计算机监控系统在水电站低压水轮发电机组的应用

　　摘要：本文结合小型水电站的实际特点从特点、结构及配置、功能、通讯等介绍一种适合低压机组的计算机监控系统，该系统具有较高的实用价值和可靠性，不仅可带动整个水电厂生产管理的改革，还可以促进电厂的技术进步。
　　关键词：小型水电站；监控系统；低压机组；通信；PLC
　　
　　我国小水电资源极其丰富，据不完全统计，可开发量约为1.3亿kW，居世界首位，开发前景广阔.由于小型水电站装机容量小，一般不是电力系统的主调频调峰电厂或机组，要实现的功能较简单，相对而言系统也较简单.近年来开发比例较大的低压机组水电站在系统方面更是比较落后。基于这种状况，结合小型水电站的实际特点介绍一种适合低压机组的计算机监控系统，可带动整个水电厂生产管理的改革，促进电厂的技术进步。
　　针对小型水电站低压(一般指交流含0.4kV以下)水轮发电机组的设备和运行特点，采用以计算机监控系统为主、配置简易手动操作盘的模式，即在计算机监控系统出现故障时，可用手动操作按钮、常规继电器构成的简易自动化开停机回路，进行开停机、增减负荷及无调节的操作，增加了系统的可靠性.目前这种配置模式已被许多小型水电站所采用。
　　1系统特点
　　系统的应用开发环境、用户接口环境和系统互连环境均符合IEEE和ISO的开放系统标准.取消了自动调速器，选用新型设备操作器(比如TC型水轮机操作器、无刷励磁调节器等)；根据水电站特点，系统采用组屏安装，将二次测量、控制、保护设备与一次电器设备同组一屏，做到一机一屏，整个系统层次清晰、结构灵活、实用性强、性能价格比高.另外其扩展性强，整个系统通过网络连接，各单元根据需要可灵活配置系统的软硬件均采用模块化设计，组态灵活，维修方便，各装置相对独立，某一装置故障不影响其他置运行，所有的输入输出均带隔离、软硬件数字滤波、防触点抖动等措施.上位机和现地控制单元(LCU)软件还带有完备的防误操作、自诊断、自恢复程序，包括输出口的双重闭锁，并具有多种防雷和抗干扰的措施.系统采用智能仪表完成机组的电气参数采集及保护，主站采用Windows多任务操作系统，人机交互界面友好，全中文显示，可详细显示测控保护信息，可进行参数设置、实时数据显示、信道及系统状态监视、本地遥控操作，使用方便，易于掌握；系统功能齐全，包括数据采集、控制、微机远动等。
　　2系统结构及配置
　　系统采用屏式结构，以通讯为核心，以总线形式把各功能单元联成一个完整系统.设置调试窗口，可备有便携式后台机、GPS时钟及与交直流屏、智能仪表的通讯接口、微机防误闭锁系统.自动化系统装置的电源由交流220V主供，直流220V备用，装置本身具有交、直流电源自动切换功能。另配置3~5kWUPS一套整个系统接地，接地系统应与整个水电站接地装置连接成一体。
　　由于系统是在计算机监控的同时配置手动操作控制，因而其一般配置包括：由一台计算机，辅以打印机、大屏幕显示器(CRT)、不间断电源(UPS)、卫星同步对时装置(GPS)组成的主站级、现地控制单元级(LCU)和通讯服务器。其中LCU主要包括机组LCU、公用设备LCU和变电站LCU。现地控制单元的结构采用工控机(IPC)+可编程控制器(PLC)+自动化手动操作装置的形式。通常采用的自动化手动操作装置包括：微机操作器、微机同期装置、温度巡测装置、微机励磁调节装置与微机测速装置。这些自动化手动装置可以独立运行，也可与机组现地控制单元IPC通信、接收指令、反馈信息。而PLC主要担负机组顺序操作、数据采集等功能；IPC主要担负数据处理、控制操作、历史事件记录、报警、人机联系、与厂级计算机通信以及与自动化设备联系的功能。公用LCU主要完成辅助设备运行状态的监测以及控制操作。变电站LCU主要对设备、断路器通断进行操作和电气设备保护。
