[摘要]详细介绍金华市2002年重点工程三曲里水电站计算机监控系统的总体配置、SCADA系统所实现的主要功能以及监控系统在电站中的具体应用情况。图1幅。

[关键词]监控系统水电站自动化计算机控制设计

1概况

金华市2002年重点工程——三曲里水电站位于磐安县尖山镇的三曲里，距县城56km。主体工程由拦河坝、引水隧洞、发电厂房、升压站、110kV输出线路等组成。拦河坝总蓄水库容150万m³，引水隧洞全长2600m，电站装机2×5000kW，年平均发电量2442万kW·h，110kV输电线路全长38km。

工程概算总投资为7464．94万元，由金华市顺泰水电建设有限公司、金华新兴投资有限公司、磐安县五丈岩水库管理处、磐安县供电局经济技术开发总公司4家股东共同出资组建，磐安县三曲里水电有限公司作为建设业主单位。

电站电气主接线6．3kV侧为扩大单元接线，110kV侧为单母线接线，共2台主变压器：1号主变用于本电站2台机组；2号主变用于黄公潭、三跳等电站的穿越电能的升压。110kV母线汇总电能经一回38km的110kV输电线路送至安文110kV变电所。

根据计算机监控为主，常规监控为辅的原则，浙江省磐安县三曲里水电站采用水利部农村电气化研究所开发的分层分布式结构的SDJK-2000水电站计算机监控系统(以下简称SDJK-2000监控系统)，包括1号机组当地LCU、2号机组当地LCU、电站公用LCU、电站发电进水闸门当地LCU、保护计量等。电站设计中充分注意到计算机监控系统与各常规控制设备的协调配合，整个监控系统与发电厂发电设备同步投入，建成后可以达到无人值班、少人值守的要求。本工程任务以发电为主，水电站建成后将投入主电网运行，在电力系统中担任峰荷(开停机频繁)。因此电站的监控系统本着安全、可靠、经济、实用的原则，简易常规控制可在主控级与现场控制单元通讯中断(或主控站故障)时作操作备用，它通过电缆直接作用于现地控制单元，现地单元具备运行人员进行常规控制的值班条件。

2监控系统总体配置

三曲里水电站计算机监控系统采用分层分布式结构的SDJK水电站计算机监控系统(见图1)，该系统分为2个层次：一个层次为电站管理层的上位机，即主控站工控机；另一个层次为面向控制对象的当地控制单元LCU。上位机与当地控制单元之间采用以太网络通讯，当地控制单元kCU与上位机通过总线网络构成一个分布式结构的计算机监控管理系统。

上位机包括2套主控机／操作员工作站。当地控制单元共有3套：2套为机组当地控制单元LCU，1套为开关站及公用设备当地控制单元LCU。系统预留用于黄公潭、三跳等电站的穿越电能的开关站及公用没备当地控制单元LCU。

图1监控系统配置图

3系统组成及功能

1)系统软件特色

①按照监控系统硬件配置及功能要求，采用简单方便的数据库菜单配置生成I／O测点及各种功能数据库。数据库便于增加、删除和修改。

②数据库采用事件驱动方式，当事件产生后，立刻处理和此事件有关的工作，例如判断是否为事故、故障，是否要启动追忆，推出处理指导，启动顺控流程等。

③画面生成支持按对象的连接与动态效果，使得画面可按对象复制，并且画面可独立于实时库进行前景连接检查。

④控制流程的编程采用简单通用的方式输入，支持在线调试、在线修改、离线仿真。

1)监控系统上位机功能

整个系统具有自检和自动重启动功能，包括主机自检，软件任务超时处理及过程故障检测。软件超时时还能实现部分功能软件的故障自启动功能，进行检测(包括对I/O过程通道在线自动检测)；检测的内容有通道数据有效性、合理性判断，故障点自动查找及故障自动报警等。

系统上位机能自动完成水电站实时状态的采集与处理、实时运行参数的采集与处理、监控、对被控对象运行参数进行调节、报警及事故记录、顺序事件记录、遥控记录、电站历史数据状态的查询、报表处理与打印、事故追忆、计算统计、实时显示电站设备运行状态和参数、语音报警等功能；能直接与卫星同步装置通讯并读取时钟值，对全站各个子系统进行整点自动校时，使整个计算机监控系统的时钟保持一致，保证事故追忆的准确性；能按水位或给定有功无功负荷曲线运行；能与电力调度中心通过电力载波和电话线进行通信，完成电站与电力调度通信功能。

3)人机通道

上位机的人机通道也即人机界面，主要通过屏幕显示与鼠标、键盘操作来实现，人机界面的好坏，将直接影响到工作人员操作的效率和操作的准确性。本监控系统具有良好的用户界面，基于WindowsNT平台，全中文显示，对工作人员的操作具有屏幕提示，事故、故障、参数越限也有屏幕提示。画面调用允许自动及召唤方式实现，自动方式指当有事故发生时或进行某些操作时有关画面的自动推出；召唤方式指操作某些功能键或以菜单方式调用所需画面。画面种类包括单线图、水电站剖面图、棒形图、曲线、各种语句、表格等。画面显示清晰稳定，结构合理，刷新速度快且操作简单。

