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1概述

故縣水電廠投產于1992年，共有三臺機組，總裝機容量60MW，單機容量20MW，設計發電水頭65m，最大水頭90m，最小水頭44m，多年平均發電量1.0億KWh，是以防洪為主，兼顧灌溉、發電、供水等綜合利用的工程。三臺發電機分別經兩臺主變壓器接到110kV母線上，通過一回110kV線路接入洛陽地區電網，承擔著洛陽電網的調峰任務。隨著電力體制改革的逐步深入，為了適應電網的發展形勢，逐步實現電廠的“無人值班”（少人值守）目標，電廠自2001年開始進行計算機監控改造。經過招標，故縣水電廠選用了國電南自的SD200型水電站自動化系統，該系統采用全開放，模塊化結構設計，操作方便，配置靈活，具有良好的可靠性、可擴充性和可移植性，在一定程度上滿足了故縣水電廠的自動控制、監視與調節。

2監控系統的結構和配置

2.1系統結構

計算機監控系統采用基于以太網的分層分布、開放式結構，有主控級和現地控制單元級兩級。主控級設有運行人員操作工作站2臺、通信工作站1臺、工程師工作站1臺、網絡交換機1臺、打印服務器1臺、打印機2臺、GPS、UPS等設備?，F地控制單元設備共5套LCU，其中3套機組單元、1套公用單元設備和1套變電站單元設備。（詳見故縣水電廠計算機監控系統結構圖）

2.2主控級結構和配置

主控級操作員工作站設有美國ICSPⅢ/800工作站2臺，雙機冗余結構為主／從熱備用工作方式。其中一臺為主控機負責采集控制功能的實現，主要完成全廠的運行自動化及其管理，另一臺為系統管理機負責監視網上各臺機的運行情況，備份主控機的數據庫，并在檢測到主控機故障時立即擔當主控機的所有功能并報警。來自現地控制單元LCU的實時信息直接在兩臺主機的CRT顯示刷新。正常情況一臺工作，一臺備用，若一臺主機故障，可自動完成雙機無擾動切換，由另一臺接替工作。每臺操作員工作站配置一臺21寸純平彩色顯示器，完成全廠設備監控，取消常規的模擬屏、常規控制臺、常規機組自動盤。

工程師室設有1臺工程師工作站和1臺通信管理機，工程師工作站采用美國ICSPⅢ/800工業級微機，用于修改定值，增加和修改畫面，并可進行系統維護、軟件開發及遠程診斷等。此外，還可用于離線設置，對運行人員進行操作培訓。通信管理機采用美國ICSPⅢ/800工業級微機，用于電站計算機系統與電力系統調度計算機和連接其他需要與計算機通訊的設備，系統可及時將故障信息通過音響形式報警，以便于運行維護人員及時處理。

系統設置衛星時鐘1套，聯想D-LINK24換機1臺，不間斷電源UPS（2KVA）2臺，系統設有HPA3幅面激光打印機2臺，通過打印服務器與網絡相連接。主控級與現地控制單元采用以太網絡連接，通訊介質為光纜，保證了網絡通訊的可靠性。

2.3現地控制單元及結構與配置

單元控制級按控制對象性質分為機組控制單元、公用設備控制單元和變電站控制單元。全廠共設置5個現地控制單元（LCU），即3臺機組各設置1個LCU，公用設備設置1LCU，變電站設置1個LCU。

機組LCU主要由一體化工控機（美國康泰克PⅢ/600、可編程序控制器（GE90-30PLC）、電量采集裝置（SDD200）、自動準同期裝置（SDQ200）、溫度巡檢裝置（南瑞SJ-40C）、測速裝置（DZK-2）和不間斷電源（500VA）組成，每臺機組LCU包括兩個分布式PLC，一個用于壓油裝置和漏油泵的控制，另一個用于機組快速閘門的控制。分布式PLC選用了GE公司的VersaMax產品，該產品提供了全面的分布式控制系統，可作為分布式子站連接在LCU上獨立運行，其I/O模塊具有帶電插拔功能。

