水电站自动化监控系统

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1、水电站自动化监控系统水电站自动化监控系统系统介绍为了适应电网发展、技术进步的需要，满足设 备更新、改造要求,开发水电厂计算机监控系统 以实现全厂和开关站主要设备的安全监控、经济 运行和实时管理等功能，不但将使全厂的综合自 动化水平大大提高，而且能改善劳动条件，取得 显著的经济效益。监控系统设计原则:1按照全厂综合自动化以计算机监控为主、常 规控制为辅的指导思想进行总体设计和系统配 置，使计算机在水电厂的应用达到一个新的水 平。2对于梯级电站，在梯级电站计算机监控系统 之间进行通讯；从安全性和经济性的角度实现部 分梯级调度的功能。3系统应高度可靠、高度冗余，不但其本身的 局部故障不会影响现场设备

2、的正常运行，而且系统的M T B F等各项指标均达到部颁水电站计 算机监控系统设备技术要求的规定。4系统配置和设备选型应符合计算机发展迅速 的特点，充分利用计算机领域的先进技术。5、全分布开放式系统，既便于功能和硬件的扩 充，又能充分保护用户的投资。分布式数据库及 软件模块化、结构化的设计，使系统更能适应功=16.实时性好，抗干扰能力强。7人机接口功能强，操作方便。系统结构及配置说明1.系统结构 1.1分布式开放系统（1）主计算机管理全厂的自动化运行控 制。即全厂经济运行（E D C）、自动发电控制（A G C）、自动电压控制（AVC）、历史数据保存、 运行报表打印、与外系统的通讯等。2）值班

3、员工作站作为运行人员与计算机系统的人机接口，完成实时的监视与控制。（3）当地控制单元L C U实现对当地生 产对象的监控。每个L C U单元，完成L C U的 运行管理和控制，并同主服务器进通讯，实现开 放式全分布系统的数据库分布,并实现L C U上 网。(4) 所有上述计算机都按I E E E 802.3 E t h e r n e t 标准联成网络,网络介质则采用同轴电 缆(或光纤电缆)。(5) 所有上述计算机都采用开放系统的操作 系统UNIX,图形系统符合X-Window标准，网络 协议为T C P/I P。(6) 厂级计算机通过网络终端服务器串行通 讯接口与打印机以及外系统通讯。(7)

4、 时钟同步。采用电视时钟系统与厂级计 算机及各L C U进行时钟同步。1.2系统特点(1) 采用局域网的分布式开放系统结构，L C U的C P U、厂级主计算机、中控室操作值班员 工作站均使用UNIX操作系统，网络软件为TCP / IP,工作站图形系统符合X-Window标准。上 述各计算机都直接接入网络,可获得高速通讯和 共享资源的能力。如来自LCU的实时信息直接 在工作站CRT上显示，控制命令直接由工作站下达给各L CU,都不需要经厂级计算机转发。（2）网络上接入的每一设备都具有自己特定 的功能。实现功能的分布，既提供了某一设备故 障只影响局部功能的优点，又利于今后功能的扩 充。3）厂级计

5、算机和操作员工作站采用国际上先进的工作站，该系列工作站是目前国际上最高 性能的计算机之一。LCU的CPU采用符合工 业标准的微机，性能优越。4）系统先进。冗余化的设计和开放式系统结构，使系统可靠实用、便于扩充，整个系统性 能价格比高。（5）系统高度冗余、可靠。a计算机为双机热备用。b中控室操作值班员工作站可互为备 用。1.3关于开放系统开放环境使用的原因，是因为近年来计算机系 统更新换代速度很快，价格不变的情况下，计算 机性能和速度成倍提高。硬件设备的质量也已各 有所长，没有一家公司的硬件可以独自称雄。用 户会发现在前几年还是非常先进的设备，现在已 到了淘汰的时候。换言之，现在选的机器会不会

