浅析水电厂计算机监控系统改造措施

陈皓帆

（五凌电力有限公司 湖南长沙 410000）

浅析水电厂计算机监控系统改造措施

陈皓帆

（五凌电力有限公司 湖南长沙 410000）

当前，计算机监控系统在水电厂中得到了有效应用，为水电厂的安全运行与管理提供了重要的技术支持，已经逐渐成为整个水电厂的生产保障。水电站的计算机监控系统必须具有较高的科技含量，才能够适应水电厂的不断发展与进步，本文即针对水电厂计算机监控系统的改造进行探讨，以供参考。

水电厂；计算机监控系统；改造

1 引言

根据不完全统计，我国当前的水电厂计算机监控系统，其平均寿命通常为8年左右，最短甚至仅为5年。计算机监控系统基本上已经到了必须更行换代的时期，因此需要针对新型水电厂的计算机监控系统改造进行研究，明确改造基本思路，确定水电厂计算机监控系统经过升级改造后，能够有效提高水电厂的运行生产效益。

2 水电厂计算机监控系统组成和基本功能

2.1 水电厂计算机系统的组成

现代化水电厂计算机监控系统主要由主站级、现地控制单元（LCU）等设备组成。主站级配有各种工作站、供电不间断电源（UPS）、网络系统设备、通信设备、全球定位系统（GPS），能够代替人工值班。LCU由可编程逻辑控制器（PLC）、常规仪表、常规控制开关、同期装置、触摸屏、温度巡检装置、转速测量装置、剪断销信号监测装置、交流采样表、电能表、通信管理装置等组成。LCU主要完成对全厂设备的监视，对水轮发电机组的自动监视、控制和调节，对高低压断路器、隔刀和地刀等合分和保护跳闸，以及对辅机的自动控制。计算机监控系统采用开放式分层分布系统、全分布数据库。系统按照功能而言，可分为上位机和下位机；两个机位分别依靠不同的通信介质、相关网络设备实现连接，通过总线型、星形或环网等方式连接在一起，构成总线形拓扑、星形拓扑或环形拓扑结构。

2.2 水电厂计算机监控系统改造的必要性

一般情况下，计算机设备的使用寿命为5～8年，超过这个年限，设备的现地LCU、主控级和网络等就开始老化，严重影响设备的可靠性和稳定性，使得发生故障的可能性增大，从而影响设备的安全稳定运行。此外，因为水电厂计算机监控系统绝大多数都是国外的系统，这就造成设计思路、操作习惯和后期服务上的种种弊端，所以对水电厂计算机监控系统的改造势在必行。

3 监控系统改造的总体思路

3.1 监控系统改造后应具备的功能

（1）数据采集及处理。系统自动定时采集重要设备的运行参数、运行状态，且做相应的预处理，然后实时存入数据库，完成计算机监控系统的各种控制计算、画面显示和制表打印等。对于现地的各种数据，完成各自的LCU采集过程。

（2）设备运行指导与管理。改造后的监控系统能够实现如下几点：①能够对运行时间、停机时间、停运时间、机组工况转换次数、事故动作次数、被控设备动作次数和峰谷负荷时的发电量分别进行自动统计；②能够实现历史数据库的存储；③对事故进行指导并处理，防止误操作现象。

（3）调节与控制。系统能够实现自动电压控制、自动发电控制和一般的调节与控制，如机组的同期操作、机组开/停机的顺序控制、给定值控制、油/气/水系统的自动控制和点设备控制等；调节与控制隔离开关、断路器和接地刀闸；调节与控制集控及其配电的相关设备、溢洪闸门；控制并操作水电厂的用电设备等。

（4）人机接口。监控系统具备优良的报表编辑工具，以及交互式编辑画面，操作简灵活、方便，可以通过鼠标、键盘等人及接口设备管理并控制设备，还可以通过实时监控画面，完成数据刷新、故障事故报警和设备状态监视等。

（5）自诊断与维护。监控系统具备完整的硬件、软件自诊断功能，如离线诊断、请求诊断和在线周期性诊断等。软件还应用了防火墙技术，防止病毒侵入监控系统。

（6）水电厂改造的设计要按照按无人值班（少人值守）进行设计和建设；设备选型时，要遵循实用、可靠、经济原则。根据监控系统的需求分析，应该从以下方面来考虑：①4个层次，即现场自动化元件层、现地控制装置及辅机控制装置层、厂级计算机设备层、梯级及调度层；②3个接口，即：LCU的现场总线与通信接口模式、厂级计算机安全隔离信息交换接口、梯级或调度控制的信息交换接口；③2个界面，即：LCU的简单操作型人机界面、厂站级丰富人机界面。

（7）在硬件方面，各国的监控系统上位机硬件都是选用世界上知名计算机厂家的产品，LCU主要硬件均选用世界知名厂家的PLC，或国内同等技术性能指标PLC；从软件来看，主站大都是以UNIX、Windows为操作系统。