公用設備LCU主要由一體化工控機（美國康泰克PⅢ/600）、可編程序控制器（GE90-30PLC）、電量采集裝置（SDD200）、自動準同期裝置（SDQ200）、微機直流接地檢測裝置（HYD196）和不間斷電源（500VA）組成，公用設備LCU包括兩個分布式PLC，一個用于高低壓空壓機的控制，另一個用于檢修泵和滲漏泵的控制。變電站LCU主要由一體化工控機（美國康泰克PⅢ/600）、可編程序控制器（GE90-30PLC）、電量采集裝置（SDD200）和不間斷電源（500VA）組成。

2.4計算機監控系統軟件配置

SD200系統在硬件選擇上以系統的開放性和兼容性為指導思想，具有很大的靈活性，支持異型機聯網。系統采用WindowsNT操作系統，采用VisualC++編程，以TCP/IP協議作為網絡通信協議，執行IEEE802.3標準，加上專用的實時數據庫管理軟件和多種應用軟件，構成了基于開放環境下的計算機監控系統。

SD200系統軟件以實時數據庫為核心，包括數據庫管理包、開發包、運行包、通訊管理包。軟件開發包可以使不熟悉計算機軟件編程的電廠運行人員、工程師通過各自的工作站完成畫面制作、畫面顯示、打印制表、參數設置和操作控制等功能。軟件全鼠標驅動、下拉式菜單、漢化界面，面向對象操作，直觀易學，十分方便。

系統的軟件構成如圖所示:（略）

可編程序控制器（PLC）采用LM90軟件包開發梯形控制程序，在程序的編輯中盡量采用子程序，分模塊、分功能編輯，強化程序的可讀性，直觀、簡潔，易于理解和修改。

3計算機監控系統的功能

SD200監控系統可實現遠方計算機自動監控和現地計算機自動監控，其主要功能包括：數據采集與處理、時間順序記錄（SOE）、事故追憶記錄及相關量記錄、有功功率聯合控制（AGC）、無功功率聯合控制（AVC）、現地控制單元LCU功能、控制與調節、顯示打印和參數設定、電廠設備運行管理、系統通訊、中文語音報警、衛星同步對時、故障自診斷和自恢復功能。其中對主要功能說明如下。

3.1數據采集與處理

現場數據通過主用數據采集控制單元完成，預處理后送往上位機，上位即將實時采集到的數據進行周期、定時或召喚計算分析，形成各種實時數據庫和歷史數據庫，用于畫面更新、趨勢分析、控制調節、打印報表、事故記錄和分析。數據處理功能是進行各種數據濾波、補償、越復限比較、數據格式化，并分時累加形成各類表格供打印、顯示使用。

3.2安全監視和事故報警功能

對電站的水利機械系統、發送電系統、廠用電系統、直流電系統，油、氣、水等系統的實時運行參數和設備運行狀態以召喚方式進行實時監視顯示。顯示內容一般包括電氣主接線圖、控制流程圖、過程曲線、各種統計報表等。當發生異常時，能對發生的異常情況進行記錄，并發出語音報警。系統根據預定的策略進行處理，并能為運行人員查找故障提供比較方便的手段。發生事故時，可自動轉入事故、故障顯示，并推出相應的事故、故障環境畫面及光字牌，同時啟動系統報警。

3.3自動發電控制（AGC）和自動電壓控制（AVC）

監控系統可根據提供的負荷曲線或值班操作人員即時給定的有功功率值，以及各機組的效率特性曲線、電站的運行工況并考慮機組振動、汽蝕等約束條件，計算在機組負荷變化后的水頭下電站的機組最優開機組合和負荷分配方案，將全廠總有功輸出調整到任一給定值，實現全廠最優運行。

自動電壓控制（AVC）功能是監控系統根據電站母線控制曲線，監視母線電壓變化，自動調節機組無功功率，使電站母線電壓維持在給定的控制曲線范圍以內。目前系統未實現AGC、AVC控制。

3.5現地控制單元LCU功能

現地控制單元是一臺完整的單元控制裝置，不僅能完成實時數據采集并及時發送給上位機，接收并執行上位機的命令，自動完成開、停機操作和有功、無功功率的調節，并且能在脫離系統時獨立工作，運行人員可通過LCU的現地人機聯系手段實現現地控制操作。

