王英

摘 要：介紹了水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀、特點及發(fā)展趨勢，重點探討老電廠監(jiān)控系統(tǒng)升級改造的方案選擇、技術(shù)重點、體系結(jié)構(gòu)、工程實施中所應注意的主要問題。

關(guān)鍵詞：計算機監(jiān)控系統(tǒng)；升級改造；無人值班

在技術(shù)發(fā)展的推動下，近些年來，將更高的要求拋向了水電廠的計算機系統(tǒng)，隨著變化速度的不斷加快，尤其是就在電網(wǎng)中具有關(guān)鍵地位的梯級流域水電廠以及大中型水電廠的計算機監(jiān)控系統(tǒng)給出了更加嚴格的要求。此外，一些偏遠區(qū)的水電站由于技術(shù)支撐、現(xiàn)代通信技術(shù)的應用以及管理水平的不斷提升，也開始大力執(zhí)行和推廣了“無人值班”的做法。為了實現(xiàn)該目標，將全新的水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)多個改造、設計思路探究出來是非常必要的。

1 設計改造計算機監(jiān)控系統(tǒng)的方法

針對計算機監(jiān)控系統(tǒng)在我國水電廠中多年的發(fā)展歷史能夠看出：有著一定的復雜性存在于水電廠的綜合自動化工程中，要同廠情結(jié)合，做到辦事多，花錢少。以實用為出發(fā)點，對新、尖、高不過分去追求，由于計算機等自動化裝置更新周期不長，對性能價格比是需要認真考慮。對實用功能在方案設計中也要進行考慮，將可靠、安全的接入擴展需求作為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)所重點考慮的內(nèi)容。

在設計監(jiān)控系統(tǒng)時，一定要從元件自動化、自動化輔助設備水平、水調(diào)水情信息、遠方控制及梯級模式、電站機電設備狀態(tài)監(jiān)測、各級調(diào)度系統(tǒng)的通信、機組現(xiàn)地控制的最優(yōu)結(jié)構(gòu)、電能計量系統(tǒng)、廠級計算機監(jiān)控系統(tǒng)等方面入手，而不可以拘泥于監(jiān)控系統(tǒng)一個環(huán)節(jié)中。

在未來水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展中，具備遠方控制調(diào)節(jié)必將是一個重要的方面，將越來越多的可能性拋向中小型水電站。確保無人值班在水電廠中能夠有效的被實現(xiàn)，對于電廠內(nèi)的控制調(diào)節(jié)操作，一定要通過計算機監(jiān)控系統(tǒng)代替操作人員來完成。因此，就需要具備優(yōu)越的通道，確保能夠有效的收發(fā)和執(zhí)行控制命令，要確保能夠安全的完成遠方操作，進而確保能夠正常的啟動以下操作，或是對順控流程能夠繼續(xù)執(zhí)行，要利用相應約定的形式，確保上級調(diào)度能夠清晰的了解電廠機組情況，并且，在此前提下將遠方的控制命令發(fā)布出來。

計算機監(jiān)控系統(tǒng)的實施，尤其是在改造升級計算機監(jiān)控系統(tǒng)的時候，要特別關(guān)注前期的預備工作，條件成熟，計劃周全，就可以馬上實施，保證工期見效快，工期段。在設計新建電廠時，應該對那些成熟的監(jiān)控系統(tǒng)思路和較高起點的方案進行優(yōu)先選擇，防治重復多次改造。運行維護時管理一定要嚴格，對員工的技能不斷強化，將一個素質(zhì)精良的員工隊伍打造出來，才可以確保自動化設備的穩(wěn)定安全運行。

經(jīng)過多年的努力，國內(nèi)計算機監(jiān)控系統(tǒng)也在不斷的走向成熟，經(jīng)過在水電廠中不斷的推廣無人值班的理念，系統(tǒng)變的更加成熟，并且，開始比肩國外的計算機監(jiān)控系統(tǒng)。以硬件的角度出發(fā)進行分析，不管進口監(jiān)控系統(tǒng)還是國產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，都是將世界上一些著名計算廠家的產(chǎn)品當作上位機硬件，以軟件的角度出發(fā)進行分析，都是用Windows、UNIX為操作系統(tǒng)進行主站建設。編程語言是C語言，軟件功能和數(shù)據(jù)庫都有各自的優(yōu)點。

