关键词：水电厂 计算机监控系统 改造 设计
青溪水电厂装机容量4×36MW，位于广东省东部汀江干流，1993年建成发电。该厂投产时机组控制系统采用了常规控制为主、计算机控制为辅的设计方案，受当时计算机水平的限制，采用80286微机作为上位机，Bitbus作为控制网络，存在网络通讯率低、可靠性较差等问题。另外上位机采用IRMX操作系统，通用性较差，难以实现与省电力调度通讯功能。为了满足水电厂“无人值班”（少人值守）的要求，实现由上级电力调度直接远方开停机，2001年我们采用南京南瑞集团公司的全分布开放式控制系统对该厂计算机监控系统进行了改造，完全取消了常规控制，实现全计算机控制。改造后的监控系统代表了目前我国水电厂自动控制的最新水平。
一、系统构成与配置
1、主机兼操作员工作站
配置2台Compaq公司的Alpha Station XP1000工作站（500MHz 64bit CPU;256MB 内存;9.1G 硬盘），双机冗余，互为热备用。运行UNIX操作系统，人机接口选用WINDOWS/MOTIF。主机可实现厂站级控制系统的全部功能。
2、工程师工作站：
配置1台Compaq公司的Alpha Station XP1000工作站，实现系统管理及维护功能。
3、通讯工作站
通讯工作站主要用于本计算机监控系统与省电力调度中心、地区调度中心及本厂其它系统的数据通讯。
通讯工作站选用1台美国ICS 工业控制机（800MHz PⅡ CPU ，128MB 内存，15G硬盘，并配有8串口接口板）
4、现地控制单元LCU
整个控制系统配置6个LCU，其中每台机组1个LCU，1个公用LCU和1个开关站LCU。分别负责水轮发电机组、公用辅助设备、开关站的数据采集及控制。 LCU采用美国AB公司的 Controllogix PLC为核心。Controllogix PLC是AB公司最新推出的新一代PLC，体现了控制系统的最新发展方向，具有如下特点：机架采用无源多主总线设计思想;多处理器可同时在一个机架上实现多任务控制;带电插拔任何模块而不影响其它模块工作;庞大的I/O容量，12800离散I/O，4000模拟I/O;强大的网络共享功能;性价比高。
考虑到PLC的温度采集模块价格高，所以选用微机温度巡检保护装置用于温度量测量和保护。
为了在LCU查看机组运行参数，配置了彩色触摸显示屏。
系统I/O配置表：
LCU电源：改造前每个LCU仅一路交流220V电源供电，配一个UPS。运行经验表明小型UPS内部蓄电池寿命较短，使用几年后容量容易变小，失去UPS作用。因为水电厂具有非常可靠的220V直流电源系统，所以本次改造中LCU电源采用交直流双电源供电，极大提高电源可靠性。
5、控制网络
主机、工程师工作站、通讯工作站和各LCU通过10/100M网络交换机组成快速以太网。采用TCP/IP协议。主机、工程师工作站、通讯工作站通过双绞线、LCU通过光纤接入网络，网络速率100Mbps。
6、GPS卫星时钟系统
为主机及各LCU提供标准时钟，以获得电网标准时钟和便于事故时事件顺序分析。
二、系统功能
本系统由厂级计算机和LCU组成，LCU负责数据采集与控制，并向上位机发送采集的数据和事迹信息，接受上位机下行命令对设备进行控制，能脱离上位机独立工作，所以在功能分工上，数据采集和控制由LCU完成的，上位机完成数据库功能和全厂级控制功能（如机组间最优负荷分配控制）。
1、数据采集与处理
LCU对电厂的主辅设备的运行状态、运行参数及测量值进行实时采集、工程量化，存入数据库，作为实时监视、报警、控制、计算和处理的依据。采集对象分为模拟量、开关量、脉冲量、数码量等。
（1）模拟量
对模拟量处理有断线检测、数字滤波、数据合理性判断、标度换算、越复限报警等。
（2）开关量
开关量包括事件顺序记录（SOE）开关量和普通开关量两种。
SOE开关量指事故、断路器分合及重要继电保护的动作信号。监控系统采用中断方式迅速响应动作信号并以毫秒级的时间分辨率进行记录。
普通开关量指SOE开关量以外的开关量。
（3）脉冲量
主要用于对电表输出的电量脉冲进行累计，实现电量累计、管理。但前几年运行经验看，一旦LCU失电或退出维护时无法采集脉冲，就造成电量累计不准。所以我们全部改用数字智能式电表，该电表本身具有电量累计功能。监控系统通过串口读取电表数据，取消了脉冲量采集。
