水电厂自动化发展趋势的技术措施探讨

1. 前言 随着水电厂“无人值班”（少人值守）和状态检修工作的不断深入开展，对水电厂的生产运行和管理提出了更高的要求；以“厂网分开、竞价上网”为基础的电力体制的改革也对水电厂自动化技术提出了新的要求。计算机技术、信息技术、网络技术的飞速发展，给水电厂自动化系统无论在结构上还是在功能上，都提供了一个广阔的发展舞台。水电厂自动化也必须适应新的形势需要，发展成为一个集计算机、控制、通信、网络、电力电子为一体的综合系统，具备完备的硬件结构，开放的软件平台和强大的应用系统。不仅可以完成对单个电厂，还要进一步实现对梯级、流域、甚至跨流域的水电厂群的经济运行和安全监控。本文就水电厂自动化系统方面作几点探讨。   2． 系统结构 　　2.1　硬件结构 目前水电厂监控系统的结构基本上以面向网络为基础，系统级设备大多采用以太网Ethernet或光纤环网FDDI等通用网络设备连接高性能的微机、工作站、服务器，在被控设备现场则较多地采用PLC或智能现地控制单元，再通过现场总线与基础层的智能I/O设备、智能仪表、远程I/O等相连接构成现地控制子系统，与厂级系统结合形成整个控制系统。 随着安全生产、经济管理、电力市场等功能的扩展，对计算机系统的能力也提出了更高的要求，在系统级设备中64位的工作站、服务器的选用已是绝大多数系统的必然选择。高速交换式以太网技术的发展克服了以往低速以太网在实时应用上的不足，其更具开放性的标准，众多生产厂商的支持，使其无论是在设备的选购，产品的更换、产品的价格、硬软件的可移植性等诸多方面都比FDDI等其它网络产品有着明显的甚至是无法替代的优势。    对于现地控制单元，智能控制器加上现场总线技术应是一个很好的发展趋势，根据IEC标准及现场总线基金会的定义：现场总线是连接智能设备和自动化系统的数字式双向传输、多分枝结构的通信网络。它具有如下技术特点：    � 系统开放性；    � 互可操作性与可用性；    � 现场设备的智能化与功能自治性；    � 系统结构的高度分散性； � 对现场环境的适应性。 机组容量变大、控制信息量增多，控制任务功能增加，控制负荷加重、网络通信故障都会造成现地控制单元控制能力的降低。针对水电厂被控制对象分散的特点采用现场总线将分散在现场的智能仪表、智能I/O、智能执行机构、智能变送器、智能控制器连接成一体。正好体现了分散控制的特点，提高了系统的自治性和可靠性，节省了大量信号电缆和控制电缆。因此，使用现场总线网络比较适应分布式、开放式的发展趋势。当然，现场总线控制系统主要是要有分散在被控对象现场的智能传感器、智能仪表、智能执行机构的支持，而目前在水电厂中这些元件还是大量的旧式的装备。只能逐步过度，最后取代旧式的数字/模拟混合装备和技术，形成全新的全数字式系统。    2.2 软件系统平台    2.2.1  支持软件平台和应用软件包向通用化、规范化发展 为适应开放化、标准化、网络化、高速化和易用化的发展技术，计算机监控系统中的软件支持平台和应用软件包趋向于通用化、开放化、规范化。从电力行业高可靠性的要求出发，在大中型水电厂监控系统中的UNIX操作系统得到广泛的应用，中小型的水电厂因较多采用PC构架的计算机，所以较多地采用Windows操作系统。在数据库方面由于商用数据库电力生产控制的实时性要求还难以充分满足，因此目前较为广泛采用的专用实时数据库和商用历史数据库相结合的形式还会继续存在。由于部分数据库的专用性带来了数据变换的不便，在现今电力行业推进信息化，数字化建设的大背景下它的不适应性就凸现出来，较好的办法是遵循统一的标准接口规范，使大家可在统一的“数字总线”上便捷地进行数据交换。    2.2.2  Web、Java等新技术的应用 Web、面向对象的Java等新技术将越来越多地引入计算机监控系统。如在大中型电厂用高性能的UNIX工作站或服务器作为全系统的主控机和数据服务器，而用PC机作为操作员站，由Java一次编译，多处运行的特性，加上Internet/Intranet，Web技术的支持，不仅可轻松地在操作员站，主处理器等监控系统内的节点获得同样的人机界面，更可在厂长，总工办公室、生技科等厂内PC联网的地方直接浏览到同样的界面，甚至于在任何地点经电话接入后也可以浏览到同样的界面（为保证安全需增加必要的安全措施）。 