监控系统在水电站增效扩容改造中的应用

2016-10-17蔡青长莆田市萩芦溪水电管理处

河南水利与南水北调 2016年8期

□蔡青长（莆田市萩芦溪水电管理处）

监控系统在水电站增效扩容改造中的应用

□蔡青长（莆田市萩芦溪水电管理处）

现代水电站逐渐向自动化方向发展，在自动化水电站中，监控系统发挥着重要作用，文章介绍了监控系统的功能，详细的阐述了监控系统的系统总体架构，其中有设计系统结构、监控软件结构，工作人员通过不同结构，更好的进行水电站增效扩容改造。通过分析监控系统在外度水电站自动化系统中的应用，从厂站监控层、现场控制层功能和远程调度层入手，不断提高监控系统在水电站的运用性能，加快水电站的工作效率。

监控系统；水电站；自动化系统；应用

0　引言

随着计算机技术的快速发展和智能电子装置的大量运用，以及水电站增效扩容改造工作在全国各地逐步开展，水电站运行方式正传统方式向由少人值守或无人值班方向发展。我国水电站自动化系统的发展起步晚，还处于发展阶段，并且许多项目还在逐步完善中。在水电站高度自动化过程中，要充分发挥监控系统的功能，确保水电站运行的安全性和可靠性。

1　工程简况及改造要求

莆田外度水电站装设三台水轮发电机组(1×800kW+1× 1600kW×1×1000kW),发电机出线电压为6.30 kV,分别通过三台6.30 kV/10.50 kV变压器升压后，按单母线接线方式就近并入10kV电网。原控制方式采用老式的机旁就地控制加常规监控。增效扩容工程设计要求采用无人值班或少人值守方式完成该水电站的监控系统改造。

2　水电站监控系统功能

水电站的监控系统分为站控层和间隔层或现地控制层。其主要任务是开关量信号采集，脉冲量信号及模拟量信号采集，控制命令和调度命令的发出以及这些信号或命令的远方传送。核心为上位机或主控层，其主要职责是处理数据、站内人机通信等。通常情况下，监控系统功能应当包括以下内容:收集水电站中的参数，并对参数进行处理；全程监控水电站的安全运行状况；监视水电站中主要的工作设备；统计水电站的电能量、运行日志、故障发生次数等数据。

现地控制层具有各自独立CPU,负责采集和预处理单元生产过程中所形成的数据，并对数据进行预处理和通信。其功能：完成对单元数据的采集，对采集到的信息进行科学处理；动态记录单元生产情况的详细信息；具有自我诊断以及自我恢复功能；对数据的采集可以与其它部分设备以通讯的方式完成；在与上位机发生通信后，可以实施独立报警，也可以脱离上位机的控制，单独对单元进行控制；将系统在运行过程中所采集到的信息完整的传输给上位机并接受指令。

3　外度水电站监控系统总体架构

3.1设计系统结构

外度水电站按监控系统功能在设计上应当采用开放式和全分布式的控制系统架构，也就是在系统设计过程中构建一个开放、多级、实时的任务全分布的监控系统。主要分厂站监控层、现场控制层以及远方调度层。监控系统是一个完整的闭环控制系统，在实际运行中，因现地控制层具有各自独立CPU，可以独立完成各种控制功能，同时在运行过程中也可以与调度中心计算机监控系统实现远程监控。

该电站监控系统中的数据管理站中分布着历史数据库和全场数据库,三台发电机组的数据库分别分布在不同的LCU中，系统的各个节点上都可以实现不同的功能，每个节点完成指定的任务。图1为该电站监控系统结构图。

3.2监控软件结构

监控系统对软件不仅要求软件要完整齐全、标准，而且在实际应用过程中必须要能够与监控网络中的任意位置上的节点进行合理配置，并且在应用过程中能够重复和复制应用，不仅能够独立运行，并且可以实现协同工作，从而使系统中所应用的监控软件的可靠性和灵活性都能得到体现。

系统功能分布在不同的节点上，同时在应用过程中与其它网络通信节点进行通信，节点功能通过制定的系统配置文件实现。在对冗余配置进行应用时，系统中存在的单个故障并不会对系统的功能造成不良影响；即使系统运行过程中，冗余设备出现了故障，也只会有部分功能受到影响，并且系统在运行过程中，可以通过重新分配的方式使其迅速恢复，在系统中的所有冗余设备的切换和检测都由系统中的软件自动完成，在特殊情况下，也可以通过手动的方式完成切换，在切换中不会发生扰动，因此极大提高了该系统在水电站运行的可靠性。