（4）综合量
综合量包括综合开关量和综合模拟量，是对采集的量进行逻辑、四则运算后得到的量，如机组状态等。
2、控制操作
控制方式分电网调度、水电站中控和设备现地三级。平时监控系统主要用前二级，现地仅用于调试和应急处理。
监控系统根据电厂当前运行情况和远方、当地的控制命令、自动发电控制（AGC）及自动电压控制（AVC）的计算，对电厂设备进行控制及调节，包括机组状态转换;机组有功、无功功率的闭环调节;开关、刀闸、地刀的操作;辅助设备、公用设备的启停操作;闸门启闭操作等。
机组有功、无功功率给定可以由运行值班人员在中控室输入或由上级调度中心在远方输入，也按预定的负荷曲线给定。监控系统将对该给定值的合法性进行检查，在调节过程中按PID运算，向调速器和励磁调节器发出调节命令。
为保证调节安全可靠和机组稳定运行，采取一系列限制与保护措施，如功率限制、电压保护、电流保护、避开机组振动区等。
3、安全运行监视与事故报警
（1）实时监视：运行值班人员可以通过监控系统的大屏幕监视器对全厂各主、辅设备、公用设备的运行状况、运行参数进行实时监视。
（2）参数越限报警：监控系统能对某些参数及计算数据进行越限报警，并自动记录。
（3）事故顺序记录：当电厂发生事故时，监控系统将对事件立即响应并以毫秒级分别率予以记录，以便事故分析。
（4）故障及状态显示记录：监控系统定时扫描各故障及状态信号，一旦发生状态变化将予以记录并显示故障状态名称及其发生时刻。
（5）语音报警：一旦电厂发生事故、故障，系统能自动实现汉语语音报警，并可以
将故障信息发到有关人员手机和BP机上，有利于故障处理。
4、自动发电控制（AGC）
AGC指按指定条件和要求，以经济、迅速方式自动控制水电厂有功功率来满足系统需要得技术。根据来水量及电力系统得要求，考虑电厂、机组运行限制条件，以经济运行为原则，确定机组运行台数，机组组合和机组间负荷分配。主要功能：按负荷曲线方式控制全厂有功功率;按给定负荷方式控制全厂总有功功率;调频功能;机组启停指导。
5、自动电压控制（AVC）
AVC是指按预定条件和要求自动控制水电厂母线电压或全厂无功功率。在保证机组安全条件下，为系统提供可充分利用的无功功率，减少电厂的功率损耗。主要功能：按给定无功方式控制全厂无功负荷分配。
6、历史数据库与统计记录
建立历史数据库主要基于以下及方面原因：A、弥补计算机监控系统功能上的不足：以前水电厂计算机监控系统因是实时控制系统，没有历史数据库，造成历史数据、事件检索困难;还有许多无法在计算机监控上实现的、需要人为判断的事件，如机组投退备用的日期等，监控系统无法统计，造成数据累计、统计不准确，统计功能无法使用。 B、提高运行管理水平的需要：可以在该系统上实现运行日志、巡检管理、工作票与操作票管理的计算机化，提高运行管理水平现代化。
历史数据库系统采用一台单独的PC服务器，Windows NT操作系统，SQL数据库，采集从监控系统获取实时数据和事件，以及人工输入的数据、事件，经过分类和处理，形成集中式历史数据库。作为水电厂的生产数据中心，包括实时和历史数据，还起到隔离电厂计算机局域网与监控系统的作用。可以图表方式显示数据，并以浏览器方式向全厂发布数据。给水电厂生产管理带来极大方便。
7、数据通讯
青溪水电厂因没有微波与省电力调度中心联系，我们采用VSAT卫星通讯方式。卫星通讯设备费用和租用信道运行费用均很低，传输速率达到40～50Kbps，基本能满足调度数据传输要求。不失为一种偏远地方有效的通讯方式。
8、系统自诊断与冗余切换
监控系统具有在线自诊断功能，诊断到故障时，主备用计算机能自动切换，能保证在主机故障时备用机能正确接班。提高监控系统可靠性。
三、结语
青溪水电厂计算机监控系统的模式、功能及LCU配置等方面都代表了国内外水电厂计算机控制的发展水平和先进性，尤其PLC选型、卫星通讯、GPS对时、建立历史数据库开放实时数据等具有特色，对于国内大中型水电厂控制系统改造具有很好的参考价值。
参考文献：
1、NC—2000水电厂计算机监控系统用户手册，南京南瑞集团，2001年
2、Controllogix PLC 用户手册，美国Rockwell公司，2000年
