发电厂计算机监控技术

Computer Monitoring Technology for Power Plants Liu Nian Xie Chi Teng Fusheng 刘念1 谢驰2 滕福生1 (1. 四川大学电气工程系; 2. 四川大学测控工程系,成都, 610065) 在现代化的电力系统中，借助当今计算机的快速综合处理能力，实施对大电网运行管理的计算机监控，实现对投入系统运行的发电厂进行遥测、遥控、遥信、遥调，并进行统一的调度管理，监视大电网运行，实现电力系统安全经济运行[1，2]。 从1982年以来，我国电网调度自动化系统发展迅速，整体功能和设备水平有很大提高，特别是自90年代开始，电力调度自动化系统已从80年代的封闭式、集中式系统向开放式、分布式的集成系统发展，在保证电网安全、可靠、经济运行方面发挥了重要作用，已成为各级调度部门指挥电网运行不可缺少的重要手段[3，4]。 随着现代社会政治、经济和文化生活的快速发展，日益剧增的电能需求已促使电力系统进入了一个大机组、大电网和超高压时代，电网结构日趋复杂化。同时，电力工业的迅速发展已促使越来越多的大容量或超大容量的发电机组投入电网中运行，使发电厂出力不断提高，大型发电厂在现代电网中发挥着重要作用。电站计算机监控系统是电力调度自动系统中的组成部分之一，全面监视、监测、控制厂站发电设备，是集通信技术、控制技术和计算机技术为一体的综合自动化系统，并随时将发电厂的运行情况，以遥信的信息方式送往调度中心，并同时接收调度中心的调度管理信息。另外，发电厂计算机监控系统对稳定发电厂生产过程，合理和经济的安排生产，提高劳动生产率，改善生产环境，减轻体力劳动等多方面，都有十分显著的经济效益和社会效益。因此，厂站计算机监控系统的开发、研制和生产已受到各国电力公司的高度重视，不仅在计算机软硬件上得到更新换代，而且在监控功能方面进行扩展。目前国内外电厂计算机监控系统多采用国际上流行的分布式开放系统结构，系统软件为多任务实时操作系统，从而保证监控系统结构的合理性、易扩性和可靠性，使其充分发挥集测量、控制、保护、通信综合自动化的作用[5，6]。 1、国外发电厂计算机监控系统 国外生产电站计算机监控系统的大公司，如瑞士ABB公司、德国西门子公司、加拿大GE公司都致力于水电站、火电厂和核电厂的计算机监控系统的研制、开发和生产工作。从上世纪70年代开始，各大公司均采用世界上最新的计算机系统并将它们开发应用于电站监控系统中，使其推出的计算机监控系统始终处于世界领先地位。 在加拿大GE公司为委内瑞拉古里水电站生产的计算机监控系统就是很好的实例。 古里水电厂枢纽位于委内瑞拉，包括两个发电厂，每个发电厂包括十台水轮发电机组，第一电厂总装机容量为300万千瓦，第二电厂装机容量为730万千瓦，是目前世界上最大的水电站之一。电站采用分层分布式计算机监控系统，主站配有三台780型计算机，其中二台计算机为在线运行，它通过2台前置通讯处理机与24台远程终端相联。第三台计算机作为离线计算、运行培训及程序维护和开发，以及生产管理和运行检修计划等。前置处理机为DEC公司的单片机智能监测单元。该监控系统的主要功能为： 1． 数据采集和监控 2． 事件记录、报警及趋势记录 3． 自动发电控制 4． 自动电压控制 5． 机组起停自动控制 6． 培训仿真 位于美国西部哥伦比亚河上的大古力电站是一个拥有4座厂房、装机容量为650万千瓦的梯级电站。电站采用分布式计算机监控系统，它集中调度和管理全厂24台水轮机和3个变电站的全部设备，采集数据量有：模拟量2500个、开关量11000个、控制量输出2000个。其数据量大，可靠性要求高，必须采用以计算机为主的监控系统。实现计算机监控后，通过AGC、AVC控制程序，根据电网调度中心给定的总功率，古力电站合理地在机组间分配有功及无功功率，使机组在最佳功率下，安全经济运行，同时实现了全厂房无人值班，由上层工作站微机进行监控管理。其最主要的功能有： 1． 数据采集与通讯 2． 显示与监视 3． 故障诊断与报警 4． 自动发电控制 5． 自动电压控制 6． 机组和断路器的控制 7． 事故顺序记录 8． 水流量计算等。 对于大型电厂的计算机控制系统，各国都做了大量的研究工作，目前各国在电厂计算机监控系统方面多采用分层分布开放式系统结构，该系统是把电厂的各项功能，按分层分布处理的原则由功能模块和接口模块所组成计算机分布系统，整个系统统一协调，合理分工，最佳运行，其主要任务是： 1）数据采集：对电厂生产过程的各种数据量、模拟量、状态量等进行自动采集，并把采集的数据进行整理。 2）数据处理：根据各种工况的要求和工作模式，对所采集的数据进行计算，按照各程序进行控制、监视、定值给定和最佳运行。 3）数据通讯：与调度中心数据通讯，把电厂运行状态参数传送给调度中心。 