4計算機監控系統的特點

故縣水電廠監控改造中取消原常規控制模式，在中控室設置了信號返饋屏，返饋屏信號機組部分獨立采集（當監控系統通訊故障時，可保證對機組重要信息的監視），公用和變電站部分取自監控系統。為實現電站的“無人值班”（少人值守），計算機監控系統必須具有實時性、安全性、易于維護性等特點。

網絡是計算機監控系統的重要環節，LCU過去常用的方法是通過現地工控機上網，這是受當時PLC硬件及軟件的局限性所導致。2000年以后，PLC直接通過10/100M網絡自適應模塊上網正在成為水電廠計算機監控系統的主推模式，在此方式中，去掉了工控機這一薄弱環節，而且PLC直接接入網絡交換數據。這樣大大提高了數據的交換速率和系統的可靠性?；谝陨显?，故縣水電廠計算機監控系統采用了PLC直接上以太網方式，工控機與PLC經集線器連接后也上以太網。此方式大大提高了系統的響應速度，系統的可靠性和安全性都得到了不同程度的提高，現地控制單元可同通過與工控機通訊，實現其顯示與操作，并可脫離上位機獨立運行。

4.1良好的開放性與實時性的統一

系統采用符合開放標準和硬件設備和操作系統，當系統硬件升級換代時，不因硬件的變化導致系統軟件投資的浪費，另一方面結合水電廠實時過程控制的特點，下位機采用可靠的開放硬件環境，結合實時操作系統，使整個系統的性能達到良好的統一。

4.2分布與集中的完美結合

系統的分層分布結構，融會網絡分布系統的優點，使系統的資源配置利用更加合。實時數據庫的分布，提高了系統的可用率和可靠性。集中的歷史數據庫減少了數據庫的重復設置對硬件資源的影響。

4.3可維護性

系統具有自診斷和尋找故障的程序，在運行中可更換部件，消除故障。采用開放式系統，硬件易更換?？赏ㄟ^系統編程臺修改和增加軟件。

4.4系統的安全性

為保證電站設備的可靠運行和控制，SD200系統采用分布式系統結構，系統中局部設備故障，不影響系統的可靠運行。系統中重要設備采用冗余配置，軟件具有完善的防錯糾錯能力。

4.5系統的可擴充性和可變性

監控系統的硬件配置具有一定的余度和擴展能力，系統點參數可以根據需要方便的進行更改。

5計算機監控系統改造運行總結

5.1改造過程概述

故縣水電廠計算機監控系統改造工程是故縣局自行設計，自行招標的工程。2001年6月進行了工程招標,國電南自的SD200水電站自動化系統中標。

故縣水電廠計算機監控系統包括上位機和現地控制單元，其中現地控制單元由5個現地LCU、8個分布式控制系統組成。整個監控系統自2001年7月由廠家開始設計制造。2002年3月故縣水電廠計算機監控自動化改造工程正式啟動。首先進行上位機和1號機組計算機監控裝置的安裝和調試，隨后依次進行了2號機組、3號機組，目前變電站監控裝置的安裝正在進行，公用部分的施工于10月開工，電站的監控系統改造將于2002年底全部投運。

5.2現場運行情況

故縣水電廠計算機監控系統在投運過程中嚴格按照施工組織方案實施，系統調試首先進行靜態調試，然后空載試驗，最后進行帶負荷試驗，逐級進行，發現錯誤及時改正，在一定程度上縮短了系統調試時間，減少了機組停機時間。故縣水電廠監控改造雖然是老廠改造，但是經過全局人員的上下努力、通力協作和精心組織，改造過程并未對電廠的正常運行造成大的影響，基本上保證了機組的正常發電運行。

系統現場運行過程中暴露出不少問題，經過處理，目前系統運行基本正常，但是還存在一些不足之處。

（1）現地控制單元PLC電源模塊的供電電壓最初為交流220V，直流110V，因現場無法提供直流110V的電壓，使得PLC供電電源只有交流220V，這樣一旦廠用電失電，PLC也將失電，影響了系統的穩定和電廠的安全運行。為解決此問題，將原PLC電源模塊更換為24V供電模塊，電源取自現地控制單元柜上的兩路24V開關電源，分別為交流220V和直流220V變換而來。

