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摘要：文章结合东江水利枢纽工程特点，分析了计算机监控系统的各项功能及在水利枢纽发电厂中的各项作用，探讨计算机监控系统在水利枢纽发电厂中的应用效果。
关键词：计算机监控系统；水利枢纽；发电厂
中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）24－0038－02
1概述
广东惠州东江水利枢纽位于东江干流下游泗湄洲处。水利枢纽工程的任务是：以改善水环境为主，结合发电，兼顾航运；并具有改善城市供水和农田灌溉条件、发展旅游等多项综合利用效益。
东江水利枢纽发电厂正常蓄水位10.5 m，总装机容量为4×1.6万kW，年发电量为2.67亿kWh。电站所发电量就近供应枢纽两岸惠州市的电力需求，缓解惠州市电力、电量不足的局面。
东江水利枢纽发电厂计算机监控系统于2006年10月投运，该系统利用国内先进的网络通讯技术、计算机软件技术和智能控制设备，实现了电厂“无人值班、少人值守”的总体设计要求，系统安全、可靠、经济、先进、实用。
2工程配置及控制对象
2.1工程配置
（1）电站监控系统采用符合开放系统国际标准的开放式环境下全分层分布式计算机监控系统。系统分层结构自下而上，具备以下两个层次：①现地单元监控层；②电站中控层。
（2）设一台工业级的100 M/1 000 M网络交换机，完成计算机监控设备间的数据传输，网络协议采用TCP/IP协议。交换机与操作员站等上位机设备的通信采用屏蔽双绞线为介质，与机组LCU、公用LCU的通信采用光缆。
（3）设两台主机/操作员工作站，互为热备用，每个操作站配置两台20.1 in.高分辨率液晶显示器。正常时可一个站用于监控，另一个站用于运行监视，通过软件实现无扰动切换。
（4）设一台工程师工作站，实现工程师系统管理和维护及操作员培训等功能。
（5）设一台通讯工作站，实现远动通讯、调度及厂内通讯等，并预留与其他计算机系统的通讯接口。
（6）每台机组设置一套机组LCU屏，以高档PLC为核心，配置10 M/100 M以太网卡，通过光缆与中控室交换机互连，与上位机实现数据信息交换；配置RS485口Modbus或Profibus－DP协议通信模块实现与机组调速器系统、励磁系统、附属设备及机组保护系统的数据信息交换。
（7）全站在中控室设置一套公用LCU屏，以中高档PLC为核心，配置10 M/100 M以太网卡，通过光缆与中控室交换机互连，与上位机实现数据信息交换；配置RS485口Modbus或Profibus－DP协议通信模块实现与直流系统、辅机及公用系统、110 kV GIS现地控制（柜）等系统的数据信息交换。
（8）设一套GPS系统，用于本系统及中控室内其他系统的时钟同步与对时。
（9）中控室采取集中供电方式，设一套UPS装置，作为监控系统的备用电源，可备用1 h，额定容量为15 kVA。现地LCU屏采用交直流切换装置供电。
2.2控制对象
电站计算机监控系统的监控对象分布在电站的厂房、变电站、大坝等建筑物中，主要监控范围如下：
2.2.1厂房
水轮机及其附属、辅助设备：4套；发电机及其附属、辅助设备：4套；厂用变压器：2台；中压配电系统；低压配电系统；直流电源系统；全厂通信系统；测温系统；通风系统；供水系统；排水系统；压气系统；消防系统；上、下游水位测量；压力油与回油系统。
2.2.2变电站
主变压器：2台；近区变压器：1台；110 kV出线：1回；
110 kV断路器：3组；隔离开关：5组；接地开关：5组；主变压器中性点隔离开关：2组；GIS监控。
2.2.3进出水口
尾水事故检修门及启闭机：4套。
2.2.4大坝
闸坝变压器：1台；拦河闸溢洪道闸门及启闭机：22套。
3系统主要功能
3.1数据采集和处理
实时采集各站点电气量和非电气量，包括模拟量和开关量。其中开关量包括各种状态量、故障量和事故量。
