不相同的，很难或几乎无法实现接口的兼容，导致了监控系统的通信困难

其次，有些规模较小的水电站没有考虑到手工操作的必要性，在设置上存在缺陷，自动化系统在运行中常常发生长时间停机问题。关于这一点，可见于云南的某一小型水电站，该站低压机组仅有2x200kW，仅需使用最为简单的自动化系统，进行手工开机与自动停机的随机切换。然而，该水电站所采用的自动化系统并没有在监控系统中建立单独的手动操作功能，而是将所有操作交诸于智能电脑的控制，于是在运行过程中因为某些模块的故障而导致开机失败，之后工作人员耗费了极长的时间来购置、更换模块，造成该水电站周边地区的用电受到了严重影响。

最后，监控系统的运行需要大量传感器、仪表或元件的支持，而许多水电站没有将测量传感器准备齐全，计算机监控系统在运行时缺乏足够的依据，软件无法运行，导致了大电站发电效率的明显下降。而用于主机保护的温度仪、压力仪没有进行相应的配备，这又使得发电机组难以实现故障的有效判断与强力维护。

针对上述缺陷，技术人员设计出一种更符合水电站中低压水轮发电机组运行需求的计算机监控系统，以“自动化监控+简易手动操作”的模式对机组进行停开机的优化管理。

2　自动为主手动为辅的新型监控系统

2.1系统的特点、配置与结构

新系统与旧系统不同，在系统应用的开发环境上以及用户接口的兼容性上有了很大的改进，与ISO和IEEE开发性标准相符，不再配置有自动调速器，而是安装了更多的调节器和操作器。鉴于小型水电站的特殊之处，监控系统在安装时采取了组屏式的安装方法，在同一组屏中安装了二次测量设备、控制设备、一次电气设备以及保护设备，实现了一机一屏。与旧系统相比，这样的系统在层次上更加明晰，实用性得到了增强，监控系统具有了网络连接的可能，结构和各单元的软硬件设计也更加灵活，维修难度大大降低。

就监控系统的具体配置而言，可分为计算机、电源、显示屏、现地控制单元、GPS主站以及通讯用服务器，其中负责协调PLC自动控制器与手动操作装置的结构便是现地控制单元。因系统具有简易手动控制要求，所以系统配备了微机操作器、温度巡测仪、励磁调节装置、微机同期装置以及测速装备等可以手工控制的自动化独立装置，并使其与现地控制单元相连，为发电机组的运行收集相关信息，如数据处理记录、历史事件记录以及报警记录等，并及时反馈给监控系统，以便管理者可以及时了解到水电站机组的整体运作情况。

就监控系统的宏观结构而言，其主体为屏式结构，核心为通信模块，之后通过连线方式实现了对各功能单元的控制。监控系统由微机防误闭锁装置、GPS时钟、便携式后台机、交直流屏、智能通信接口以及调试专用窗口共同构成，使用220V交流电作为主供，并备有直流电作备用供应，在运行过程中自动切换主供与备用的两种电流。除此之外，系统还具有3kW～5kW的UPS接地，并与系统接地、水电站接地装置相连成一个整体。

2.2功能

监控系统按照结构可分为网络通讯模块、主站以及现地控制单元三大部分。其中，主站对整个水电站的运行进行集中监控，实时调节和控制水电站主体设备的运行。现地控制单元则主要针对升压站和发电机组等公用设备进行监控，其监控命令由主站下发，由现地控制单元负责实行。若主站无法正常工作，或网络存在问题无法进行实时通信，则由现地控制单元进行独立操控。

通讯模块则有内外通信之分，其中内部通信模块连接励磁装置、主站、服务器、保护装置以及操作器，负责这些设备之间的内部通信；外部通信则是水电站的监控系统与外界的水情测报系统或上级调度部门进行通信连接，通过信息的递交与命令的返回实现对低压发电机组等设备运行状况的宏观管控。就监控系统的通信而言，系统与调度中心之间主要通过以太网中的RTU技术进行信息实时交换和功能调节的远程控制；PC上位机与IPC 加PLC下位机之间的通信则是借助RS-485线路进行通信；下位机IPC和下位机PLC之间的通信，则同样以RS-485线路为通信通道，所用的通信程序符合通信协议与通信规约；而温度巡检仪、水轮机操作器等设备则与监控系统通过串行通信接口以及RS-485线路进行通信连接。

以云南澜沧江流域某水电站的监控系统为例，该系统结构如下：电厂局域网（广域信息网与远程专家）→监控系统（工程师站、数据服务器以及具有通信功能的计算机）→状态监控局域网（负责采集信号并进行数据预处理的现地盘柜N座）。就状态监控局域网而言，系统在机组中安置了传感器。一旦发生任何问题，测量所得的波形将会变化，在经过监控系统中主站计算机的比对后，对其故障原因进行分析，并根据不同原因采取停开机操作，若依然存在异常问题，则会由计算机向远程专家反馈，安排专业人士进行实地解决。事实上，系统还自带有一套用于分析各种信号的工具，一旦机组出现故障，系统便可通过内嵌的自动诊断程度对参数进行量化分析，判断机组发生的相应故障。