孟凡振

(新疆電力設計院，烏魯木齊830002)

0 前言

隨著我國電力事業(yè)蓬勃發(fā)展，對于小水電站要求無人值班或者少人值班，要求區(qū)域小水電站有上一級水電站集中調(diào)度監(jiān)控。而且對供電質(zhì)量以及可靠性用戶提出的要求越來越高，所以對自動化和數(shù)字化水平低的小型水電廠進行微機監(jiān)視與控制是很有必要的。

近年來我國電網(wǎng)事業(yè)蓬勃發(fā)展，但是都是些大中型水電站，小水電站所占的比例越來越小。

由于電網(wǎng)系統(tǒng)對單座小水電站的并網(wǎng)、解列影響不大，所以小水電站只需將自身安全作為設計的考慮因素。對于設備簡單而且配置小的小水電站而言，通過提高控制裝置的集成度來減少監(jiān)控系統(tǒng)的成本。

針對我國小型水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)復雜并且價格昂貴的現(xiàn)狀，設計了出了一種適用于小型水電站性價比較高的微機監(jiān)控系統(tǒng)方案，并且給出了具體實現(xiàn)流程［1］。

1 小水電站特點

小水電站容易修建、建設成本低并且建設工期也短。在一些區(qū)域或流域水電站群開發(fā)當中應用比較多。

為了最大限度地開發(fā)利用水資源，只有將規(guī)劃、開發(fā)、管理統(tǒng)一起來，才能做到最優(yōu)化［2］。

近年來我國電網(wǎng)事業(yè)蓬勃發(fā)展，但是都是些大中型水電站，小水電站所占的比例越來越小。

由于電網(wǎng)系統(tǒng)對單座小水電站的并網(wǎng)、解列影響不大，所以小水電站只需將自身安全作為設計的考慮因素。

對于設備簡單配置小的小水電站而言，通過提高控制裝置的集成度來減少監(jiān)控系統(tǒng)的成本。

Windows操作系統(tǒng)有很多商業(yè)軟件支持，應用方便、維護量小同時考慮到小水電站自身特點，所以一般應用的監(jiān)控系統(tǒng)都基于Windows操作系統(tǒng)［3］。

2 國內(nèi)外發(fā)展狀況

在發(fā)達國家像美國、日本等國家無人值班和自動化技術早已當成常規(guī)技術應用于小水電站。中級一萬千瓦一下的中水電站，無人值班，都實行關門運行并且都由上一級調(diào)度中心集中監(jiān)視控制。

國內(nèi)情況不像國外，有一些小水電站直接將大水電站的監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過改造拿來應用，但不例外一些廠家研制一些針對小水電站的監(jiān)控系統(tǒng)比如像南瑞EC2000監(jiān)控軟件。近年來我國電網(wǎng)事業(yè)蓬勃發(fā)展，但是都是些大中型水電站，小水電站所占的比例越來越小。

由于電網(wǎng)系統(tǒng)對單座小水電站的并網(wǎng)、解列影響不大，所以小水電站只需將自身安全作為設計的考慮因素。

20世紀90年代以前建造的水電廠，在2010年已經(jīng)實現(xiàn)了無人值班或者少人值班的更新改造規(guī)劃。

3 監(jiān)控系統(tǒng)設計原則

監(jiān)控系統(tǒng)設計原則有以下3點:

1)無人值班或者少人值班。

2)能夠集中控制區(qū)域水電站群或階梯水電站群。

3)能夠進行五合一集中控制即保護、監(jiān)控、勵磁、調(diào)速、輔機五位一體控制。

4 現(xiàn)地LCU系統(tǒng)

現(xiàn)地LCU系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)2個部分。

4.1 硬件系統(tǒng)

這是機組控制系統(tǒng)中最為重要的環(huán)節(jié)之一，它的兼容性和穩(wěn)定性在設計上是我們首先考慮的因素，所以西門子公司的S7—200系列PLC是主控設備上首選設備。

主要是它與同價位PLC相比，具有多功能、小型化、高速度、性能高的優(yōu)勢。高端產(chǎn)品CPU226被運算單元S7—200系列采用，廣泛應用于中小型和現(xiàn)場級的控制系統(tǒng)中，主機是由24輸入/16輸出共40個數(shù)字量I/O點集成，7個擴展模塊可被連接，最多的時候可以擴展至248路數(shù)字量I/O點或35路模擬量I/O點。

它具有PPI通訊協(xié)議并且可以自帶兩個RS485通信/編程口，具有自由方式通信和MPI通訊協(xié)議的能力［4］。

另外需要擴展一個數(shù)字量混合輸入輸出模塊EM233，I/O點為8/8(24VDC)是根據(jù)機組上送的信號而考慮的。

對于24VDC繼電器輸出考慮到續(xù)流的作用，可以通過反并一個型號為IN4007二極管在繼電器線圈上。在發(fā)達國家像美國、日本等國家無人值班和自動化技術早已當成常規(guī)技術應用于小水電站。

中級一萬千瓦以下的中水電站，無人值班，都實行關門運行并且都由上一級調(diào)度中心集中監(jiān)視控制。

國內(nèi)情況不像國外，有一些小水電站直接將大水電站的監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過改造拿來應用，但不例外一些廠家研制一些針對小水電站的監(jiān)控系統(tǒng)比如像南瑞 EC2000 監(jiān)控軟件［5］。