画面具有操作运行指导和设备状态维修的指导功能，包括开、停机指导，变电系统操作指导画面，厂用电系统操作指导，事故和故障处理指导，设备的维修指导，种类提示信息等。

4)数据管理

系统上位机可对当地控制单元LCU采集并传来的各种实时数据如模拟量(机组、主变和线路的U、I、F、P、Q、cosφ、电度、油气水压力等)、开关量(断路器位置、事故信号、LCU工作状态信号等)、温度等各种物理量，分别进行数字滤波及工程单位换算、逻辑正确性判断等处理，然后将其分为遥测量(YC)、遥信量(YX)、电度量(YM)等数据，放入相应的数据库文件中，以供不同的画面用于实时显示、事件和操作的提示；系统软件的扫描模块定时对画面的动态数据实时刷新，并在每个整点时刻将所接收的所有数据存入硬盘保存。SD-JK-2000系统运行时，每天将在上位机的硬盘上留下带有日期的数据文件，这些数据文件将存入历史数据库，用于运行参数、状态的查询。数据量可达10年或根据用户的要求确定。

5)动态实时控制调节

系统可根据水库水位和一定的数学模型计算出发电机的最佳出力，并将该数据和命令一起送给当地单元；当地单元收到的数据和命令自动调节发电机的有功及无功出力至给定值，从而完成动态实时调节；调节后系统将形成遥控量(YK)、遥调量(YT)数据文件，这些文件也带有日期标志，保存在硬盘上的历史数据库中用于查询。

遥控调节由系统自动按照设定参数把调节要求送往当地控制单元LCU，LCU执行完成调节后，将调节结果反馈回系统，由系统再进行比较判别，确定是否还需进行调节。

6)自动发电运行(AGC)

系统可根据设定的自动发电运行曲线，通过当地单元来实现自动发电运行。系统机组的运行状态和设定的数据，自动将数据和命令一起送给当地单元，当地单元收到数据和命令后自动调节发电机的有功及无功出力至给定值，从而完成动态实时调节；调节后系统将形成遥控量(YK)、遥调量(YT)数据文件，这些文件也带有日期标志，保存在硬盘上的历史数据库中用于查询。

7)遥控操作

系统可对发电机开停机、发电机断路器、主变断路器、线路断路器、厂变断路器等设备进行遥控操作，并实时监视遥控操作的整个过程。

为保证在系统上进行遥控操作的正确，遥控操作的步骤按照选择、确认、执行来进行。在操作时要输入操作员的操作口令，并正确输入控制调节对象的代号，有误操作闭锁、自动撤销误操作等功能。在遥控操作过程中有操作提示，遥控操作命令从系统发往当地控制单元LCU，由LCU执行完成；LCU执行完遥控操作后，反馈回遥控操作结果。遥控操作的执行人员、执行日期、执行时间及操作的设备将记录在遥控操作文件中，以备日后查询。

8)事故、故障报警及追忆

系统在水电站发生事故、故障时，在显示器上立即推出事故提示信息，将事故、故障发生的位置通知值班员；系统与当地控制单元LCU能快速准确地处理事故、故障，并自动将事故前及事故后一段时间的有关数据和事故发生的时间记录下来，形成事故追忆记录。事故追忆记录能以数据和图表的形式显示和打印，供分析使用。

9)事件顺序记录

系统能将水电站所有设备发生的事件如各种越限及复限信号、事故信号、故障信号、遥控操作等的具体内容按一定的事件顺序详尽地记录下来，形成数据文件，以便于随时查询、打印。

10)事件趋势记录分析

系统能将水电站所有的温度测点如定子温度、轴承温度、主变压器油温等参数进行趋势分析，当温度趋势变化速率超过设定值时将发出告警信号。

趋势分析包括历史趋势分析和实时趋势分析。历史趋势分析主要分析机组在中、长期运行过程中所测参数的变化趋势，用以分析、掌握机组的运行状况；实时趋势分析用以分析所测参数的变化速率，及时发现事故征兆并告警。特别是在机组启停过程中，该功能模块能实时采集温度值并将温度的变化曲线和给定允许最大的温升曲线作比较，若超出容许范围则报警。所有温度测点的变化曲线能根据所选定的时间段进行显示，用于对比分析。另外，该功能模块能对相同性质的温度测点如所有的推力轴承瓦温等进行温度值分析比较；若某个测点温度变化特别快，则发出报警，预报该测点的设备工作不正常。

11)打印

系统还提供了定时打印、召唤打印、事故打印、屏幕打印等多种打印方式。利用上位机的打印功能，可随时打印各种所需的信息。

12)数据通讯

监控系统采用透明通迅的方式，系统与当地控制单元LCU之间通过总线网络实现双向通讯。

13)监控系统自诊断

系统具有故障自检及容错处理功能，并将自诊断报告录入数据库。监控系统能自动测试各个当地单元上智能设备和整个网络通讯系统的健康状况，发现问题自动屏蔽故障部位并报警；当故障消除后能自动消除屏蔽点，具有自恢复及复执功能，并支持远程诊断功能，可直接在金华连接并在金华分析故障情况并处理。

4结束语

整套系统在设计上遵循“开放”系统设计原则，可以方便地与外部设备进行通讯。上位机由操作员工作站和工程师工作站组成。操作员工作站采用双机冗余方式，上位机与下位机之间通过以太网进行数据交换。下位机采用分层分布式硬件结构、模块化编程，实现对水电站的自动监测、控制、调节和保护，使电站运行高度自动化。这种分散控制、集中管理的模式使得系统在使用过程中即使某个单元发生故障也不会影响到全局的运行，确保了电站高度可靠的运行，运行2年来收到了满意的效果。