6、过几年又要淘汰。而淘汰意味着，过去的设备元 器件、备件将难以买到，对计算机上的巨大应用 投资会丢失，在监控系统上多年积累的使用经验 将会丢失。系统全部硬件/软件的状况不复存在。 这就对计算机信息系统的研究开发者提出了以 下课题：（1）对用户来说如何保护其在开发大型系统 中积累的资源和投资。即如何提供不同计算机的 互操作性。（2）如何保证用户在更新其计算机设备的同 时，应用软件依然可用。即如何解决不同产品间 的可移植性。（3）如何提供给用户一个网络环境，让其使 用最适合自己的不同厂商的硬件设备。即提高系 统对计算机设备的可集成性。因此，IEEE （国际电子及电机工程协会）负 责制订可移植操作系统

7、接口 （POSIX）标准的P1003 工作组，把开放系统定义为：“按照开放 的接口、服务和支持格式规范而实现的系统，使 应用软件能以最少修改，实现在不同系统中的移植；并能同本地的或远程系统中的应用实现互操 作；能以方便用户迁移的方式实现用户的交互。”1.4 分布式我们推荐的全分布式方式，是指系统上的每个 节点都可安装与本节点应用相关的数据库以及 有关的控制和执行程序。对系统而言，节点功能、 资源相对独立而又便于为其它节点共享，同时了 便于分期投运，并且为今后扩充提供了较大的方 便。完全满足分布式的三个特征即自治性、模块 性、并行性。上一代监控系统常用的分层分布模 式，一般都有一个主计算机（或称

8、得上位机）， 系统的全部数据集中在主计算机中，数据库不分 布，自治性不好。这样的缺点是一旦上位机出现 故障，系统数据库全部丢失，系统功能如监视、 控制功能也只有丢失，这样只有冗余，即使冗余 工作正常也不能满足系统分期投运和今后扩充 的要求。所谓全分布是指数据库、控制功能分布。图形 工作站不依赖于任何一台机器，可直接读写 LCU 数据库或厂级控制数据库，直接实现全系 统监视和控制。网络上的任一部分不工作，不影响系统其它部分。1.5成熟性全分布开放系统是目前国际上应用于水电厂 计算机监控系统中最先进的系统。2.1设备配置 系统设备的详细配置由系统概算决定，选用当 前先进、可靠的名牌机型。2.1.1

9、中央处理机： 中央处理系统两套；每套推荐配置：选用高性能的工作站或服务器，（视应用环境可采用高性 能的工控机）。控制台终端为19以上高分辨率 彩色CRT。2.1.2操作工作站：中控室操作值班员图形工作站两套；每套推荐 配置：选用高性能的图形工作站。控制台终端为 21高分辨率彩色CRT。2.1.3 LCU：LCU （本地控制单元）分两部分，一部分是机 组用LCU，即每台机组配置一套LCU；另一部 分是公用LCU，总共配置一套公用LCU。LCU 的具体配置如下：（1）同期控制：机组 LCU 带有一套单对象的双微机自 动准同期装置。开关站 LCU 带有一套多对象的双微机 自动准同期装置。（2）处理机

10、：LCU 的 CPU 部分，采用工业控制微机。用以 管理各自LCU的I / 0装置、实现开放式全分布 系统的数据库分布，并组织 LCU 上网。（3）I/O 容量：每套 LCU 均可支持以下 I/O 量：中断开关量 输入（包括脉冲量）、非中断开关量输入、 模拟量输入、开关量输出。2.1.4机组控制装置（PLC）：选用进口可编程控制器作为主设备（可支持采 用各种主流 PLC 设备），并配有机柜、电源、风 机、插箱以及必要的当地操作面板等设备。机组 顺序控制的机柜与机组 LCU 的 CPU 进行通讯， 机组顺序控制装置可以独立使用。每套 PLC 可支持以下 I/O 量：开关量输入/输 出（包括面板及

