張仁貢，徐金壽，黃　莉

（1.浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院，浙江 杭州 311231；2.浙江水利水電學(xué)院，浙江 杭州 310020）

水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的研究

張仁貢1，徐金壽2，黃莉1

（1.浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院，浙江 杭州 311231；2.浙江水利水電學(xué)院，浙江 杭州 310020）

摘要：針對(duì)水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)缺乏統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了研制，具有重要的意義。通過(guò)分析，明確了制定該行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的原則，確定了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)體系，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的12個(gè)部分作簡(jiǎn)要說(shuō)明。在本標(biāo)準(zhǔn)的制定過(guò)程中，參考了國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、廠商標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)書(shū)文件和設(shè)計(jì)文件，并廣泛的征求了專(zhuān)家的意見(jiàn)，且該標(biāo)準(zhǔn)將隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步而不斷完善。

關(guān)鍵詞：水電站；計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)；行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；研制

0行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的研制背景

水電站的行業(yè)歸屬是水利行業(yè)主管部門(mén)，因此水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)的部頒標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)由水利行業(yè)主管部門(mén)會(huì)同國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督總局進(jìn)行頒布。目前水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)正在研制階段，《水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（征求意見(jiàn)稿）》正在征求全國(guó)各省行業(yè)專(zhuān)家的建議，正在不斷地完善和修改之中，并將擇時(shí)進(jìn)行項(xiàng)目鑒定和頒布。

隨著計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)的快速發(fā)展，從2002年開(kāi)始，在單機(jī)容量大于1 000 kW的水電站，電站自動(dòng)控制系統(tǒng)已要求采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)[1]。20世紀(jì)90年代以前建設(shè)的水電站，要按總體目標(biāo)要求做出更新改造規(guī)劃，逐步實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值班”(少人值守)。2003年，水利部制訂頒發(fā)了《水電技術(shù)現(xiàn)代化指導(dǎo)意見(jiàn)》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《指導(dǎo)意見(jiàn)》)，提出了水電科技發(fā)展的方向。我國(guó)水電站自動(dòng)化發(fā)展的總體目標(biāo)是，在2015年，水電行業(yè)全面實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化，其中，總裝機(jī)5 MW及以上的水電站，應(yīng)采用全開(kāi)放、分層分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；調(diào)速器、勵(lì)磁裝置和廠內(nèi)油、水、氣、直流系統(tǒng)、閘門(mén)等設(shè)備的監(jiān)測(cè)控制應(yīng)采用微機(jī)控制系統(tǒng)[2]，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與設(shè)備控制單元之間的數(shù)據(jù)通信可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)、串行通信或I/O等方式進(jìn)行。

1995年，國(guó)家電力工業(yè)部頒布了DL/T578-95《水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)基本技術(shù)條件》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《條件》)，明確了水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、技術(shù)要求及試驗(yàn)等方面的內(nèi)容，但該標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)總裝機(jī)250MW以上的大中型新建水電廠及相同規(guī)模的老電廠自動(dòng)化改造而制定的[3]，對(duì)水電站并不適用，如果完全按照該《條件》設(shè)計(jì)水電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，雖然可以滿(mǎn)足水電站的監(jiān)控要求，但可能會(huì)造成資源的浪費(fèi)。并且有些技術(shù)，如水電計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)、高壓機(jī)組和低壓機(jī)組，從設(shè)計(jì)理念到設(shè)備配置都有很大的區(qū)別，很難依據(jù)該《條件》“參照?qǐng)?zhí)行”。水電計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)日新月異，應(yīng)用相當(dāng)普及，但由于相應(yīng)的規(guī)程規(guī)范國(guó)家還未頒發(fā)，設(shè)計(jì)沒(méi)有依據(jù)，也是造成設(shè)備配置規(guī)模沒(méi)有約束、復(fù)雜化的原因之一。

綜上所述，缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，水電計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)很難做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化、配置合理化和擴(kuò)展方便化，《指導(dǎo)意見(jiàn)》提出的宏偉目標(biāo)更是難以實(shí)現(xiàn)。因此，盡早制定和頒布適用于水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)成為迫不及待的任務(wù)。

1行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定的意義

標(biāo)準(zhǔn)化工作對(duì)于產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和改造、加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)及產(chǎn)品的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力、規(guī)范市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)秩序、促進(jìn)國(guó)際貿(mào)易都具有重要意義，對(duì)于水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)行業(yè)的發(fā)展也不例外。水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化工作的重要性和意義包括以下3個(gè)方面。

（1）水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)完善水電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，提高標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化水平有著重要意義。

對(duì)于我國(guó)水電行業(yè)的發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)化的作用也必將凸現(xiàn)。水電是一個(gè)關(guān)系民生的重要行業(yè)，建立和完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，將在降低水電的建設(shè)成本，提高水電的經(jīng)濟(jì)效益，提高水電的安全管理等方面具有重要意義。