選用國產(chǎn)計算機監(jiān)控系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：一是合同執(zhí)行對使用方有利，可以局部增加合同中沒有的功能。二是調(diào)試維護方便。三是投運幾年后擴展功能。四是修改程序方便。上述優(yōu)點對于進口計算機監(jiān)控系統(tǒng)來說，就是缺點了。

對國產(chǎn)計算機監(jiān)控系統(tǒng)進行使用有著這樣的優(yōu)越性：首先，執(zhí)行合同有利于使用方，將合同中不存在的功能在局部能夠完成提升；其次，維護調(diào)試更加便利；再次，投運拓展性能更加優(yōu)質(zhì)。就進口計算機監(jiān)控系統(tǒng)而言，就是不足之處。

2 設計改造水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)的原則

分析監(jiān)控系統(tǒng)的需求，設計改造水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)時，應該從兩個界面、四個層次和三個接口出發(fā)進行分析。

兩個界面：廠站級豐富人機界面、現(xiàn)地控制單元的簡單操作型人機界面。

四個層次：現(xiàn)場裝置控制層、計算機廠級設備層、調(diào)度和梯級層、自動化元件層。

三個接口：廠級計算機安全隔離信息交換接口、梯級或調(diào)度控制的信息交換接口、現(xiàn)地控制單元的現(xiàn)場總線與通信接口模式。

2.1 先進的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

現(xiàn)場控制層結(jié)構(gòu)和現(xiàn)場控制網(wǎng)的生產(chǎn)量均能提供生產(chǎn)需求，機組LCU在運行之后的一段時間里和其他先進國家的技術(shù)水平不分上下，現(xiàn)場監(jiān)控設備有很高的實用性，維護起來也非常方便，具有可靠的安全性，其使用標準也符合電力系統(tǒng)的規(guī)定。并且，現(xiàn)地控制單元的設計合理，隨時可以完善更新，以跟得上現(xiàn)代化的信息時代的發(fā)展。

2.2 監(jiān)控網(wǎng)絡可靠

機組LCU網(wǎng)絡傳輸介質(zhì)應采用先進技術(shù)方法，如機組LCU在產(chǎn)生意外故障之后，利用雙網(wǎng)冗余可以快捷并準確地恢復工能，并把故障發(fā)到操作員工作站、應用程序工作，及時有效時恢復丟失的數(shù)據(jù)。

2.3 設備故障風險分散

機組LCU的部分功能出面故障之后，轉(zhuǎn)換成現(xiàn)地控制，可以單獨運行系統(tǒng)的自動監(jiān)視控制，讓其他的功能照常運行。同時操作者可以在設備運行時對產(chǎn)生故障部分的設備進行維修，保證系統(tǒng)的正常運行。

2.4 減少誤操作風險

如一些復雜的系統(tǒng)可以把一些判斷功能加入到流程中，并那些不正規(guī)的操作關(guān)閉，而且，規(guī)定在實施操作前進行明確。接入機組的LUC重要信息可依靠單端口進行，并且完成牢固連接和屏蔽處理，此外，在數(shù)據(jù)中劃分這些點時，進行單獨的管理，流程中要以這類測點作為信任對象。

2.5 設置常規(guī)水機保護回路

增強系統(tǒng)控制的穩(wěn)定性，由繼電器、輸入信號及邏輯信號組成，同時和現(xiàn)地所控制單元PLC的控制流程的回路相互獨立，以此實現(xiàn)雙重保護。當監(jiān)控系統(tǒng)故障退出運行時，電站發(fā)生事故，機組通過常規(guī)水機保護回路進行事故停機。