　　以2台机组为例，配置的小型水电站低压机组的控制系统，如图1所示。
　　
　　
　　
　　3系统功能
　　根据小型水电站低压水轮发电机组计算机监控系统的特点，把系统结构分为主站层、现地控制单元层和网络通讯部分3部分。主控层负责全站集中监控的任务，主要功能就是完成对全厂主设备的实时监视、控制、调节、运行记录及与上级调度的通信管理；现地控制单元层负责机组、升压站及公用设备等监控任务，主要功能是按照主站层的指令，完成对水电站的设备实施具体的操作，也可在主站级或网络无法正常工作的情况下，在现地独立完成对设备的操作。这些操作可以是自动的也可以是手动的，以保证整个电厂的安全顺利运行；通信分为内部通信和外部通信。内部通信为主站级工作站、服务器及现地级LCU、操作器、励磁装置、保护及自动装置等相互之间的通信。外部通信为水电厂计算机监控系统与上级调度、水情测报系统、电厂管理系统等的通信。现地控制单元(LCU)通过网络和现场总线将采集到的数据上传至主控层，主控层将机组控制命令下传至现地控制单元，LCU融采集、控制于一体，同时根据需要可将保护信息、转速信号、温度、励磁信息上传至主控层。
　　系统能实时、准确、有效地完成对本站被控对象的安全监控，具备的功能有数据采集、数据处理、安全运行监视功能及事故报警、事故追忆、数据计算、报表生成与打印、机组顺序控制，实现机组启、停，断路器、隔离开关的合闸、分闸等操作；机组有功、无功调节；自动发电控制(AGC)、自动电压控制(AVC)；设备运行统计记录及生产管理功能；语音报警，时钟同。主控站设有分同步信号接口，可以接受各设备的分同步信号，能与上级调度、保护通讯，实现远程通讯功能。
　　4系统通讯
　　监控系统通信设计要求通信速度满足电厂安全、经济运行的需要，数据处理能力强大并有足够高的可靠性。由图1可知，该系统的通信主要包括监控系统与上级调度中心的外部通信和监控系统的内部通信。内部通信主要指主控站上位机与现地单元下位机的通信、工控机IPC与可编程控制器PLC之间的通信、各个机组单元PLC之间的通信以及PLC与其他的智能化设备之间的通信。
　　4.1监控系统与调度中心的通信
　　采用工业以太网中的“RTU运动方式”，即在水电站侧设置电网调度自动化系统的RTU(RemoteTerminalUnit)，系统可实现与调度系统的实时信息交换，接受调度中心的命令，实现水电站的遥测、遥信、遥控、遥调及数据文件传送：它是一种串口通信方式，支持CDT等常用规约，对其他规约可开发通信程序连接。
　　4.2上位机与下位机的通信
　　普通的PC计算机作为上位机，IPC+PLC作为下位机，上位机实现机组监控系统的人机界面，下位机直接对机组进行监控，二者通过RS-485总线进行通信，分别配以RS-485总线转换器，实现网络通信功能。上位机采用巡检的方式依次对下位进行检测，根据需要对下位机进行控制，实现上位机对下位机的监控功能。
　　4.3IPC与PLC的通信
　　IPC与PLC之间通过RS-485进行通信，通信双方设置的通信参数应完全相同，并根据通信协议和通信规约中的规定编写通信程序。
　　4.4PLC与智能化设备的通信
　　在水电站监控系统中，现地控制单元的PLC、智能交流仪表、智能参数测量仪、温度巡检仪等设备均具有RS-485接口，而水电站的一些附属设备如TC型水轮机操作器、无刷励磁调节器等也都带有串行通信接口，这种可用于多站点的RS-485接口可以方便地使PLC与各个智能设备进行可靠的通信。
　　5 结语
　　该系统设计时以计算机监控为主，简化的常规设备作为后备，当微机系统因故退出时，能保证机组正常运行。对于小型水电站，减少了大量的投资。该系统对农村小型水电站发展有很大的推进作用。

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