水电厂微机监控系统

秦 民

(国家电网贵州省贵阳市红枫水力发电厂，贵州 贵阳 551400)



水电厂微机监控系统

秦 民

(国家电网贵州省贵阳市红枫水力发电厂，贵州 贵阳 551400)

现代化大型水电站强调“无人值班”(少人值守)，建立现代的生产管理体系。这种管理体系的建立必须微机监控系统为基础，对水电厂各系统进行全方位系统化地监控，以确保水电厂的安全、可靠、管理高效。而要合理的利用好自动化的微机监控系统，就必须全面 系统的掌握水电厂自动化微机监控系统的基本技术条件及原则，并对构建系统的软件进行了分析。

水电站，监控，系统

1 水电厂微机监控系统基本技术条件简述

1.1 基本结构

开放分布式计算机结构：按水电厂控制对象或系统功能分布设置多台计算机进行分布处理

开放分层分布式计算机结构：按水电站控制层次和对象设置电站级和现地控制单元级。

现地控制单元级结构：能独立运行现地控制，可采用工控微机、可编程控制器及两者组织控制。

1.2 系统功能及操作要求

能依据现场要求进行各种数据类型采集：模拟量、数字量(开关量)、控制量；并进行相应报警等处理从而实现电站级控制、现地级控制、运行设备手动、自动控制、以及调度级控制；数据的存储、分析功能。

1.3 硬件基本技术要求：

站级计算机：电站级CPU大于等于32位字长，时钟频率大于或等于16MHz，存储器应有足够的存贮空间余量预留40%。

现地控制计算机：处理字长大于或等于16位，时钟频率大于或等于8MHz机内总线标准规化，现地终端接口，具备局部网通讯接口。

数据和控制接口：具备模拟型号输入接口、数字信号输入接口、模拟信号输出接口、数字信号输出接口(参数略)。

通讯接口：具备本系统与调度系统通讯接口、电站级与现地控制单元级间或主控级多机间的通讯接口。

人机接口：具备符合技术要求的显示器、键盘、打印机、控制台等人机接口设备。

电源：具备符合技术要求不间断电源(UPS)、机柜。

1.4 软件基本技术要求

操作系统：应具备满足技术要求的能实时多重任务执行程序、交互式分时操作或多道程序通用目标虚拟存储器系统。

数据库：具备满足要求及集中式或分布式数据库。

数据采集软件：具备满足要求的能配合数据库提供检测和处理电厂监控和管理所需要数据能力的软件。

人机接口软件：具备满足系统功能设计要求并能按使用手册增加或修改显示画面、报表和系统配置功能的软件。

通讯软件：采用开放系统互连协议或适于工艺控制标准协议，同时满足局域网通信规约、调度端要求、能监视通讯通道故障的软件。

诊断软件：具备周期在线诊断和对特定请求的在线测试检查功能。

应用软件：具备结构式模块化特点、功能软件具有完整性和独立性，能实现补充修改和移植。

1.5 系统特性

实时性：相应能力应该满足对生产过程中数据采集或控制命令执行的时间要求。

可靠性：单个元件发生故障不造成关键性故障。

可维护性：满足便于试验和隔离故障断开点等基本要求。

可维护性：满足电厂可用指标。

系统安全性：满足操作安全性、通信安全性、软硬件安全性基本要求。

可扩性：满足系统扩充的基本要求。

可变性：满足电站级和现地控制单元装置中设备或结构配置改变。

2 监控系统构建技术原则

依据对构建模型的需求分析及微机监控系统基本技术条件，确定本次监控系统构建研究技术原则：

(1) 所有技术条件都必须满足《水电厂计算机监控系统基本技术条件》要求。

(2) 构建系统的安全性原则必须遵循《电网与电厂微机监控系统及调度数据网络安全防护规定》[6]，满足《全国电力二次系统安全防护总体方案》的技术要求。其隔离要求应满足：安全区Ⅰ(实时控制区)与安全区Ⅱ(非控制生产区)之间采用硬件防火墙或相当设备进行逻辑隔离，禁止E_mail、Telnet、Rlogin等服务穿越安全区之间的隔离设备；安全区Ⅲ(生产管理区)和安全区Ⅳ(管理信息区)之间采用硬件防火墙或相当设备进行逻辑隔离，禁止Telnet、Rlogin等服务穿越安全区之间的隔离设备；安全区Ⅰ、安全区Ⅱ不得与安全区Ⅳ直接联系；安全区Ⅰ、安全区Ⅱ与安全区Ⅲ之间必须采用专用安全隔离装置进行物理隔离。根据水电厂各应用系统的实时性、使用者、功能、场所、各业务系统的相互关系、广域网通信的方式以及受到攻击之后所产生的影响，将其分置于四个安全区之中。微机监控系统处于安全区Ⅰ，其它需与监控系统通信的系统必须遵循上述原则选择可行连接的方式。

(3) 系统结构的可持续发展原则，能够升级处理。选用运行仍十分可靠，在相当一段时间内仍处于世界先进水平的现地控制系统(LCU)，主机的设计应该具备可用性、可维护性与可扩展性，并且各部单元能随计算机技术的发展而发展。控制系统设计采用开放式结构，其硬件软件均能进行升级或扩展。各微机控制之间能相互独立相互备用，现地控制单元不会因主控机发生故障而影响运行。

(4) 系统的简便性，标准化设计原则。人机对话要简便，易于操作、修改，网络结构及控制结构要标准化，当电站设备发生变化时能进行数据的更换和改变，并且能够确保长期运行。LCU网络传输介质应设计留有足够的数据传送带宽，预留足够的通讯接口，满足梯级调度自动要求。设计采用双网冗余，以保障LCU在大量突发事件产生后，仍能准确、完整地将事件送到操作员工作站、应用程序工作站处理以及送历史数据站归档，保证主机与各控制单元之间通讯，控制信号能很好到达各控制单元。