（2）水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化將會(huì)對(duì)我國(guó)水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)行業(yè)化發(fā)展起到技術(shù)支撐作用。

《水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》是在對(duì)我國(guó)水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)研究的基礎(chǔ)上制定的。該標(biāo)準(zhǔn)的制定對(duì)我國(guó)水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)行業(yè)的發(fā)展具有基礎(chǔ)性的支撐作用。同時(shí)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)更是以科技和實(shí)踐成果為支撐的，通過(guò)總結(jié)我國(guó)水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)的成果，并將其物化，提煉出科學(xué)、經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)和制造方法，對(duì)于指導(dǎo)行業(yè)生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率都具有積極的意義。

（3）水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)于規(guī)范水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品的市場(chǎng)秩序、建立公正公平的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)秩序具有重要意義。

我國(guó)在水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)的研究、開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)和應(yīng)用等方面都取得了一系列科研成果，而且部分成果已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化。但是，由于設(shè)計(jì)人員對(duì)水電技術(shù)發(fā)展的指導(dǎo)思想不明確以及設(shè)計(jì)無(wú)據(jù)可依，使得計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)在水電站得到越來(lái)越廣泛應(yīng)用的同時(shí)，出現(xiàn)了各個(gè)監(jiān)控裝置生產(chǎn)廠家在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能、性能和價(jià)格等方面差別較大，業(yè)主難以比較好壞。因此，面對(duì)目前市場(chǎng)上配置混雜、設(shè)計(jì)方法各異、產(chǎn)品無(wú)可比性的混亂局面，制定相應(yīng)的設(shè)計(jì)和制造標(biāo)準(zhǔn)，建立統(tǒng)一的概念與方法，從而建立合理的市場(chǎng)準(zhǔn)入門(mén)檻，營(yíng)造公平的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)秩序，可以起到防止消費(fèi)欺詐、規(guī)范水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)市場(chǎng)秩序的作用。

2標(biāo)準(zhǔn)制定的原則

農(nóng)村水電站與大型水電站相比[4]，有以下特點(diǎn)：①建設(shè)資金不富裕。這類(lèi)電站多為地方投資或者集資興建，資金來(lái)源有限。因此，往往在興建過(guò)程中力求設(shè)備簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，以節(jié)省投資。②運(yùn)行方式變化大。農(nóng)村水電站一般水庫(kù)容量很小，運(yùn)行方式受降雨量的影響較大.而用電規(guī)律受生產(chǎn)季節(jié)與生活用電的影響極大，因而運(yùn)行方式變化大，機(jī)組啟停頻繁。③電壓變化大。農(nóng)村電站往往為獨(dú)立供電，農(nóng)村用戶(hù)分散，輸送距離遠(yuǎn)，負(fù)荷變化幅度極大，因而電壓變化幅度大。為了照顧首末端用戶(hù)的使用電壓，電壓的設(shè)定和調(diào)節(jié)變化頻繁。④無(wú)特殊用戶(hù)。農(nóng)村電站供電對(duì)象一般為鄉(xiāng)鎮(zhèn)加工企業(yè)和生活照明用電。沒(méi)有要求不停電、高電能質(zhì)量的特殊企業(yè)及單位。⑤技術(shù)力量薄弱。農(nóng)村電站的運(yùn)行維護(hù)人員一般均為非專(zhuān)業(yè)學(xué)校的技術(shù)人員，不可能去面對(duì)復(fù)雜、繁多的自動(dòng)化裝置和應(yīng)付復(fù)雜的運(yùn)行方式。⑥技術(shù)更新費(fèi)用少。水電站的年維護(hù)更新費(fèi)用是很少的，不可能象大中型水電站那樣有計(jì)劃的去進(jìn)行設(shè)備的更新和完善。

水電站采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主要目的是加強(qiáng)設(shè)備的安全監(jiān)視，提高水電站運(yùn)行的可靠性和電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平，改善運(yùn)行人員的工作條件，提高電站的運(yùn)行管理水平，從而提高電站的經(jīng)濟(jì)效益。所以，應(yīng)充分考慮水電站的特點(diǎn)，在保證水電站運(yùn)行的可靠性和電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平的前提下，盡量減少計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的復(fù)雜性和投資。由于水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是為水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、安裝調(diào)試提供依據(jù)，因此，本技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定應(yīng)遵循下原則：

（1）良好的經(jīng)濟(jì)性

根據(jù)水電站的特點(diǎn)，監(jiān)控系統(tǒng)裝置首先要有良好的經(jīng)濟(jì)性。包括投資的經(jīng)濟(jì)性和維護(hù)的經(jīng)濟(jì)性，只有具備了良好經(jīng)濟(jì)性的自動(dòng)裝置才具有生命力。

