摘要：改造后的金河三级站以计算机监控系统为基础，不设常规监控系统。在正常情况下，电站设备的运行监视在二级站中控室的操作员工作站上进行，同时也可在三级站中控室的操作员工作站和各机组的LCU(现地控制单元)上实现对其所控设备运行的监视和控制。二级站中控室的操作员工作站和三级站中控室的操作员工作站互为冗余，全站主要的辅助系统都通过工业总线与计算机系统连接并接受监控，同时在这些系统的现地控制柜上还设有光字信号、控制开关以及操作按钮，可以实现设备的现地监控。

问题的提出

从上世纪70年代起，计算机监控在国外一些水电厂取得了实质性的进展，出现了计算机控制的水电厂。但最初由于计算机比较贵、性能有限等原因，全厂只用一台计算机实现对主要工况的监视和操作，通常不实现闭环调节控制。近年来，随着计算机技术和通讯技术的飞速发展，其性能日趋完善，价格日益下降，这为取代常规的布线逻辑型自动装置提供了良好的物质基础。据不完全统计，目前我国己有40座以上大型电厂实现了计算机监控，不少的中小型电厂也己经实现或正在积极准备进行计算机监控改造。

什邡巴蜀金河电力有限公司所属金河二、三级站位于什邡市红白镇木瓜坪村境内，是沱江的支流金河上游的一个梯级电站，二级站厂区距什邡市区50多公里。金河三级站主要利用二级站尾水进行发电的中水头径流式水电站，电站设计水头72米，装机容量2X1.6MW，电站出线一回，以6.3KV电压接入二级站的升压站，经升压到110KV后并入电网。

水电厂的最根本的任务是实现安全经济运行。金河三级电站自1999年11月投产以来，在公司生产管理、运行检修人员和全站员工的共同努力和精心维护下，不断地进行着设备缺陷处理和技术完善，保障了电站的安全和经济运行。虽然电站己实现连续四年多安全无事故运行，但是也存在以下一些安全隐患：

由于三级站离二级站厂区3公里，交通不便，给运行人员倒班和生活造成诸多不便，面且二、三级站之间路段处于塌方区为事故多发段，给生产人员的安全造成极大的威胁;

三级站厂房位于河床底部，防洪能力较差，加之矿碴淤积进一步抬高了河床水位，使三级站防洪能力大大低于设计要求严重威胁着电站的设备和人员的安全;

由于1999年8.15特大洪水的袭击，造成三级站水淹厂房的重大事故。此次事故虽未对主要设备造成大的损坏，却严重影响了控制系统和辅助设备的可靠性，为电站的安全生产带来极大隐患;

不能实现自动操作和远程监控，不能满足“无人值班”(少人值守)的要求。

同时，由于三级站采用微机调速器和励磁装置，其它各主要部件也均为自动控制设备，现场条件很适合进行计算机监控。

改造方案

用计算机自动控制系统代替继电器控制系统;

采用光纤通信技术将三级站控制信号传至二级站进行远程控制。

二、三级站各设一套电站级监控系统，两套系统互为冗余。

改造原理

改造后的金河三级站以计算机监控系统为基础，不设常规监控系统。在正常情况下，电站设备的运行监视在二级站中控室的操作员工作站上进行，同时也可在三级站中控室的操作员工作站和各机组的LCU(现地控制单元)上实现对其所控设备运行的监视和控制。二级站中控室的操作员工作站和三级站中控室的操作员工作站互为冗余，全站主要的辅助系统都通过工业总线与计算机系统连接并接受监控，同时在这些系统的现地控制柜上还设有光字信号、控制开关以及操作按钮，可以实现设备的现地监控。

系统构成

金河三级站计算机监控系统分为电站层和现地层两级。电站层和各现地层(LCU)分别设有监控范围内完整的实时数据库和历史数据库，每个 LCU都可以直接监控设备的生产过程：既可作为分布系统中的现地智能终端，又可作为独立的自动控制装置单独运行。

局域网按照IEEE802.3设计，采用全开放的分布结构，网络介质采用光纤(传输距离远，传输带宽较宽，抗干扰能力强)，通信协议为ICP/IP，网络传输带宽为100M。

电站层设备主要包括：操作员工作站、语音报警装置、打印机、电站层网络设备。

现地层设备主要包括：PLC、一体化工控机、屏柜、继电器、电量采集装置、温度巡检装置、测速装置等信号采集设备。

图1 计算机监控系统图

3.2工作原理(见图二)