2.6 供電系統(tǒng)供電可靠性

對系統(tǒng)電源冗余的連接配置進行控制和監(jiān)測，將UPS電源安裝在監(jiān)控系統(tǒng)上位機的主要設備中，逆變電源時直流和交流電源兩種供電方，逆變器供電的交流400V電源電力公司不同的總線訪問，從直流母線和總線分別訪問。

2.7 監(jiān)控系統(tǒng)和補充通信設備及外部系統(tǒng)

支持多個接口設備和組代碼補充通信設備及外部系統(tǒng)，可以減少電纜敷設的數(shù)量，優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

2.8 人機界面功能

電廠運營商利用操作站、監(jiān)控終端、接口設備和模擬屏。語音電話報警裝置、工業(yè)電視裝置、報表管理機電廠設備和觸屏裝置等，維護移動站、工程師工作站，有效的進行管理和維護。

3 執(zhí)行對策

以滿足新一代監(jiān)控系統(tǒng)的需求和當前技術(shù)發(fā)展，配置更完美和實用的新系統(tǒng)，系統(tǒng)設計和合理選擇監(jiān)控系統(tǒng)的一些重要指標，如系統(tǒng)安全：對系統(tǒng)每個功能進行檢查，發(fā)現(xiàn)錯誤及時報警和取消訂單。當錯誤操作時可以自動或手動、報警。對任何自動或手動操作來存儲記錄和及時指導。集成：設備系統(tǒng)和功能模塊相對獨立。一個設備或功能模塊故障不影響其他設備或功能模塊的功能。開放性：系統(tǒng)采用開放的技術(shù)和標準。在硬件方面，可以保證系統(tǒng)在現(xiàn)有的設備中來增加功能，或在系統(tǒng)中添加新設備。在軟件方面，容易擴展和升級系統(tǒng)軟件和應用軟件。系統(tǒng)支持軟件二次開發(fā)，可根據(jù)工程的實際情況及用戶要求進行修改。系統(tǒng)所提供的軟件是成熟的工業(yè)軟件。

硬件應選擇適合于工業(yè)控制、配有多任務實時操作系統(tǒng)的機型，還應考慮系統(tǒng)內(nèi)機型盡可能一致；選用成熟、可靠的工業(yè)產(chǎn)品設備，設備應具有較好的可擴性和較高的性價比，不要一味追求高檔次，造成不必要的浪費。

將開放式分布冗余結(jié)構(gòu)應用到系統(tǒng)中，以集中控制、分散監(jiān)視為主，應用軟件應采用模塊化結(jié)構(gòu)，便于擴充，同時具有自診斷、自恢復程序，保證機組能夠可靠安全運行。在控制現(xiàn)場層時，對雙CPU雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)和智能可編程控制器進行使用，對實時數(shù)據(jù)網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)直接進行訪問。單位將人機操作界面提供出來，對現(xiàn)場獨立運行。相關(guān)部門將種種復制檢測信息訪問、現(xiàn)場數(shù)據(jù)網(wǎng)絡提供了出來。在整個監(jiān)控系統(tǒng)中，現(xiàn)場控制單元可謂是基礎(chǔ)。因此，需要將可操作性優(yōu)越、維護性強、冗余可靠的操作系統(tǒng)打造出來。

工廠級計算機監(jiān)控系統(tǒng)硬件設備選擇大中型水電站小型計算機工作或高端工廠級代表主機操作，雙網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)考慮足夠的帶寬網(wǎng)絡維護，千兆網(wǎng)絡接口，實際應用中需要的相關(guān)協(xié)議等。在實踐中，重點應集中在監(jiān)控系統(tǒng)的安全性和可靠性的可擴展的訪問模式。

根據(jù)《電網(wǎng)與電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)及調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡安全防護規(guī)定》，遵循《全國電力二次系統(tǒng)安全防護總體方案》的技術(shù)要求，即針對安全區(qū)Ⅰ（實時控制區(qū)）、安全區(qū)Ⅱ（非控制生產(chǎn)區(qū)）、安全區(qū)Ⅲ（生產(chǎn)管理區(qū)）和安全區(qū)Ⅳ（管理信息區(qū)）的系統(tǒng)執(zhí)行如下的隔離要求：