图1　系统配置方案图

4　监控系统外度水电站的应用

监控系统在外度水电站的应用主要体现在以下三个方面：

4.1厂站监控层

作为水电站实施控制中心，水电站监控层的主要职责就是实现全程数据的采集与处理，对单元层的数据进行控制，其在应用过程中涉及到的主要单元模块有：信息管理模块，主要负责对电站层中涉及到的数据采集、处理、存档；工程师工作，主要负责对系统的维护与开发；操作员工作，主要负责控制、监视、打印等；数据管理，主要通过电站监控系统以及其它系统获取电站在运行过程中的数据，并且可以为MIS系统提供相应的数据，确保其运行的合理性。

4.2现场控制层功能

现场控制层单元利用PLC对其所管辖设备的生产进行全程监控，通过输入与输出接口与生产合理的连接在一起，利用通信接口与相关设备，完成控制层信息的交换处理。现场控制单元对控制层的相对独立性，直接完成对生产中涉及到的数据的采集，完成三台水轮发电机组的动态监控，并对设备运行中出现的问题，采取针对性的解决措施。

4.3远程调度层

远程调度层的主要功能是监控调度和报警两方面。监控功能在水电站自动化系统中的功能主要体现在机组启停、运行模式、负荷调节、电压调整等，报警功能主要包括变压器报警、发电机报警和温度报警等。

5　不断提高监控系统在水电站的运用性能

水电站自动化化系统中应用的监控系统会随计算机技术发展向更加强大的功能方向发展。主要要做好以下几个方面的提高：

5.1不断提高监控系统对外围环境的抗干扰能力

对快速瞬变脉冲群及其他形式干扰，不仅要对机箱结构进行EMC设计，而且对电气部分特别对高速低电平信号、低功耗的数字信号部分进行EMC设计，同时还需通过实验分析判断以达到抗干扰性能与成本费用的平衡。

5.2历史数据库

监控系统的一个关键部分就是历史数据库，将原监控系统中需要保存的数据存在历史数据库中，便于后期应用时对数据进行查询分析。历史数据库可以通过单独的计算机实现。人机界面友好度高，减轻监控系统在运行过程中的负担，使监控系统的应用变得更加简单合理。

5.3效率检测

在线检测水轮机的工作效率，长期以来都是水电站在运行过程中经济运行和经济技术指标所要攻克的一项重要的技术难题。近几年，人们加强了对在线检测技术的研究，并且逐渐对其进行推广与应用，从而逐渐使其功能在水电厂运行过程中发挥出应有的作用。随着通信、测控、计算机技术的高速发展以及在水电站中的应用，都给在线检测项目开发提供了技术支持，这也将使监控系统能够在水电站自动化系统中得到更好的应用。

5.4电能量检测

在水电站对自动化系统应用过程中，水电站中使用的每条线路和每台发电机，都安装了相应的电度量表，传统的电度量表输出电度量脉冲到计算机监控系统中，从而实现对电度量的采集。在对智能电度表应用后，利用电表可以实现对电度量表中数据的完整保存，并且利用通信接口可以获取电度量数据。因此，在水电站中以智能电表为基础，通过通信接口，将水电站所有的数据都汇聚在一起，在系统中配备了实时数据管理功能的计算机在运行过程中可以构成电度量检测系统。若采用交流采样模式，监控系统电能计算精度满足要求时，在计量部门认定后，可逐步取消电能表，直接由监控系统计算电能量，从而更充分利用水电站的监控系统。

5.5状态检修

对设备运行寿命的评估与设备状态的检修是监控系统对水电站进行监控的关键，不仅是设备检修工作发展的一项必然趋势，而且也是一项具有较强技术性的工作。目前，我国多数水电厂都具有一套相对完善的计算机监控系统，并且汇聚了大量的检测设备，在水电站运行过程中，从节省成本的角度对问题进行分析，监控系统与状态检测之间的许多数据是可以实现共享的。状态检修系统构建的过程中，也要加强对监控系统的考虑，合理的将两者结合，可以节省掉一部分零部件，使监控系统变得整体结构更简单，并且通过监控系统实现对水电站的监控，确保水电站中设备的安全运行。