3.2 监控系统改造内容

对于水电厂计算机监控系统的改造，主要是更换网络设备、上位机全部设备和PLC升级等工作。具体的改造内容如下：

（1）监控系统网络设备改造。网络设备改造包括安装并配置监控网络主交换机；安装标准的网络机柜；铺设监控机房的双绞线；铺设监控机房到中控室、主继保室、机旁小室及线路保护室的光缆。

（2）监控系统上位机硬件系统改造。主要包括安装并调试各个工作站的设备；安装并调试主机设备和员工操作站显示器；接入监控系统专用网络；安装基本应用软件。

（3）监控系统上位机软件系统改造。上位机软件改造包括安装监控系统支持软件和主机操作系统；安装并调试高级应用软件；安装并调试数据库；语音报警、报表、厂内通信和调度远动程序编写调试；调试监控系统功能。

（4）监控系统LCU的改造。LCU的改造包括安装并调试PLC各模块，确保下位机实现对原有设备的控制与监视；上位机和下位机正常的通讯；铺设直流电源的电缆；安装交直流双供电源等。

4 水电厂计算机监控系统改造实例分析

4.1 水电厂当前系统概况

某水电厂河床式水电厂，装设了3台单机容量为21MW的轴流转桨式机组，采用的是常规继电器硬接线控制回路，实现对机电设备的操作与控制。此类操作控制方式的维护量较大，可靠程度低，容易造成设备的误动或拒动。该水电厂在运行10多年后，设备已出现明显的陈旧老化，严重影响电厂正常稳定发电运行。为了提高其自动化程度与安全运行水平，决定对电厂实施计算机监控系统自动化改造，由传统的继电器硬接线自动控制方式改为计算机监控系统控制方式。

4.2 改造方案

该水电厂在设备检修期间，合理地安排了监控系统的改造工作，添加的3台机组LCU、开关站LCU、公用LCU先后全部投入运行。运行期间，监控系统运行稳定，状况良好，极大提高了电厂生产效率与运行管理水平。

4.3 改造工程的具体实施

该水电厂的结构较为复杂，其中的主接线图如图1所示。

图1 电气主接线图

电厂内装设3台水轮发电机组，其单机容量达到21MW，分别接在2段10kV的母线上；厂内总共有2台主变器，110kV的采用的是单母不分段接线方法，设置有2回110kV线路，1回为备用。此外还有2台厂用变压器。

在安装调试的同时，还要求保证水电厂的发电运行与设备安全，在工程项目实施前，技改小组需要根据实际的安装、调试内容，制订详细方案，根据统计出的I/O量，对设备现场进行走访，绘制出二次接线图与电缆图。工程实施的过程中，技改领导小组还应当与技术人员团结协作，运用设备检修停运期间，合理安排技改工作进程，同时确保电厂发电运行。电厂技术骨干提前做好了安全措施，先从上位机系统入手，将监控系统网络设备、UPS设备和部分上位机安装调试完毕后进行#3机组下位机改造。利用#3机组检修机会，拆除旧控制屏接线，撤去旧控制屏，将监控系统LCU控制屏就位，焊接固定。沿电缆沟、桥架敷设电缆、对线，按设计图纸进行接线，同时与厂家技术人员共同进行最后的设备、程序调试，在#3机组调试完毕接入新监控系统且运行稳定后，再对开关站和公用LCU进行改造。最后进行#1、#2机组LCU改造工作。在整个改造过程中，新旧监控系统同时运行，保障了改造工程中电厂发电设备和对外通信（上级调度）的稳定运行。

4.4 改造成果

新的监控系统要求能够实现集中监控、电站优化运行等功能，监控系统改造对象包括：①3台水轮发电机组1F、2F、3F及其调速器、励磁调节器、保护装置等其它机组附属设备；②2台主变压器；③升压站开关设备、110kV出线及10.5kV母线；④水电厂的公用和辅助设备。主要有：技术供水系统、厂房渗漏排水系统，中、低压空气压缩系统，400V厂用电系统、220V直流电源系统等。

该水电厂的计算机监控系统，采用的是全分布开放式总线网络结构，由电厂级计算机层、现地控制单元层组成。而电厂级的计算机层与现地控制单元层之间，设计采用100MB网络交换机进行联结，形成双以太网通讯，其网络结构如图2所示。

图2 系统网络结构图

5 结语

水电厂改造工作完成后，计算机监控系统应该具备了良好的扩充能力，能够全面按照用户的实际需求，进行资源的配置与调整，排除冗余系统，同时在计算机监控系统结构化设计、分布软件和数据库分布模块等的处理工作上，能够全面保障开放性，确保监控系统改造的顺利进行。

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TV736

A

1004-7344（2016）15-0292-02

2016-5-10

陈皓帆（1988-），男，助理工程师，本科，主要从事水电二次监控系统运维工作。