（2）技術(shù)先進(jìn)性

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的成熟和發(fā)展，水電站的自動(dòng)化裝置也應(yīng)該跨越一步，陳舊的監(jiān)控裝置故障率高，維護(hù)工作量大，已經(jīng)不適應(yīng)形勢(shì)的需要，應(yīng)該向可靠性高，維護(hù)簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展[5－6]。

（3）高可靠性

水電由于技術(shù)力量薄弱，技術(shù)支持不便，要求監(jiān)控系統(tǒng)裝置具有高可靠性、維護(hù)工作量小、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。

（4）主要功能完整性

過(guò)去對(duì)水電為了省投資，將功能減到最低限度，使信號(hào)、保護(hù)、自動(dòng)功能都不完整。因而可靠性低、故障率高、電能質(zhì)量差。這已經(jīng)不能滿(mǎn)足現(xiàn)代鄉(xiāng)村經(jīng)濟(jì)的要求。因此，水電站應(yīng)要求具有現(xiàn)地監(jiān)控少人值班所需功能，電站日常運(yùn)行完全依靠計(jì)算機(jī)系統(tǒng)監(jiān)控。各類(lèi)自動(dòng)化參數(shù)應(yīng)符合國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

（5）開(kāi)放性和擴(kuò)展性

初始的應(yīng)用設(shè)計(jì)應(yīng)該滿(mǎn)足電站現(xiàn)實(shí)的和各生產(chǎn)、管理環(huán)節(jié)的需求，同時(shí)還應(yīng)考慮電站未來(lái)發(fā)展的可能需求[7]，即系統(tǒng)要具備開(kāi)放性和可擴(kuò)展性，便于系統(tǒng)今后的升級(jí)、擴(kuò)充和先進(jìn)技術(shù)的采用。因此，監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)采用全分布開(kāi)放式冗余結(jié)構(gòu)，軟件模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)。便于擴(kuò)展和實(shí)現(xiàn)梯級(jí)調(diào)度，預(yù)留MIS系統(tǒng)、水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)、水庫(kù)優(yōu)化系統(tǒng)以及與Internet網(wǎng)接口。為了減少投資就要簡(jiǎn)化設(shè)備。但功能又要完整。為達(dá)到目的就應(yīng)該向綜合自動(dòng)化方向發(fā)展。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)的成熟，實(shí)現(xiàn)水電的綜合自動(dòng)化是可行的方向。

（6）規(guī)范性

標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫(xiě)方法按中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1.1-2000《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第一部分：標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和編寫(xiě)規(guī)則》的要求進(jìn)行編制。

3行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系的確定

參照國(guó)家電力工業(yè)部頒布的，為大中型水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行管理提供了參考標(biāo)準(zhǔn)而制定的DL/T578-95《水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)基本技術(shù)條件》，并結(jié)合水電站的特點(diǎn)和運(yùn)行要求，把本標(biāo)準(zhǔn)劃分為12部分，從各個(gè)方面對(duì)水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行規(guī)定，這12部分分別為：

（1）確定本標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍；

（2）說(shuō)明規(guī)范性引用文件；

（3）解釋說(shuō)明本標(biāo)準(zhǔn)中用到的術(shù)語(yǔ)和定義；

（4）確定計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用的結(jié)構(gòu)類(lèi)型；

（5）明確計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能要求；

（6）明確構(gòu)成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件要求；

（7）明確構(gòu)成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件要求；

（8）確定計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的性能指標(biāo)；

（9）確定計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)適用的環(huán)境條件；

（10）規(guī)定監(jiān)控系統(tǒng)必須進(jìn)行的試驗(yàn)和檢驗(yàn)；

（11）規(guī)定監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試所需的文件要求；

（12）規(guī)定監(jiān)控設(shè)備包裝和儲(chǔ)運(yùn)的要求。

4標(biāo)準(zhǔn)研制的成果簡(jiǎn)介

（1）適用范圍。明確了本標(biāo)準(zhǔn)“專(zhuān)門(mén)為水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造和安裝調(diào)試提供參考依據(jù)”，“對(duì)于單機(jī)容量小于800 kW，發(fā)電機(jī)電壓為400 V的水電站，本技術(shù)規(guī)程采用專(zhuān)門(mén)條款說(shuō)明”。

（2）規(guī)范性引用文件。包括引用國(guó)標(biāo)GB191-2000、GB2887-2000和GB/T 7260.3-2003等，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：DL/T578-95、DL/T5065-1996、DL/T478-2001等。本段引導(dǎo)語(yǔ)包含以下幾層含義：①所列出的不僅僅是標(biāo)準(zhǔn)，還包括其他文件；②通過(guò)本標(biāo)準(zhǔn)的引用、所列文件中的條款成為本標(biāo)準(zhǔn)條款；③對(duì)于注日期引用的文件，只是指定的版面適用于引用它的標(biāo)準(zhǔn)；④只要可能，鼓勵(lì)使用注日期引用文件的最新版本；⑤對(duì)于不注日期的引用文件，其最新版本適用于引用它的標(biāo)準(zhǔn)。