对采集到的信息进行分析、处理，误码判断和数据传输的差错控制，更新实时数据库，修改CRT画面的前景数据和画面中的设备状态，并定期将数据存入历史数据库，进行统计和记录打印，也可通过可读写光盘设备实现数据的外存储。
数据采集分为周期式、召唤式和有变自报三种方式。报警信号随机优先传递，其中事故信号作为中断量具最优先传送权。
为现场运行情况，对所有采集的数据点均可通过人机联系设置扫查投入与退出、报警，对其参数限值可进行人工修改设置，并可用人工设定值取代采集值，以剔除坏点。
3.2运行监视
中控层实现对电站主要机电设备，如各机组及其附属设备、变压器、各电压等级断路器和隔离开关，站内中压设备和厂用低压设备、站内直流系统、辅机系统、消防系统等的监视，以及电站的闸门、水位等重要的运行数据进行监视。
运行监视分为状态监视、趋势和越限监视、过程监视、计算机监控子系统内部运行及设备的故障监视。
通过各种人机接口设备（如显示器、语音报警装置、打印机等）实现对生产运行的监视，并对故障和事故作出适当处理。
3.3控制与调节
对电站各机组的直接开停机控制：以一个命令，全自动方式控制各机组开机、正常停机、事故紧急停机，也可手动进行停机控制。
对各断路器合、跳闸和各隔离开关切投操作控制以及拦河闸的控制等进行控制、操作。
对机组有功、无功功率进行调节，并通过电站AGC和AVC控制，基本实现电站经济运行。
运行人员操作台控制：中控继保室操作人员通过运行人员操作台上的人机接口，可进行机组工况转换控制，有功、无功功率调整，断路器、隔离开关分、合操作，报警手动复归，机组负荷、轴承温度、变压器油温、定子线圈温度等现值的设定和监测。
中控层对电站的油、水、气等辅助设备和直流系统的重要电气量予以监控。
对电站的控制和有功、无功调节，监控系统具有完善的操作（软件）闭锁功能、操作指示功能和操作权限制功能等安全保障措施，以防止误操作的发生及其后果的产生。
3.4关于用户访问和操作显示功能
（1）对于权限和用户组按以下设置和分类：①维护工程师；②调度操作员；③生产管理领导；④培训人员；⑤一般访问者。用户者可根据需要重新设置和增加。
（2）操作显示功能要求。所有的人机操作通过选择监控画面上的目标或从相关的弹出菜单（对话框）或从窗口平台的下拉菜单上选择有关的控制命令来执行。
人机接口在屏幕上提供不同的颜色、符号和指示方式以表达区分正常运行情况和非正常情况。
具有指导用户操作和在线帮助的功能，当用户使用非法指令时，给予提示和允许重新输入正确的指令。
显示画面采用窗口环境，支持多窗口的重叠、平铺显示，允许对窗口的移动、缩放等操作。
3.5运行管理和指导
记录电站历史数据并可编辑，积累电站运行数据和历史数据，自动统计机组工况转换次数及运行、备用、检修时间累计；被控设备操作动作次数累计以及事故动作次数累计；峰谷负荷时的发电量分时累计；操作指导，事故处理指导，经济指标等计算，为提高电站运行、维护水平提供依据。
3.6通信功能
（1）中控层与LCU层的以太网通信功能。
（2）提供多个接口并满足、实现与水情测报系统、三防指挥系统和水调、电调系统进行通信，实现数据交换。
3.7系统诊断功能
系统诊断故障的产生，自动报警，隔离故障，并确保不因系统的故障而造成对生产运行的误动作。
（1）系统硬件设备故障诊断。对服务器和工作站设备、网络设备和通信通道、外围设备以及对外通信接口的运行进行在线或离线诊断，并定位故障原因或故障点，自动发出报警信息。
（2）软件故障诊断。进行各类软件的在线诊断，能诊断出故障软件的功能模块及故障性质，闭锁控制输出，发出报警信息及显示。
3.8软件开发功能
软件系统采用中文的人机联系和界面。允许软件编辑人员通过工程师站在线或离线进行应用软件编程，画面和数据格式编辑，软件调试、装入、卸除和修改，在线工作保证不影响正常的监控功能。
软件系统安全、可靠、功能完善、安全防范严格，其系统及开发工具易于学习、掌握，便于只具Windows操作系统和MS Office办公软件使用经验的非计算机专业工程人员进行系统维护和二次开发。
4结论