（2）在2號機組監控試運行階段，機組溫度巡檢裝置曾出現故障，溫度巡檢不能正常進行。經廠家更換后，新裝置運行正常，分析認為是溫度巡檢裝置內部個別元件質量不過關造成的。

（3）各分布控制子單元與現地單元的通訊。在通訊調試過程中存在的問題較多，占用了整個系統比較多的調試時間。1號機組的閘門和2號機組的壓油裝置在調試時一直無法正常通訊，經多方排查，發現通訊接頭在制作中有接線錯誤和焊接頭有毛刺，焊接頭的毛刺致使通訊收發線短路，從而導致通訊混亂。通訊接頭經處理后，通訊恢復正常。

（4）網絡通訊方面。監控系統在投運過程中，隨著1號、2號和3號機組的逐步加入運行，主機的數據刷新速度明顯變慢，甚至出現通訊中斷的現象，為解決這一問題，廠家進行了多方努力。SD200系統在上位機網絡中擔負核心任務的是交換機，本系統是初次使用交換機，以前投運的系統均使用集線器，在對系統軟件和其余硬件檢查的基礎上，將系統交換機改用集線器代替，經過一段時間的運行考驗，系統通訊基本正常。目前，有關系統交換機不能保證網絡通訊的問題正在做進一步的探討。

（5）語音報警信號取自位于工程師站的通訊機，信號從通訊機送出經信號線至中控室，由于受到強電干擾，報警系統無法正常工作，經分析決定將語音信號在工程師站經過主音箱放大后，再送至中控室，此方式經調試，語音報警系統得以恢復正常。

（6）機組壓油泵、漏油泵、空壓機和排水泵的PLC自動回路與繼電器常規手動回路，設計為手動切換。當PLC發生故障而運行人員有未及時發現時，便可能發生壓油裝置油壓過低、漏油箱跑、油風壓異常等事故，因此監控系統對報警準確性要求較高，在系統出現異常時，語音報警系統應能可靠報警，以便于運行人員及時發現和解決問題，盡量縮小事故范圍。

（7）水力監測系統元件不健全，監控系統AGC、AVC功能尚不能投入使用。

（8）微機保護除動作硬接點信號接入監控系統外，保護的動作信號和保護定值實現了與監控系統的計算機通訊，但目前保護動作時的故障錄波信息尚無法與監控系統通訊。因與監控通訊，保護裝置的故障錄波信息讀取較為繁瑣，給事故分析帶來了一定的困難，此問題有待于進一步優化解決。

5.3系統需要完善的方面

故縣水電廠計算機監控系統雖已投入運行，但由于部分設備安裝不到位或功能有限，系統功能目前還不夠完善，需要在今后的工作中進一步開發完善。

（1）進一步調研選型，逐步完善與水電廠經濟運行密切相關的信息，如流量、上下游水位、機組振動、擺度、汽蝕、尾水管流態等參數，盡快實現電廠的自動發電控制和自動電壓控制。

（2）原電能計量為常規電度表，此次改造未進行更換，使得監控系統在電能統計、累加方面無法準確計量，今后將適時更換為全智能計量電度表，完善系統的運行管理。

（3）研究開發電廠信息管理系統（MIS）系統。電廠信息管理系統（MIS）應由兩方面的內容組成，即非實時管理的廠級管理系統和實時管理的廠級監控信息系統共同構成。非實時管理的廠級管理系統主要體現在生產辦公管理和職能事務管理兩個方面；非實時管理的廠級監控信息系統也稱SIS，是電廠MIS和全廠各實時生產控制系統之間的橋梁，其目的是實現全廠信息共享，真正做到管控一體化。

（4）逐步實現與局辦公自動化系統、地調系統的通訊連接。

6結束語

故縣水電廠自計算機監控系統于2002年底全部投入運行。監控系統的順利實施，大大提高了故縣水電廠的綜合自動化水平，增強了故縣水電廠參與電網調峰的能力。目前系統還需要在運行中逐步完善和進一步提高各項功能指標。

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