（3）術(shù)語(yǔ)和定義。術(shù)語(yǔ)和定義的編制主要是結(jié)合水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的常用語(yǔ)，并對(duì)經(jīng)常使用英文縮寫(xiě)進(jìn)行了說(shuō)明。

（4）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。水電站一般用于滿(mǎn)足本地區(qū)負(fù)荷所需，單機(jī)容量小，機(jī)組事故停機(jī)對(duì)系統(tǒng)的影響較小，因此，根據(jù)水電站自動(dòng)化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，從分析現(xiàn)有的水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的幾種模式入手，尋求了適合水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的模式。水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)存在兩種模式：集中式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)。目前，集中式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)除非是在特別小、老水電站中使用，新建水電站基本采用分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了在采用分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)時(shí):①上位機(jī)應(yīng)設(shè)置2臺(tái)計(jì)算機(jī)，互為熱備用，提高系統(tǒng)的可靠性；②現(xiàn)地控制單元是實(shí)現(xiàn)水電站監(jiān)控的關(guān)鍵設(shè)備，它直接面對(duì)控制對(duì)象，每個(gè)現(xiàn)地控制單元對(duì)一個(gè)或幾個(gè)控制對(duì)象進(jìn)行測(cè)量、控制、保護(hù)，具有現(xiàn)地監(jiān)控功能，能脫離上位機(jī)獨(dú)立運(yùn)行；③調(diào)速器、勵(lì)磁系統(tǒng)及其附屬設(shè)備應(yīng)優(yōu)先選用微機(jī)型的設(shè)備(如PLC)，便于水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)通信方式與這些附屬設(shè)備交換信息。對(duì)單機(jī)容量小于800 kW，發(fā)電機(jī)電壓為400V的農(nóng)村小型并網(wǎng)水電站，可采用高壓氮?dú)夤迌?chǔ)能活彈簧儲(chǔ)能型操作器代替調(diào)速器，勵(lì)磁系統(tǒng)可采用帶數(shù)字電位器的常規(guī)勵(lì)磁裝置，優(yōu)先選用無(wú)刷勵(lì)磁方式；④水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)配置自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置，同時(shí)保留手動(dòng)同期裝置。每個(gè)同期點(diǎn)可分別配置1套同期裝置，當(dāng)同期點(diǎn)數(shù)量不多于3個(gè)時(shí)，整個(gè)水電站可配置1套公用同期裝置。同期裝置宜采用微機(jī)型的同期裝置。

（5）系統(tǒng)功能。本標(biāo)準(zhǔn)分別從上位機(jī)、機(jī)組現(xiàn)地控制單元和公用現(xiàn)地控制單元等的功能進(jìn)行了規(guī)定。由于大部分水電站采用分層分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，因此，本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)分層分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能作詳細(xì)的規(guī)定。該結(jié)構(gòu)方式由上位機(jī)和現(xiàn)地控制單元級(jí)兩個(gè)層次構(gòu)成，其中，現(xiàn)地控制單元級(jí)一般是1臺(tái)機(jī)組有1個(gè)現(xiàn)地控制單元LCU，升壓站和線(xiàn)路有1個(gè)公用現(xiàn)地控制單元LCU，所以，本標(biāo)準(zhǔn)分別從上位機(jī)、機(jī)組現(xiàn)地控制單元和公用現(xiàn)地控制單元的功能進(jìn)行規(guī)定。①上位機(jī)功能規(guī)定了：數(shù)據(jù)采集與處理、控制與調(diào)節(jié)、監(jiān)測(cè)與保護(hù)、優(yōu)化運(yùn)行、數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)計(jì)計(jì)算、事件記錄、打印顯示等功能。②機(jī)組現(xiàn)地控制單元（LCU）的功能規(guī)定了：狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能、控制功能、調(diào)節(jié)功能、保護(hù)功能；③升壓站、公用設(shè)備現(xiàn)地控制單元功能規(guī)定了：測(cè)量功能、控制功能、保護(hù)功能、計(jì)量數(shù)據(jù)通信功能等。