根據(jù)相關(guān)固定發(fā)現(xiàn)，遵循有關(guān)的技術(shù)要求，針對四個不同的安全區(qū)，完成以下隔離施工：

首先，在安全區(qū)1、2中，采用相當設備或者硬件防火墻完成邏輯隔離，在安全區(qū)之間的隔離設備中禁止從Telnet、Rlogin、E-mail穿過。

其次，采用一定的設備對安全區(qū)3、4進行隔離控制，在安全區(qū)之間的隔離設備中禁止從Rlogin、Telnet等設備穿過。

再次，將安全區(qū)一、二、四直接連接到一起。

最后，采用專用安全隔離裝置對安全一、二、三之間進行物理隔離。用正反兩種專用安全隔離裝置，將正向安全隔離裝置安裝在安全區(qū)2、3中，完成信息傳輸。

按照水電廠每個應用系統(tǒng)使用者、場所、業(yè)務系統(tǒng)之間的聯(lián)系、功能、實時性等，在四個安全區(qū)中對其進行控制，在安全區(qū)1中設置計算機監(jiān)控系統(tǒng)，在上述原則下，采取正確的方式將其監(jiān)控系統(tǒng)連接起來。

計算機監(jiān)控系統(tǒng)處于安全區(qū)Ⅰ，其它需與監(jiān)控系統(tǒng)通信的系統(tǒng)必須遵循上述原則選擇可行連接的方式。

計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造應于電廠其他控制、保護、二次接線系統(tǒng)中，形成一個完整的系統(tǒng)，開關(guān)量輸入宜以無源觸點方式直接送入監(jiān)控系統(tǒng)，盡量不采用中間繼電器接點擴展的方式，開關(guān)量輸入應經(jīng)光電耦合隔離等軟硬件措施防止干擾、接點抖動等現(xiàn)象。溫度量則采用熱電偶或熱電阻輸入，模擬量取自變送器，最好以4-20mA電流方式送入，此方式的抗干擾能力強。模擬輸入電纜應該用于絞屏蔽聚合屏蔽線，屏蔽層應在計算機端接地，使兩者的結(jié)合信號線路應該相同。開關(guān)輸入宜采用多芯電纜屏蔽電纜。計算機監(jiān)控系統(tǒng)電纜在一層電纜架另建，除了通信電纜，不得混合與其他電纜敷設防止干擾。

轉(zhuǎn)換過程主要分為兩個階段，第一階段的改革主要內(nèi)容為上位機部分和原位現(xiàn)場LCU，重建的第一階段完成后改變設備一次性投資，由新電腦系統(tǒng)負責監(jiān)控、管理和其他高級應用功能，并負責與上級調(diào)度部門信息數(shù)據(jù)傳輸和命令執(zhí)行，未改造的機組LCU在第一期設備改造完成后，通過必要的規(guī)約轉(zhuǎn)換設備一并接入新的上位機系統(tǒng)；第二期改造主要內(nèi)容為剩余LCU，剩余的各機組LCU分批改造后，取消規(guī)約轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，依次直接接入新的計算機監(jiān)控系統(tǒng)。

4 結(jié)束語

根據(jù)電站監(jiān)控系統(tǒng)的設計原則轉(zhuǎn)換，在傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的前提下，對新的監(jiān)控系統(tǒng)進行使用采集周期不長，高分辨率、快速響應、事件大的特征，遠程診斷、維護調(diào)度通信信道帶寬高、系統(tǒng)安全需求、仿真培訓，確保電站可以穩(wěn)定安全的運行，便于維護和操作人員的操作，將電站維修成本能夠有效的降低下來，從而提高電站的經(jīng)濟效益。文章從電廠維護人員的角度出發(fā)，結(jié)合電廠改造的實際情況，希望和同行進行交流，望對正在改造以及即將改造的電廠有所幫助。

參考文獻

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