近年來我國電網(wǎng)事業(yè)蓬勃發(fā)展，但是都是些大中型水電站，小水電站所占的比例越來越小。

由于電網(wǎng)系統(tǒng)對單座小水電站的并網(wǎng)、解列影響不大，所以小水電站只需將自身安全作為設計的考慮因素。

采用西門子TP系列的TP170A實現(xiàn)人機對話(HMI)，這是一款基于WINDOWS操作系統(tǒng)屏幕為藍色的觸摸屏，灰度為4級，可以支持50 000 h連續(xù)的工作，現(xiàn)場級的監(jiān)控由其自帶的32位 RISC/66MHZ完全可以自我滿足，支持動態(tài)對象以及圖形等等。用它非常直觀和方便的顯示各種故障狀態(tài)及運行工況。

4.2 軟件系統(tǒng)

由兩大塊組成的整個現(xiàn)地LCU的監(jiān)控程序:觸摸屏監(jiān)控程序以及機組PLC監(jiān)控程序［6］。

由開機子程序，主程序，電氣事故子程序，停機子程序和水機事故子程序，以及緊急停機關主閥子程序和機組狀態(tài)子程序還包括各狀態(tài)量報警子程序，還有輸出子程序總共9個子程序構成PLC程序。主要對機組各部進行監(jiān)視和控制，保證機組可靠、安全地運行。它主要是從比較直觀的角度來反映機組主要設備的狀態(tài)的觸摸屏程序，運行人員對機組當前情況便于監(jiān)視。

屏幕開機和停機也受到支持，為了實時顯示報警量，采用圖形的方式來反映(圖1)機組和發(fā)電機出口開關的狀態(tài)。

另外，用戶以后可以根據(jù)實際情況添加I/O量是因為整個系統(tǒng)(PLC，觸摸屏)都留有備用接點的緣故?，F(xiàn)地LCU觸摸屏主畫面見圖1。

圖1 現(xiàn)地LCU觸摸屏主畫面

5 上位機系統(tǒng)

對于上位機部分:能夠實現(xiàn)對實時數(shù)據(jù)通信的接收的功能。

由實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫報表打印、電廠主接線圖顯示構成了監(jiān)視控制系統(tǒng)。

控制操作的事件順序記錄(SOE)，Intranct企業(yè)信息網(wǎng)接入。

編程，通訊部分深入Windows內(nèi)核，利用消息傳遞機制和多線程技術。調(diào)用了操作系統(tǒng)底層的API函數(shù)，使應用程序與操作系統(tǒng)緊密、高效的結合。數(shù)據(jù)庫部分采用Borland公司的BDE引擎，對數(shù)據(jù)庫和事件順序記錄(SOE)實施高效的管理。

Intranet企業(yè)信息網(wǎng)部分采用基于TCP/IP協(xié)議的UDP廣播方式，調(diào)用WinSocket API函數(shù)實現(xiàn)，系統(tǒng)運行高效可靠。程序流程圖見圖2。

圖2 程序流程圖

6 結語

在發(fā)達國家像美國、日本等國家無人值班和自動化技術早已當成常規(guī)技術應用于小水電站。中級一萬千瓦以下的中水電站，無人值班，都實行關門運行并且都由上一級調(diào)度中心集中監(jiān)視控制。

小水電站容易修建、建設成本低并且建設工期也短。在一些區(qū)域或流域水電站群開發(fā)當中應用比較多。

為了最大限度的開發(fā)利用水資源，只有將規(guī)劃、開發(fā)、管理統(tǒng)一起來，才能做到最優(yōu)化。近年來我國電網(wǎng)事業(yè)蓬勃發(fā)展，但是都是些大中型水電站，小水電站所占的比例越來越小。

由于電網(wǎng)系統(tǒng)對單座小水電站的并網(wǎng)、解列影響不大，所以小水電站只需將自身安全作為設計的考慮因素。

為了響應小水電站無人值班(少人值班)的工作要求，能夠集中控制區(qū)域水電站群或階梯水電站群，能夠進行五合一集中控制即保護、監(jiān)控、勵磁、調(diào)速、輔機五位一體控制。

隨著我國電力事業(yè)蓬勃發(fā)展，對于小水電站要求無人值班或者少人值班，要求區(qū)域小水電站有上一級水電站集中調(diào)度監(jiān)控。

而且對供電質(zhì)量以及可靠性用戶提出的要求越來越高，所以對自動化和數(shù)字化水平低的小型水電廠進行微機監(jiān)視與控制是很有必要的。

［1］周晨，李鹍，鄭連清.水電站上位機監(jiān)控系統(tǒng)研究［J］.低壓電器，2008(03):43-47.

［2］宋昭.基于VC的水電站(變電站)監(jiān)控系統(tǒng)探討與研究［J］. 商，2012(09):142.

［3］李延頻，陳德新，陳貴生.小型水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設計與設備選擇［J］. 水力發(fā)電，2007，33(03):66-67.

［4］付邦勝，巫付專.小型水電站監(jiān)控系統(tǒng)的設計［J］.中原工學院學報，2008，19(04):72-75.

［5］姚益群，宋文娟.水電站監(jiān)控系統(tǒng)的方案設計及實現(xiàn)［J］.南京工程學院學報:自然科學版，2011，09(03):67-72.

［6］但富中，溫柳，朱靜華.拉西瓦水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設計及優(yōu)化［J］. 電力設備，2008，09(10):52-55.