（6）硬件基本要求。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的上位機(jī)、現(xiàn)地控制單元、電源、防雷和抗干擾設(shè)備等硬件設(shè)施。①上位機(jī)的要求:水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)一般由工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、顯示器、鍵盤(pán)、打印機(jī)、刻錄機(jī)等組成，同時(shí)，對(duì)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、顯示器、鍵盤(pán)、打印機(jī)、刻錄機(jī)的配置作詳細(xì)的規(guī)定。②現(xiàn)地控制單元的要求：測(cè)量、控制、保護(hù)宜采用多PLC系統(tǒng)完成，在確保可靠的前提下，可將各功能綜合在1套微機(jī)系統(tǒng)中。單機(jī)容量小于800 kW，發(fā)電機(jī)電壓為400V的水電站，可選用單微機(jī)系統(tǒng)。順序控制宜采用可編程序控制器PLC完成。開(kāi)停機(jī)操作、倒母線(xiàn)操作及其他一些較復(fù)雜的多步驟操作都是一個(gè)順序控制過(guò)程，在這類(lèi)操作中，由于其操作步驟多，判斷條件多，前后各步驟常常都是相互關(guān)聯(lián)的，前一步操作執(zhí)行成功與否，對(duì)以后的操作有重要影響，且這類(lèi)操作對(duì)設(shè)備安全起到至關(guān)重要的作用，因此一定要受到電站運(yùn)行人員的重視。由于PLC在順序控制功能方面具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，建議采用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)各設(shè)備的順序控制。開(kāi)關(guān)量輸入/輸出點(diǎn)數(shù)、模擬量輸入/輸出點(diǎn)數(shù)應(yīng)大于實(shí)際使用的點(diǎn)數(shù)并留有足夠的余量，輸入、輸出模塊應(yīng)留有5% ～20%的備用點(diǎn)。觸摸屏是可以利用手指、筆等在顯示器表面的接觸來(lái)識(shí)別屏幕坐標(biāo)位置的設(shè)備，是計(jì)算機(jī)的一種輸入設(shè)備，具有直觀、簡(jiǎn)單、易操作的特點(diǎn)。為了便于控制操作及參數(shù)、狀態(tài)的顯示，PLC可配置液晶觸摸屏來(lái)代替常規(guī)的開(kāi)關(guān)、按鈕及指示燈，液晶屏的尺寸應(yīng)不小于5.9英寸。對(duì)具有前置機(jī)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，不再另外配置觸摸屏。③電源的要求：在水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，有許多設(shè)備是需采用交流供電的，在供電期間不允許有停電過(guò)程，并要求交流電源沒(méi)有干擾，對(duì)工作電源的質(zhì)量要求較高，如工控機(jī)、PLC等，這些設(shè)備若直接使用電網(wǎng)電源供電，則會(huì)將電網(wǎng)的污染引入計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，從而對(duì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)造成干擾，影響計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的正常工作，因此，在水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)配置在線(xiàn)式不間斷電源UPS或逆變電源。當(dāng)交流電源系統(tǒng)故障時(shí)，通過(guò)雙輸入端口冗余電源裝置自動(dòng)切換至廠內(nèi)直流系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)不間斷供電，不間斷電源(或逆變電源)除滿(mǎn)足GB7260.3-2003有關(guān)規(guī)定外還要滿(mǎn)足下列具體要求，如：額定容量按1.5～2倍正常負(fù)載容量考慮；輸入電壓：AC220V 10%或DC88～127 V（110V額定值）或DC 176～253V（220V額定值）；輸出電壓：AC 220V 2%；輸出電壓波形：正弦波50 Hz1%；波形失真<5%；不間斷電源備用電池維持時(shí)間：30min。對(duì)容量小于800 kW，發(fā)電機(jī)電壓為400 V的水電站，可以不設(shè)備直流系統(tǒng)；配置的電源應(yīng)采取穩(wěn)壓穩(wěn)頻措施，確保電站甩負(fù)荷時(shí)引起的過(guò)電壓和過(guò)速（頻率過(guò)高）不會(huì)損壞計(jì)算機(jī)監(jiān)控設(shè)備。為了提高電源抗干擾的技術(shù)措施，應(yīng)采用分散獨(dú)立電源，這樣可以避免一個(gè)電源故障，影響整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的工作，同時(shí)也減少了各種干擾在電源系統(tǒng)上的耦合，這樣大大提高了供電可靠性。