（1）本系统采用开放式、分层分布式的全计算机监控系统，取消常规控制及其设备，按无人值班、少人值守进行总体设计，本着安全可靠、经济实用和技术先进的基本原则。
（2）系统采用的软、硬件设备高度可靠和技术先进，充分利用了计算机领域的先进技术、网络技术、控制技术等，使系统达到国内先进水平。
（3）系统具有自检、自诊断功能，局部的故障不会造成系统误动；系统主机、通信通道等关键部位采用冗余配置；有关重要的控制和操作采取多重的软硬件安全闭锁措施。
（4）系统配置和设备选型适应了计算机发展迅速的特点。
（5）系统具有很高的可扩性，满足可能的功能扩展和硬件扩充要求。
（6）人机界面采用中文、功能强、操作方便，便于二次开发。
如今，东江水利枢纽发电厂计算机监控系统已投运5 a，发电厂年发电产值数亿元，系统核心设备更换率为0，重大网络、软件事故为0，事实证明该系统是一套适合大中型贯流式机组使用的可靠、稳定、先进的计算机监控系统。
随着我国水电建设全面展开，我国水电工程建设将出现新的局面。文章对东江水利枢纽发电厂计算机监控系统进行了综合叙述，以期起到抛砖引玉的作用。
参考文献
1 《水电厂计算机监控系统基本技术条件》（DL/T 578－95）
Computer Monitoring System in the East River Hydro Power Plant Applications
Sun Aibing
Abstract: The combination of characteristics of the East River Hydro Project, analysis of the computer monitoring system of the function and in the hydro power plant in the role of computer monitoring systems in hydro power plants in the application of results.
Key words: computer monitoring system; water control; power plant
关键词：计算机监控系统；水利枢纽；发电厂
中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）24－0038－02
1概述
广东惠州东江水利枢纽位于东江干流下游泗湄洲处。水利枢纽工程的任务是：以改善水环境为主，结合发电，兼顾航运；并具有改善城市供水和农田灌溉条件、发展旅游等多项综合利用效益。
东江水利枢纽发电厂正常蓄水位10.5 m，总装机容量为4×1.6万kW，年发电量为2.67亿kWh。电站所发电量就近供应枢纽两岸惠州市的电力需求，缓解惠州市电力、电量不足的局面。
东江水利枢纽发电厂计算机监控系统于2006年10月投运，该系统利用国内先进的网络通讯技术、计算机软件技术和智能控制设备，实现了电厂“无人值班、少人值守”的总体设计要求，系统安全、可靠、经济、先进、实用。
2工程配置及控制对象
2.1工程配置
（1）电站监控系统采用符合开放系统国际标准的开放式环境下全分层分布式计算机监控系统。系统分层结构自下而上，具备以下两个层次：①现地单元监控层；②电站中控层。
（2）设一台工业级的100 M/1 000 M网络交换机，完成计算机监控设备间的数据传输，网络协议采用TCP/IP协议。交换机与操作员站等上位机设备的通信采用屏蔽双绞线为介质，与机组LCU、公用LCU的通信采用光缆。
（3）设两台主机/操作员工作站，互为热备用，每个操作站配置两台20.1 in.高分辨率液晶显示器。正常时可一个站用于监控，另一个站用于运行监视，通过软件实现无扰动切换。
（4）设一台工程师工作站，实现工程师系统管理和维护及操作员培训等功能。
（5）设一台通讯工作站，实现远动通讯、调度及厂内通讯等，并预留与其他计算机系统的通讯接口。