11、通讯使用的点数）、模拟量输入，并可实现与LCU之间的开关量上/下行通讯及模上/下行通讯。2.1.5 网络支持：主处理机、操作站、LCU之间，采用以太网来进行通讯以实现数据传输及控制管理，通讯线（网线）采用五类双绞线为传输介质。网络环境 的具体配置如下：1）网卡（如果采用双网结构，则每个节点需配两块网卡）：要求配置的节点有：中央处理机、操作员工作 站、各 LCU 的控制机；2）网线；（3）网络交换机；（双网结构需两台）（4）网络服务器；（视应用需要而定）2.1.6 时钟同步系统：设置一套卫星时钟系统，作为系统的时钟标 准，并对全系统进行时钟同步。时钟装计算机房， 直接与中央处理机进行通讯，再由中

12、央处理机对 各 LCU 进行时钟同步。（也可让各节点直接与 GPS 进行时钟同步，推荐采用前者） 2.1.7网络打印服务器：采用一台网络终端服务器，用于连接打印机及与外系统的备份。2.1.8其它设备（1）中央处理机配有磁带机，用于主处理 机及工作站的系统安装以及系统的备份。（2）打印两台，一台用于中控室，一台用 于机房。（3）音响报警系统，一套。2.1.9 UPS （选件）：（1）各LCU均带有交直流双供电源，可替代常规的UPS不间断电源;2）中央处理机与工作站配有不间断电源，可维持30分钟的备用供电；2.1.10与外系统的通讯接口：网络终端服务器留有与外系统的异步串行接 口 RS-232C，

13、可用于连接实现:1）长监视终端；2）大坝安全监测系统3）中调；4)管理网；5）为实现联合调度，与梯级电站监控系统进行通讯；系统技术指标1 对系统的一般技术要求：1.1 环境条件：1）周围环境温度和湿度：a. 环境温度：机房（有空调）：夏季232C；冬季202C；每小时温度变化率V5C/小时；现场：0-40 C,每小时温度变化率V5C /小时；b. 相对湿度：机房（有空调）： 45%-65%；现场： 20%-90%（无凝结）（ 2）尘埃：根据不同安装场地考虑防尘措施，采用密闭机 柜和带过滤器的通风孔。a. 机房（有空调）：尘埃粒度0.5%个数V3500 粒/升；b. 现场：尘埃粒度05卩,个数1

14、8000粒/升;（3）海拔高度：不大于 2000 米（ 4）振动和冲击：监控系统设备在振动频率2-100Hz，振幅峰-峰值在 0.5mm 以下，加速度不超过 0.5 倍重力加 速度的条件下长期运行。（5）噪声限制： 在主计算机室和中控室里，由本系统的设备所 引起的噪声小于 60 分贝。（6）安装接线：接线及电缆、电线和配线接线板或接线箱的安 装位置方便用户接线,每块线板（箱）有一定的 备用接线端子，接线板（箱）内的端子接线可靠， 防止振动时松动，端子排带保护盖。配线排列整 齐、绑扎牢固、固定结实。所有的配线均有标志， 其标志符合国家标准。7）电磁干扰和电磁相容性：电磁干扰极限：在离设备 1 米

15、处不超过 1 伏/ 米（30-50MHz 电磁波）。电磁相容性：本系统设备应在下述规定的辐射 环境中正常工作，当安装环境的辐射超过了设备允许的电磁相容极限时，则应改善安装环境以满 足电磁相容性要求。a.无线电干扰（RI）： 30-50OMHz1 级： 30-500MHz 电磁波，1 伏/米2 级： 30-500MHz 电磁波，3 伏/米3级：30-500MHz电磁波，10伏咪；b. 抗静电干扰（ESD）： 150PF-150Q1 级：2KV；2 级：4KV；3 级：8KV；c. 抗工频磁场干扰：主机：800A/M；显示器80A/M；2. RTU装置的电气性能：2.1一般电气特性：系统所有电源设