所以，在水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，開(kāi)關(guān)量輸入、輸出電源回路應(yīng)分開(kāi)設(shè)置。④變送器的要求：變送器是一種將電氣或非電氣物理量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電氣信號(hào)的轉(zhuǎn)換裝置。經(jīng)過(guò)變送器轉(zhuǎn)換后的標(biāo)準(zhǔn)輸出信號(hào)一般為：0～5 V、0～10 V、-10～+10V、0～20mA、4～20mA、0～10mA等，在水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，應(yīng)優(yōu)先選用4～20mA。⑤防雷和抗干擾方面：當(dāng)電力、通信線(xiàn)路處于雷云電場(chǎng)之中時(shí)，雷電對(duì)大堤放電或線(xiàn)路上空雷云之間放電，都會(huì)使線(xiàn)路產(chǎn)生雷電沖擊波或瞬間過(guò)電壓，這些沖擊波會(huì)沿著線(xiàn)路侵入到與它相連接的電子設(shè)備。由于計(jì)算機(jī)、通信等設(shè)備普遍存在絕緣強(qiáng)度低，耐過(guò)電壓能力差的致命弱點(diǎn)，一旦遭受雷電過(guò)電壓的沖擊，輕者造成系統(tǒng)運(yùn)行失靈，重者造成設(shè)備永久性損壞，因此，重要電子設(shè)備都應(yīng)按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)采取相適應(yīng)的防雷措施。另外，干擾也是影響水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可靠性的重要因素之一，從現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的情況來(lái)看，監(jiān)控系統(tǒng)干擾來(lái)源主要為3個(gè)方面：電源干擾、輸入輸出接口通道干擾以及電磁干擾。干擾對(duì)水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是致命的，如果不采取有效的抗干擾措施，則會(huì)出現(xiàn)損壞硬件設(shè)備、影響數(shù)據(jù)采集精度、控制失靈等后果。所以，水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)必須采取防雷和抗干擾措施，特別是監(jiān)控設(shè)備的供電電源、模擬量輸入口和通信接口等。電磁干擾是一種空間干擾，可以使用屏蔽技術(shù)處理。因此，對(duì)模擬量輸入應(yīng)采用對(duì)絞屏蔽加總屏蔽電纜，屏蔽層應(yīng)在計(jì)算機(jī)側(cè)接地。對(duì)絞的組合應(yīng)是用同一信號(hào)的兩條信號(hào)線(xiàn)。而開(kāi)關(guān)量輸入宜采用多芯總屏蔽電纜，芯線(xiàn)截面不小于0.75，輸出采用普通控制電纜。同一電纜的各芯線(xiàn)應(yīng)傳送電平等級(jí)相同的信號(hào)。計(jì)算機(jī)信號(hào)電纜應(yīng)單獨(dú)敷設(shè)在一層電纜架上，除了可與通信用的弱電纜混合敷設(shè)外，不與其他電纜混合敷設(shè)，并應(yīng)排列在最下層。⑤接地:關(guān)于建筑物內(nèi)電子設(shè)備的接地，IEC、ITU和國(guó)標(biāo)GB50057都推薦采用公用接地(聯(lián)合接地或稱(chēng)統(tǒng)一接地，即防雷、交流電源、安全和電子設(shè)備使用一個(gè)接地體)，按IEC標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)建筑物內(nèi)只允許有一個(gè)接地系統(tǒng)，即建筑物同各種用途的接地極都應(yīng)納入等電位聯(lián)結(jié)范圍而形成一個(gè)公用接地系統(tǒng)，以避免各金屬導(dǎo)體之間可能出現(xiàn)電位差而導(dǎo)致種種電氣事故。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)曾經(jīng)進(jìn)行過(guò)獨(dú)立接地網(wǎng)的實(shí)踐，但這種接地方式在防雷和抗干擾方面都未收到預(yù)期效果。事實(shí)上，由于條件的限制，在水電站敷設(shè)獨(dú)立接地網(wǎng)十分困難。目前的工程項(xiàng)目中，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)均采用電站的公用電氣網(wǎng)接地，效果良好。因此，在水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，宜利用電站的公用電器接地網(wǎng)接地，一般不設(shè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)專(zhuān)用接地網(wǎng)。系統(tǒng)內(nèi)各電氣設(shè)備應(yīng)保持一點(diǎn)接地的原則，各種性質(zhì)的接地應(yīng)采用絕緣導(dǎo)體引至總接地板，由總接地板以電纜或絕緣導(dǎo)體與接地網(wǎng)連接。