2.2.3  功能强大的组态工具    用户无需对操作系统命令深入了解，也不需要复杂的编程技巧，不论是在UNIX系统上还是在Windows系统上，都可通过组态界面十分方便地完成：    � 数据库测点定义    � 对象定义    � 现地控制单元的各种模件定义    � 处理算法定义    � 通信端口    � 通信协义的定义 顺序控制流程生成、检测、加载等各种功能的应用定义以及维护，很多功能只需点击鼠标进行选择，既快捷方便，又避免了使用编辑程序难免产生的输入错误，真正体现主系统服务的面向对象、可靠、开放、友好、可扩展和透明化。    3. 强大的应用系统 计算机技术发展到今天，其性能越来越高，而其价格却越来越低，其应用也就越来越广泛。随着无人值班工作向纵深的发展，也向计算机监控系统无论是系统结构上，还是功能上都提出了进一步的要求，现就几个方面说明如下：   　3.1  历史数据库系统 历史数据库系统实际上是监控系统的一个组成部分，只是将原来监控系统中需要历史保存的数据、事件和相关信息进行分门别类的存放在商用数据库中，供需要时进行查询、打印或备份。历史数据库系统以单独的计算机来实现，具有美观的人机界面，方便的操作方式和丰富多彩显示形式。这样的配置既减轻了监控系统的负担，减化了监控系统的软件复杂性，增加了监控系统的实时性，还能通过标准数据库接口SQL、ODBC、JDBC等与其他系统互连，如MIS系统。    3.2  效率监测系统 水轮机效率的实时监测对电站的经济运行有着重要的作用。水轮机的在线监测既可用于水电厂机组在安装竣工或大修结束后的现场验收试验，以便检查设计、制造、安装和检修质量是否满足要求，又能通过对机组运行性能进行长期连续监测，提供在不同的水流和工况条件下水轮机性能的实时数据，为确定电厂经济运行中的开机台数和负荷优化分配以及机组的状态检修等提供参考。因此水轮机效率在线监测一直是实现电厂经济技术指标考核和经济运行的一个重大科技攻关课题。随着计算机、通信、信息、测控等一系列新技术的迅速发展和在电厂的应用，给效率在线监测项目的开发提供了成熟的技术基础。当前，以厂网分开为基础的电力体制改革方案已经出台，电力市场竞价上网亦将成为必然的发展趋势，因此，在保证安全运行，满足电力系统要求的基础上，不断提高水资源利用率，设备可用率，减少运行和维护费用，已成为每个电厂迫切需要开展工作，以提高自身竞争力面向市场的重要目标。    3.3  状态检修系统 这是水电厂的一个热门课题，设备状态检修和设备运行寿命评估，既是设备检修工作发展的必然趋势也是一项技术性很强的系统工程。状态检修主要利用现代化先进的检测设备和分析技术对水电厂主设备的某些关键部位的参量，如：机组的振动和摆度，发电机绝缘，发电机空气隙，尾水管真空及压力脉动，定子局部放电，变压器绝缘等数据进行在线实时采集、监视，经过集合了现场积累的运行、检修、试验资料和专家经验的智能（专家）系统，综合分析其运行规律，并预测设备可能存在的隐患，及早发现设备所存在的缺陷和故障，对运行设备有针对性的维护。在实施中，它可作为一个相对独立的系统，但目前国内大多数水电厂都有了较完善的计算机监控系统，集聚了大量监测设备，从节省投资与实际应用的角度来看，状态检修系统与监控系统之间有大量的数据需要共享，在考虑状态检修系统时应与已建成的监控系统作统筹考虑，使两者有机地结合起来，既可省去一些重复部件的投资，又可以使运行管理人员在执行实时生产控制时，随时监视到生产设备的健康状态，以合理地确定设备所承担工作负荷的大小。也可以由经济生产调度软件根据这些数据自动地考虑一下设备的健康与工作负荷问题，使生产调度更合理。    4. 结束语 根据水电厂运行方式和检修方式的发展趋势，对水电厂自动化硬、软件系统相关方面发展进行了探讨。目前，水电厂计算机监控系统技术已比较成熟，在大中型水电厂和新建电厂中都已成功应用。文中提及的系统都是同计算机监控系统密切相关的。它们可配置成相对独立的系统，通过高速网络与计算机监控系统进行数据交换。也可配置成计算机监控系统的子系统。   这样的计算机监控系统似乎应称之为水电厂生产综合管理系统。它提供了水电厂从最基础的数据采集和设备控制直到面向电力市场的经济运行决策的一整套完善服务功能，使电力生产的现代管理更上一个新台阶。    参考文献 [1] 王强、韩颜祥  电力系统厂站及调度自动化综述，电力系统自动化2000年第24期 [2] 顾景芳、方辉钦、周志清等 我国水电厂自动化辉煌业绩回顾及新世纪展望，水电自动化与大坝观测　2002年第1期