16、备、数据和控制接口、通讯接 口设备、人机接口设备等应满足如下一般电气性 能要求。（1）绝缘电阻:交流回路外部端子对地10MQ 以上，不接地直流回路对地应不小于1MQ（2）绝缘强度：500 伏以下、60 伏以上端子 与外壳间应能承受交流 2000伏电压1分钟； 60 伏以下端子与外壳间应能承受交流500电压1分 钟；机柜内框架和机柜外壳间应能承受交流1000 伏电压1分钟。2.2主要抗干扰措施：（1）采用输入信号端配技术，实现不同信号 电平的匹配、输入信号的最低门槛电平、干扰滤 波及抑制过电压的浪涌干扰。2）用光电或电磁隔离，使监控系统与生产设备及通讯设备互相隔离。3）采用硬件滤波，抑制短暂脉冲

17、干扰，防止出现误信号。4）采用软件数字滤波，保证采集的量值和信号的正确性。3. UO 接口：3.1开关量输入：（1）每一路开关量输入口有LED状态显示;（2）输入接口参数： 输入方式：空接点 接点弹跳：2-30ms3.2模拟量输入：1）关键模拟量输入在显示面板上有显示；（视 设备型号定）2）输入接口参数：信号范围：电气量及非电气量：电流：DC4-20mA 电压：DC 0-5V 温度量：热电阻模拟量转换分辩率：1 1位+符号位 转换精度：不大于0.5%； 共模电压：200VDC或AC50HZ；3.3脉冲量输入：(1) 脉冲宽度100ms;负载能力10mA；(2) 输入电平：无源接点或12VDC/

18、24VDC电3.4数字量输入：输入电平：无源接点或12VDC/24VDC电平。3.5开关量输出：(1) 开关量输出信号采用继电器输出。(2) 每一开关量输出设有LED状态显示。(3) 开关量输出接口参数：输出形式：空接点接点容量：阻性：l=JI50Hz，220VAC，5A；220VDC, 0.3A 感性负载：30W。4. 电源：4.1 主控级计算机： 主控级计算机（包括主机、各工作站以及对外 通信服务站等）配有 UPS。1）交流电源消失，备用蓄电池应能维持负载 0.5 小时以上。2）输入电压： AC220V20%；3）输入电源频率： 50Hz5%；4）输出电压： 220V2%；5）输出电压波形

19、：工频正弦波， 50Hz1%6）波形失真： 3%；7）噪声： 50dB；8）高频辐射：无干扰影响；9）切换时间：不超过 4ms；4.2 LCU 采用在线式 1KVA 不间断供电输入AC220V10%5. 接地：5.1 计算机监控系统主控级接地可以使用电站公用接地系统，不设单独的接地网，其接地电阻不大于05Q5.2 监控系统中各 LCU 及在主厂房中控室的终 端接地只能使用电站公用接地网接地，接地电阻 不大于05Q。5.3 设备外壳接地，交流电源中性接地、直流工 作地和电缆屏蔽层接地在同一屏柜中将采用一 个公共接地端子系统的功能说明1 计算机监控系统的任务与功能： 1.1数据采集与处理：这部分功

20、能包括对实时数据的采集、进行必要 的数据预处理并以一定的格式存入实时数据库。通常按照信号性质的不同把它们分为模拟量、开 关量及脉冲数字量，其采集及处理方法也各不相 同。1.1.1 模拟量的采集与处理：这一类实时量包括电气模拟量、非电气模拟量 及温度量，对它们的采集范围、处理方式以及各 量的变化规律各不相同，所要求的采集周期也各 不相同。电气模拟量系指电压、电流以及功率等电气信 号量。这些信号都是模拟型的，从变送器输出的 信号通常为 0-5 或 4-20mA 直流电压信号，采 用双绞屏蔽电缆传输。由于其它常规设备对这些 信号也有需求，因此要求信号能被两处以上的地 方所共用，信号之间有隔离。其处理