(5) 系统兼容性强，能很好的与现有排水泵自动控制装置、气机自动控制装置、线路保护装置、机组保护装置、变压器保护装置等进行通讯。同时对保护装置所发的信号能很好的响应，确保辅机自动装置及保护保证能安全平稳运行。

(6) 装置电源的可靠性。监控系统电源冗余接线配置。监控系统上位机主备设备电源原则从两台互备UPS设备供电。逆变电源为交流市电和直流两种供电模式，或双直流供电模式。逆变电源的交流市电从公用400V不同的母线段接取，直流电从直流一段母线和二段母线分别接取。

(7)系统结构合理，要依据控制对象及现场实际条件对现场控制设备进行合理分类，达到结构合理，运行速度快、运行稳定的原则。

3 构建模型监控系统构建结构分析比对及结构确定

(1) 采用开放分布式计算机结构，即采用水电厂控制对象或系统功能分布设置多台计算机进行分布处理的结构。由1.3.2水电站(厂)设备及自动控制系统结构分析得知，水电站(厂)控制设备由水工建筑物部分、电气一次部分、水轮发电机组部分、油水气部分、厂用配电部分，控制功能包括机组的启动、机组停止、发供电设备的运行操作、辅助设备的运行操作、厂用电设备操作等，如果采用开放分布式结构，计算机设置多，不利于集中的信息管理，不能满足集中管理及梯级调度的需要。

(2) 现地控制单元级结构，即采用工控微机、可编程控制器及两者组织控制，能实现独立运行现地控制结构。同上述有相似之处，此结构能解决现地控制问题，一般为旧的电磁型继电器控制改造升级的方式。仍不能满足集中信息管理及远程控制调度的要求。

(3) 综上所述，我们此次构建采用开放分层分布式计算机结构，即按水电站控制层次和对象设置设置电站级和现地控制单元级。电站级主要起的作用是完成水电站实时状态的采集和处理，实时运行参数的采集和处理、监控，远方控制，对控制对象进行调节，完成优化运行，报警及事故记录、实时显示电站设备运行状态和参数等功能，接受当地控制单元传输数据，向当地控制单元发出控制调节指令等作用。现地控制单元级主要起的作用是完成被控制对象如机组、升压站、线路、辅助设备的控制、数据采集、保护、调节等功能，把采集的数据、状态送到电站控制层，接受电站控制层的控制调节指令，见图1。

图1 水电站监控系统图

4 构建模型监控系统构建软件分析比对确定

4.1 软件构架设计的要求

要具备面向对象功能，把水电站实际生产管理中运行、维护人员非常熟悉的设备抽象为监控系统中的对象，软件从系统设计、系统实现、语言选择、用户界面定义等一系列过程都依据对象进行设计。

具备控制安全性，要设置控制方式切换、负荷调节权限、机组控制方式及控制权等控制权限，确保各种情况下的控制安全。

具备实时可靠功能，水电站实时采集的数量较大，保证数据的实时可靠功能尤为重要，通过数据分组处理和媒体流等方式对数据进行实时处理，确保数据实时可靠性。

具备独立子系统运行模式。由于水电站控制设备安全性，必须采用独立子系统运行模式，确保各系统不受其他系统运行干扰，能在其他系统退出情况下能独立运行。

具备系统兼容性，对于新投系统，设备更换及改进，良好的软件也应进行相应的改变，因此必须吸收和借鉴模块化设计、接口标准化设计、软件封装设计等技术，确保软件系统兼容性。

具备数据处理和智能报警功能，因为现场数据采集量较多，如果将所有的数据都由运行人员进行处理，这是不现实的，因此软件必须要具备数据处理和智能报警功能。

4.2 构建软件确定

站控层构建软件采用NC2000监控系统软件对上位机各显示界面、报警信息、通讯等进行构建，其操作系统平台采用UNIX系统。

现地控制层(以下简称LCU)采用PLC可编程控制器进行现场设备构建。

5 结 论

本文主要讲述了水电厂微机监控系统基本技术条件、监控系统构建技术原则，在阐述构建技术条件和技术原则的基础上，结合构建监控系统结构对比进行了构建对象的硬件软件构建确定。

[1] 李学志.计算机安全监控系统技术探讨[J].电子技术与软件工程，2013(11)：82-82.

[2] 赵敏.计算机安全监控系统设计与实现[D].西安：西安电子科技大学，2010.

[3] 项国富.虚拟计算环境的安全监控技术研究[D].武汉：华中科技大学，2012.

[4] 周德泽.计算机智能监测控制系统的设计及应用[M].北京：清华大学出版社，2002.

[5] 王晓穗.计算机网络监控系统的应用与发展[J].民航经济与技术，2000(12)：34-36.

Computer Monitoring System for Hydropower station

QIN Min

(Guiyang Hongfeng Hydroelectric Power Station of The State Grid，Guizhou Guiyang 551400)

The management of The large modern hydropower station emphasize “unmanned on duty”， establish modern management system which on the microcomputer monitoring system basis to ensure the safety of the hydropower station，reliable and efficient management.

Hydropower station；Monitoring；System

2016-04-12

秦 民(1973-)，男，贵州省贵阳市人，贵州省贵阳市清镇市国电红枫水力发电厂工程师，主要研究方向：自动化控制.

1005-2992(2016)05-0097-04

TP309，TP277

A