（6）每台机组设置一套机组LCU屏，以高档PLC为核心，配置10 M/100 M以太网卡，通过光缆与中控室交换机互连，与上位机实现数据信息交换；配置RS485口Modbus或Profibus－DP协议通信模块实现与机组调速器系统、励磁系统、附属设备及机组保护系统的数据信息交换。
（7）全站在中控室设置一套公用LCU屏，以中高档PLC为核心，配置10 M/100 M以太网卡，通过光缆与中控室交换机互连，与上位机实现数据信息交换；配置RS485口Modbus或Profibus－DP协议通信模块实现与直流系统、辅机及公用系统、110 kV GIS现地控制（柜）等系统的数据信息交换。
（8）设一套GPS系统，用于本系统及中控室内其他系统的时钟同步与对时。
（9）中控室采取集中供电方式，设一套UPS装置，作为监控系统的备用电源，可备用1 h，额定容量为15 kVA。现地LCU屏采用交直流切换装置供电。
2.2控制对象
电站计算机监控系统的监控对象分布在电站的厂房、变电站、大坝等建筑物中，主要监控范围如下：
2.2.1厂房
水轮机及其附属、辅助设备：4套；发电机及其附属、辅助设备：4套；厂用变压器：2台；中压配电系统；低压配电系统；直流电源系统；全厂通信系统；测温系统；通风系统；供水系统；排水系统；压气系统；消防系统；上、下游水位测量；压力油与回油系统。
2.2.2变电站
主变压器：2台；近区变压器：1台；110 kV出线：1回；
110 kV断路器：3组；隔离开关：5组；接地开关：5组；主变压器中性点隔离开关：2组；GIS监控。
2.2.3进出水口
尾水事故检修门及启闭机：4套。
2.2.4大坝
闸坝变压器：1台；拦河闸溢洪道闸门及启闭机：22套。
3系统主要功能
3.1数据采集和处理
实时采集各站点电气量和非电气量，包括模拟量和开关量。其中开关量包括各种状态量、故障量和事故量。
对采集到的信息进行分析、处理，误码判断和数据传输的差错控制，更新实时数据库，修改CRT画面的前景数据和画面中的设备状态，并定期将数据存入历史数据库，进行统计和记录打印，也可通过可读写光盘设备实现数据的外存储。
数据采集分为周期式、召唤式和有变自报三种方式。报警信号随机优先传递，其中事故信号作为中断量具最优先传送权。
为现场运行情况，对所有采集的数据点均可通过人机联系设置扫查投入与退出、报警，对其参数限值可进行人工修改设置，并可用人工设定值取代采集值，以剔除坏点。
3.2运行监视
中控层实现对电站主要机电设备，如各机组及其附属设备、变压器、各电压等级断路器和隔离开关，站内中压设备和厂用低压设备、站内直流系统、辅机系统、消防系统等的监视，以及电站的闸门、水位等重要的运行数据进行监视。
运行监视分为状态监视、趋势和越限监视、过程监视、计算机监控子系统内部运行及设备的故障监视。
通过各种人机接口设备（如显示器、语音报警装置、打印机等）实现对生产运行的监视，并对故障和事故作出适当处理。
3.3控制与调节
对电站各机组的直接开停机控制：以一个命令，全自动方式控制各机组开机、正常停机、事故紧急停机，也可手动进行停机控制。
对各断路器合、跳闸和各隔离开关切投操作控制以及拦河闸的控制等进行控制、操作。
对机组有功、无功功率进行调节，并通过电站AGC和AVC控制，基本实现电站经济运行。
运行人员操作台控制：中控继保室操作人员通过运行人员操作台上的人机接口，可进行机组工况转换控制，有功、无功功率调整，断路器、隔离开关分、合操作，报警手动复归，机组负荷、轴承温度、变压器油温、定子线圈温度等现值的设定和监测。
中控层对电站的油、水、气等辅助设备和直流系统的重要电气量予以监控。
对电站的控制和有功、无功调节，监控系统具有完善的操作（软件）闭锁功能、操作指示功能和操作权限制功能等安全保障措施，以防止误操作的发生及其后果的产生。
3.4关于用户访问和操作显示功能
（1）对于权限和用户组按以下设置和分类：①维护工程师；②调度操作员；③生产管理领导；④培训人员；⑤一般访问者。用户者可根据需要重新设置和增加。
（2）操作显示功能要求。所有的人机操作通过选择监控画面上的目标或从相关的弹出菜单（对话框）或从窗口平台的下拉菜单上选择有关的控制命令来执行。