3.2.1计算机控制系统运行和控制方式

正常情况下，由二级站操作员工作站负责机组的监视和控制;三级站操作员工作站负责监视机动运行。

二、三级站操作员工作站互为冗余，当其中任意一台发生故障后，另一台工作站自动成为主控工作站，负责机组的监控。

如果通信系统故障，造成电站层设备与现地控制单元通信中断，LCU可进入主控方式负责对机组的监控。

LCU上各IPC(一体化工控机)互为冗余，在一台IPC出现故障后，另一台IPC可对两台LCU进行控制。

3.2.2可实现的主要功能

机组开、停和工况转换

有功功率和无功功率控制;

机组的事故紧急停运;

机组断路器的分合，包括自动同步并列;

联合控制(AGC、AVC);

机组各主辅设备的运行工况的监视;

数据记录、处理和统计。

3.2.3现地控制单元功能

(一)据采集处理

中断、状态开关量及脉冲量采集处理

中断开关量由于具有中断能力、响应速度快(1-2ms),所以将发电机保护事故信息、机组过速信号等20个测点做为中断开关量输入。当些信号出现时，可即进得到处理。机组、调速器、励磁、开关、辅助设备等故障、状态、位置信号等60个测点作为状态开关量

所有开关量发生变位时，均可产生事件记录。处理内容按实际编写的控制流程中。事故类信号变平时，现地控制单元启动控制流程进行事故停机。故障、状态类信号变位时，启动控制流程进行异常处理。所有事件记录、流程执行情况除装置自身保存处，全部送上位机。

交流量、模拟量采集处理

交流量输入有15路，分别为机端电压和电流等，信号由电量采集装置通讯提供。

模拟量采集有8路，有转子电流、电压、蜗壳压力、调速器油位等。

交流量、模拟量通过实时数据

温度量的采集处理

温度采集，采用三台温度检测仪对机组的3 套轴承进行测温和一台温度巡检仪对发电机转子和定子各点进行循环检测，并通过485通讯方式将数据送到LCU。

(二)人机联系

机组控制单元人机联系主要是靠IPC的液晶屏幕和键盘，通过键盘进行控制操作，液晶屏上能显示时钟、有功、无功报警点、机组瓦温、主变有关温度及有关画面、趋势曲线等，并能显示有关模拟量、重要的开入变位事件及控制操作的过程信号。紧急停机优先权在单元控制级。

(三)机组控制、调节、同期

机组的开、停和工况转换;机组有功功率和无功功率的增减，具有PID调节看特性;断路器的分合闸;与机组运行有关的闸门、泵操作。

(四)与主控级的通信

向上位机传送机组运行数据，接收和执行电站主控级下达的AGC、AVC等命令。

(五)时钟

具有与主控级同步时钟。

(六)自诊断

现地控制单元应提供完备的硬件及软件自诊断功能，包括在线周期性诊断、请求诊断和离线诊断。

3.2.4电站层主控级功能

数据采集

收集来自现地控制单元的各类实时数据，接收同操作员向计算监控系统手工录入的数据信息。

数据处理

对采集的数据巡回检查，更新数据库、定时打印、越限报警并显示记录，对特别重要的数据同时监视其变化趋势。

事故和报警报告

记录各重要事件的动作顺序、发生时间并根据规定产生报告和报警。

趋势分析

提供趋势分析功能用于显示各重要量的变化。

人机联系及控制操作

人机接口既是运行人员对全厂生产过程进行安全监控，又是维护人员面向监控系统进行管理和维护、开发手段。通过操作画面上的各功能键，运行人员可以执行调画面、显示数值和状态、修改参数、控制操作、召唤打印、数据确认、日期时钟设置等操作。

3.3系统的主要性能指标

集成性

系统中的功能模块相对独立，某一功能模块故障不影响其它模块的功能。

开放性

在硬件方面，系统能支持对现在设备进行升级和增加;在软件方面，易于扩展和升级。

实时性

状态采集周期≤1S

模拟量采集周期：电量≤2S，温度量≤15S

报警点采集周期≤1S

事件顺序分辨率≤5MS

控制命令响应时间≤1S

可靠性

电站层计算机及磁盘设备MTBF >17200H

现地单元级计算机及磁盘设备MTBF >34000H

电源、模件及通道MTBF >34000H

通道平均故障时间 <24小时/年

系统可利用率 ≥99.6%

结语

金河三级站计算机监控系统自投运以来通过四个月的试运行情况看，该系统具有稳定性强、可靠性高、功能完善等优点基本满足设计要求，能够完成生产任务。该系统的投运不仅提高了三级站运行设备的自动化水平，同提高安全运行水平和电站设备自动化水平，为三级站实现无人值班(少人值守)的运行管理方式提供了基础，切实的改善运行人员的工作条件，减轻维护人员的劳动强度。