（7）軟件基本要求。本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)上位機(jī)軟件、現(xiàn)地控制單元軟件等軟件的要求進(jìn)行了規(guī)定。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件按照與用戶(hù)的關(guān)系可以分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件主要指操作系統(tǒng)等，其常用來(lái)完成的主要功能有控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的各種硬件，實(shí)現(xiàn)設(shè)備驅(qū)動(dòng)；保證硬件資源的最優(yōu)方式管理和應(yīng)用；提供文件的編輯、編譯和調(diào)度管理程序；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的多用戶(hù)、多任務(wù)管理等。應(yīng)用軟件是在操作系統(tǒng)規(guī)定的環(huán)境下，為了完成最終用戶(hù)某些特定的功能而研制的專(zhuān)用程序，對(duì)于監(jiān)控系統(tǒng)而言是為實(shí)現(xiàn)監(jiān)控的程序。按照應(yīng)用對(duì)象來(lái)分，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件可分為：上位機(jī)軟件和現(xiàn)地控制單元軟件。

（8）性能指標(biāo)。規(guī)定了計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)基本性能、可靠性、可維修性、安全性等性能指標(biāo)。①基本性能指標(biāo)：如開(kāi)關(guān)量采集周期不應(yīng)超過(guò)1 s；模擬量采集周期，電量不應(yīng)超過(guò)1 s，非電量不應(yīng)超過(guò)10 s；事件順序分辨率不應(yīng)超過(guò)20ms；新畫(huà)面調(diào)用響應(yīng)時(shí)間不應(yīng)超過(guò)2 s；實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)刷新時(shí)間不應(yīng)超過(guò)1 s；控制命令響應(yīng)時(shí)間不應(yīng)超過(guò)1 s；報(bào)警或事件產(chǎn)生到畫(huà)面字符顯示和發(fā)出音響的時(shí)間不應(yīng)超過(guò)2 s。②可靠性：系統(tǒng)中任何設(shè)備的單個(gè)元件故障不應(yīng)造成關(guān)鍵性故障（或使外部設(shè)備誤動(dòng)作）；整個(gè)系統(tǒng)平均無(wú)故障工作時(shí)間（MTBF）應(yīng)超過(guò)10 000 h。③可維修性：可維修性參數(shù)平均修復(fù)時(shí)間（MTTR）由制造單位提供，當(dāng)不包括管理輔助時(shí)間和運(yùn)送時(shí)間時(shí)，一般可取0.5～1 h；設(shè)備應(yīng)具有自診斷功能，按照現(xiàn)場(chǎng)可更換部件水平來(lái)確定故障位置；應(yīng)有便于試驗(yàn)和隔離故障的斷開(kāi)點(diǎn)；硬件采用模塊化，提高代換能力。④系統(tǒng)安全性：對(duì)系統(tǒng)每一功能和操作提供校核；當(dāng)操作有誤時(shí)能自動(dòng)或手動(dòng)地被禁止并報(bào)警；自動(dòng)或手動(dòng)操作可作存儲(chǔ)記錄或作提示指導(dǎo)；根據(jù)需要在人機(jī)通信中設(shè)操作員控制權(quán)口令；按控制層次實(shí)現(xiàn)操作閉鎖，其優(yōu)先權(quán)順序依次為：現(xiàn)地控制單元級(jí)、電站級(jí)、遠(yuǎn)方調(diào)度級(jí)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)保證信息中的一個(gè)信息量錯(cuò)誤不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)關(guān)鍵性故障（或使外部設(shè)備誤動(dòng)作）；與調(diào)度系統(tǒng)的遠(yuǎn)程通信的信息出錯(cuò)控制應(yīng)與通信規(guī)約一致；當(dāng)通信嘗試失敗時(shí)，發(fā)送站應(yīng)能自動(dòng)重新發(fā)出該信息，直到超過(guò)重發(fā)計(jì)數(shù)（一般為23次）為止；系統(tǒng)內(nèi)部通信應(yīng)具有較高的信息錯(cuò)誤碼檢測(cè)能力和編碼效率。

（9）環(huán)境條件。對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行了規(guī)定。避免系統(tǒng)受強(qiáng)電磁場(chǎng)、強(qiáng)振動(dòng)和強(qiáng)噪音源的干擾，選用抗干擾能力強(qiáng)的設(shè)備，采用合適的屏蔽措施，使設(shè)備能夠可靠運(yùn)行。包括中控室的環(huán)境溫度、相對(duì)濕度、海拔高度等。中控室的環(huán)境溫度應(yīng)為0～+40℃，允許溫度變化率5%；電站中控室的相對(duì)濕度應(yīng)為40%～70%，現(xiàn)地控制單元的相對(duì)濕度應(yīng)為20% ～90%（不凝結(jié)）；中控室所在位置的海拔高度應(yīng)不大于2 000m；為了防止塵埃對(duì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的影響，屏柜一般采用密閉結(jié)構(gòu)，通風(fēng)口應(yīng)帶有過(guò)濾網(wǎng)。在設(shè)備安裝施工期間，應(yīng)采取臨時(shí)防塵措施，以加強(qiáng)防塵效果。

（10）試驗(yàn)和檢驗(yàn)。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了系統(tǒng)所使用的設(shè)備和部件應(yīng)是通過(guò)了型式試驗(yàn)的合格產(chǎn)品，在設(shè)備生產(chǎn)和安裝的各階段分別進(jìn)行規(guī)定的試驗(yàn)和檢驗(yàn)，包括出廠試驗(yàn)和檢驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和檢驗(yàn)。并對(duì)出廠試驗(yàn)和檢驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和檢驗(yàn)作了規(guī)定。①出廠試驗(yàn)和檢驗(yàn):出廠試驗(yàn)和檢驗(yàn)由設(shè)備制造單位完成，檢驗(yàn)的項(xiàng)目有：一般電氣性能試驗(yàn)；硬件設(shè)備的功能和性能模擬試驗(yàn)；軟件的功能和性能模擬試驗(yàn)；工藝質(zhì)量檢查；包裝前檢查。②現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和檢驗(yàn)：現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和檢驗(yàn)由設(shè)備制造單位和用戶(hù)共同完成，檢驗(yàn)的項(xiàng)目有：設(shè)備抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，應(yīng)核對(duì)清點(diǎn)數(shù)量，并對(duì)設(shè)備進(jìn)行開(kāi)箱檢查；設(shè)備就位并完成外部接線(xiàn)后，應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)硬件和軟件靜態(tài)調(diào)試；靜態(tài)調(diào)試合格后，進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試及72 h試運(yùn)行。