人机接口在屏幕上提供不同的颜色、符号和指示方式以表达区分正常运行情况和非正常情况。
具有指导用户操作和在线帮助的功能，当用户使用非法指令时，给予提示和允许重新输入正确的指令。
显示画面采用窗口环境，支持多窗口的重叠、平铺显示，允许对窗口的移动、缩放等操作。
3.5运行管理和指导
记录电站历史数据并可编辑，积累电站运行数据和历史数据，自动统计机组工况转换次数及运行、备用、检修时间累计；被控设备操作动作次数累计以及事故动作次数累计；峰谷负荷时的发电量分时累计；操作指导，事故处理指导，经济指标等计算，为提高电站运行、维护水平提供依据。
3.6通信功能
（1）中控层与LCU层的以太网通信功能。
（2）提供多个接口并满足、实现与水情测报系统、三防指挥系统和水调、电调系统进行通信，实现数据交换。
3.7系统诊断功能
系统诊断故障的产生，自动报警，隔离故障，并确保不因系统的故障而造成对生产运行的误动作。
（1）系统硬件设备故障诊断。对服务器和工作站设备、网络设备和通信通道、外围设备以及对外通信接口的运行进行在线或离线诊断，并定位故障原因或故障点，自动发出报警信息。
（2）软件故障诊断。进行各类软件的在线诊断，能诊断出故障软件的功能模块及故障性质，闭锁控制输出，发出报警信息及显示。
3.8软件开发功能
软件系统采用中文的人机联系和界面。允许软件编辑人员通过工程师站在线或离线进行应用软件编程，画面和数据格式编辑，软件调试、装入、卸除和修改，在线工作保证不影响正常的监控功能。
软件系统安全、可靠、功能完善、安全防范严格，其系统及开发工具易于学习、掌握，便于只具Windows操作系统和MS Office办公软件使用经验的非计算机专业工程人员进行系统维护和二次开发。
4结论
（1）本系统采用开放式、分层分布式的全计算机监控系统，取消常规控制及其设备，按无人值班、少人值守进行总体设计，本着安全可靠、经济实用和技术先进的基本原则。
（2）系统采用的软、硬件设备高度可靠和技术先进，充分利用了计算机领域的先进技术、网络技术、控制技术等，使系统达到国内先进水平。
（3）系统具有自检、自诊断功能，局部的故障不会造成系统误动；系统主机、通信通道等关键部位采用冗余配置；有关重要的控制和操作采取多重的软硬件安全闭锁措施。
（4）系统配置和设备选型适应了计算机发展迅速的特点。
（5）系统具有很高的可扩性，满足可能的功能扩展和硬件扩充要求。
（6）人机界面采用中文、功能强、操作方便，便于二次开发。
如今，东江水利枢纽发电厂计算机监控系统已投运5 a，发电厂年发电产值数亿元，系统核心设备更换率为0，重大网络、软件事故为0，事实证明该系统是一套适合大中型贯流式机组使用的可靠、稳定、先进的计算机监控系统。
随着我国水电建设全面展开，我国水电工程建设将出现新的局面。文章对东江水利枢纽发电厂计算机监控系统进行了综合叙述，以期起到抛砖引玉的作用。
参考文献
1 《水电厂计算机监控系统基本技术条件》（DL/T 578－95）
Computer Monitoring System in the East River Hydro Power Plant Applications
Sun Aibing
Abstract: The combination of characteristics of the East River Hydro Project, analysis of the computer monitoring system of the function and in the hydro power plant in the role of computer monitoring systems in hydro power plants in the application of results.
Key words: computer monitoring system; water control; power plant