因此，这种分布开放式系统完全满足高效率、高利用率、最大灵活性、良好的兼容性以及安全可靠和抗干扰能力强的要求。 2、国内发电厂计算机监控系统 从上世纪60年代后期，随着国外开展电站计算机监控系统的研制与应用，我国开始将在电厂自动化方面应用计算机技术。特别是在1978年以后，计算机技术和微处理单片机的应用深入和推广，我国不仅引进国外先进的电站监控系统，而且还自行研制电站计算机监控系统，使我国电站自动化水平有了很大的提高，由电站的单机自动、集中控制已转道全厂计算机监控的综合自动化。二十多年来，我国在火电、水电、核电站实施计算机监控已做了大量工作，并取得很大的进步和成果，电站计算机监控系统在硬件、软件，以及功能方面已达到世界先进水平。 从“六五”期间，我国四个水电站计算机监控系统试点工程都已取得了可喜的成绩。如富春江水电厂多微机分布系统，该系统由运行方式机、管理机、安全监测装置等组成，执行安全监测和经济运行任务。浑江梯级水电站实现了全梯级三个电站的集中调度控制、自动发电控制和水库群的联合经济调度。永定河梯级水电站的集中调度控制、自动发电控制和水库群的联合经济调度。葛洲坝水电厂计算机监控系统是国内研制和国外引进相结合的试点工程。葛洲坝二江电厂有7台发电机组，其中1号、2号机单机容量为170MW，3号至7号机单机容量为125MW，并设置2个220KV开关站。葛洲坝二江电厂在1989年采用了全厂计算机监控，由于当时自动化元件和常规自动装置的改造条件还不具备，非电量的监测和非电气设备的控制还无法实行全厂计算机监控，当时实现计算机监控系统与常规布线逻辑式自动装置并用。该系统的二江电厂部分包括计算机、事件记录装置、控制调节装置及电量监测装置，主要功能有全电厂数据采集和处理，机组自动顺序起停控制断路器和开关自动投切，有功和无功自动控制及各种报表自动打印等。从1989年原二江电厂计算机监控系统投入运行以来，发现其存在很大的局限性，已无法满足整个电厂实行自动化监控的更高要求。对此，近年葛洲坝电厂采用了当今国际上最先进的全分布开放式新一代计算机监控系统[13]。葛洲坝电厂计算机监控系统采用了UNIX操作系统的接口标准，以Windows操作界面（汉化）作为用户操作平台，以TCP/IP的网络协议作为网络通信接口，网络结构采用的是双光纤以太网络的全分布开放式可配置结构设计。厂站级主计算机有两套DEC SYSTEM 5900工控机组成，主要完成全厂自动发电控制（AGC），自动电压控制（AVC），全厂运行方式管理，运行安全分析，历史数据库存档管理，全厂事故分析及处理。操作员工作站由两套DEC STATION 5000/133工作站组成，操作员工作站是全电厂集中监视和控制功能的人机接口，实现实时图像显示，各种报表显示，系统自诊断功能显示，应用控制操作，系统配置操作。系统的前置机是由Intel系列单片机为核心的构成，完成现场实时信号采集处理、现场设备控制、机组负荷调节等任务。电厂计算机监控系统的主要特点为开放式网络体系结构，网络上任一节点上的计算机升级换档和扩充均不影响网络上的其它节点上的计算机正常运行；采用了基于开放系统环境开发的新一代计算机监控系统软件，符合开放式操作系统的接口标准，人机接口采用Windows多窗口界面，并充分利用网络资源，提高网络通信速率。该监控系统功能包括：数据采集和处理（采集全厂电力生产中的开关量、模拟量（电量和非电量），温度量等实时信息，根据电厂生产过程中完成事件顺序记录、显示、报警、控制信号发送等处理）；人机接口（通过人机接口多窗口系统实时监视生产现场运行设备的运行状况，并对系统自诊断报表、越限报表、事故记录及控制操作报表进行显示、打印、存盘等）；控制与调节操作；远程通信功能（系统厂站微主机可与电网调度计算机系统进行远程通信，网调可监测葛洲坝电厂的运行设备的电气量、运行方式和运行状况，并可向发电厂发送AGC遥调定值，实现AGC遥调功能。）；自动发电控制；自动电压控制；机组温度量的趋势分析与处理；运行操作安全分析等功能。新一代葛洲坝电厂计算机监控系统于1995年4月全部开始投入运行，全面实现了我国大型水电站的运行管理、安全监测、自动控制操作的计算机化，其已在葛洲坝电厂安全运行、节能增发，提高电厂自动化运行水平等方面均取得了良好效果。 另外，以计算机为基础的分布式监控系统在我国火电厂的应用也增长很快。“七五”和“八五”引进的成套计算机系统中一半以上是分布式系统。近年来，我国自己也已经开始研制和开发了这种监控系统应用于发电厂的生产管理监控（数据采集和处理、安全监视、控制和通讯）。 3、结束语 发电厂计算机监控系统在80年代以分布式控制系统结构为主，然而在90年代则以先进的分布开放式控制系统结构为主。随着发电厂计算机监控系统应用的不断发展和深入研究，发电厂对系统功能提出了更高的要求，这<