（11）文件。對(duì)設(shè)計(jì)文件、安裝文件、操作與維護(hù)文件、檢驗(yàn)與試驗(yàn)文件等作詳細(xì)的規(guī)定。①設(shè)計(jì)文件：設(shè)計(jì)文件是制造單位根據(jù)用戶(hù)要求的技術(shù)規(guī)范或招標(biāo)書(shū)，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)備制造所編制的圖紙和說(shuō)明書(shū)，包括：系統(tǒng)原理圖與設(shè)備配置清單；屏柜布置圖和端子圖；軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)文件；硬軟接口與通信要求確認(rèn)書(shū)；全部外購(gòu)設(shè)備所附資料與說(shuō)明書(shū)。②安裝文件：安裝文件是制造單位指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)安裝所需的圖紙和說(shuō)明書(shū)，包括：屏柜內(nèi)部接線(xiàn)圖和端子接線(xiàn)圖；設(shè)備安裝開(kāi)孔和固定接線(xiàn)圖；設(shè)備接地要求說(shuō)明書(shū)；安裝說(shuō)明書(shū)。③操作與維護(hù)文件是為運(yùn)行操作人員編制使用本系統(tǒng)設(shè)備的操作說(shuō)明書(shū)和運(yùn)行維護(hù)手冊(cè)，包括：上位機(jī)操作使用說(shuō)明書(shū)；現(xiàn)地單元操作使用說(shuō)明書(shū)；硬軟件檢查和修復(fù)說(shuō)明書(shū)；正常維護(hù)手冊(cè)；竣工圖紙。

（12）包裝和儲(chǔ)運(yùn)。對(duì)包裝的防潮、防霉、防震等措施作了規(guī)定，對(duì)運(yùn)輸工具作了規(guī)定。

5結(jié)語(yǔ)

隨著《水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的制定與頒布，一方面，可以為各水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造單位提供參照依據(jù)，有利于制造出體現(xiàn)水電特點(diǎn)和適用于水電站的經(jīng)濟(jì)實(shí)用、安全可靠的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；另一方面，可以引導(dǎo)我國(guó)水電站逐步采用水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水電站無(wú)人值班，少人值守的目標(biāo)。因此，制定本標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于促進(jìn)我國(guó)水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造行業(yè)朝著科學(xué)化和規(guī)范化方向發(fā)展具有重要作用。

本標(biāo)準(zhǔn)在制定的過(guò)程中參考了國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、廠商標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)書(shū)文件和設(shè)計(jì)文件，并廣泛的征求了專(zhuān)家的意見(jiàn)，盡可能保證標(biāo)準(zhǔn)的可行性和適用性，但是仍有可能存在一些問(wèn)題和不足，并且計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展日新月異，因此，對(duì)于本標(biāo)準(zhǔn)要堅(jiān)持進(jìn)行研究并不斷進(jìn)行修改和完善。同時(shí)期待著科研、設(shè)計(jì)和運(yùn)行部門(mén)的同行專(zhuān)家對(duì)本標(biāo)準(zhǔn)提出寶貴的意見(jiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]方輝欽.現(xiàn)代水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)與試驗(yàn)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2004.

[2]徐金壽，張仁貢.水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)與應(yīng)用[M].杭州：浙江科學(xué)技術(shù)出版社，2007.

[3]徐錦才.小型水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)[M].南京:河海大學(xué)出版社,2005.

[4]許紅義,唐鋒.小型水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和設(shè)備選擇[J].中國(guó)水能及電氣化,2008(09)：40～43.

[5]胡家駒，陳美，蘇開(kāi)佛，等.《水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)基本技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)編制的若干說(shuō)明 [J].水電廠自動(dòng)化，1996 （3）:56～58.

[6]譚云廣,譚博元.微機(jī)自動(dòng)化在農(nóng)村水電站應(yīng)用模式及相關(guān)設(shè)備選型應(yīng)注意的問(wèn)題[J].中國(guó)水能及電氣化,2008（03）：59～63.

[7]胡冬妮,賈劍峰.小型水電站綜合自動(dòng)化控制裝置的比較與應(yīng)用[J].小水電，2009(04）:77～79.

中圖分類(lèi)號(hào)：T652.6

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-5387（2015）10-0037-04

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.10.014

收稿日期：2015-05-03

作者簡(jiǎn)介：張仁貢（1975-），男，教授，研究方向：水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)。