21、包括预防回 路断线及断线检测功能、信号抗干扰、数字滤波、 误差补偿、数据有效性合理性判断、标度换算、 越复限判断及越限报警，最后经格式化处理后形 成实时数据并存入实时数据库。一般非电模拟量主要指压力、流量、水位、油 位等信号量以及摆度、振动及脉冲量。通常，这 类信号变送器的输出为 4-20mA 直流信号，对 它们的采集与处理除信号接收方式及采集周期 不同外，其它处理与电气模拟量的处理相同。温度量也属于非电模拟量，由于其采集的信号 是测温电阻，且其变化速度一般也比较缓慢，因 引将其单列出来。对温度的采集与处理除信号采 集方式及采集周期外，其它处理要求与电气模拟 量相同。1.1.2 开关量的采集：

22、开关量按其采集方式及信号重要程度的不同将其分为中断型开关和非中断型开关量两种。中断型开关量信号指事故信号、断路器分合及 重要继电保护的动作信号。计算机监控系统应能 以中断方式迅速响应这些信号并做出一系列必 要的反应及自动操作。中断型开关量信号输入为 无源接点输入，中断方式接收，对信号的处理包 括光电隔离、接点防抖动处理、硬件及软件滤波、 基准时间补偿、数据有效性合理性判断、启动相 关量处理功能（如启动事故顺序记录、发事故报 警音响、画面自动推出以及自动停机等），最后 经格式化处理后存入实时数据库。非中断型开关量信号是指除中断型开关量信 号以外的那部分开关量信号。包括各类故障信 号、断路器及隔离

23、开关的位置信号、机组设备运 行状态信号、手动自动方式选择的位置信号等。 计算机监控系统对这些信号的采集方式为定期 扫查，信号输入为无源接点输入，对信号的处理 包括光电隔离、接点防抖动处理、硬件及软件滤 波、基准时间补偿、数据有效性合理性判断、发 故障报警音响，最后经格式化处理后存入实时数 据库。1.1.3 脉冲量、数字量采集脉冲量主要批有功及无功电度量、机组过水流 量，冷却水流量等的累加。脉冲量的输入为无源 接点或有源电脉冲，即时采集。对脉冲量的采集 处理包括接点防抖动处理，数据有效性合理判 断、标度变换、检错纠错处理，经格式化处理后 存入实数据库。数字量信号指水位、转速及频率等输入量。对 它

24、们的处理有光电隔离、数字滤波、码制变换、 数据有效性合理性判断、标度变换、检错纠错处 理，经格式化处理后存入实时数据库。1.1.4 开关量输出：特指各类操作控制指令。计算机在输了这些信 号前应进行校验，经判断无误后才能送至执行机 构，为保证信号的电气独立性及准确性，开关量 输出信号也应经光电隔离接点防抖动处理后发 出。1.1.5 信号量值及状态设定：对于电站在建设初期所无法采集到的信号，或 某些由于设备原因而造成的信号了错以及在必 要时要进行人工设定量值作分析处理的信号量， 计算机监控系统应允许运行值班人员和系统操 作员对其进行人工设定，并在处理时把它们一其它正常采集到的信号等同对待，在计算机

25、监控系 统可以区分它们并给出应标志。1.1.6 统计及计算：（1）实时功率计算：根据所测得的实时数据，计算各发电机实时功 率之和并显示在画面上。2）电量分类累加：单台发电机，单回送电线路的日、月、年发电及送电有功无功电量累加；单台主变日、月、年送电有功无功电量 累加； 全厂日、月、年总发电量、主变总送电量，厂用总用电量及线路总送电量累 加； 单台主变及全厂主变日、月、年总有功 损耗、总无功损耗； 全厂日、月、年厂用电率；在规定的时间间隔内（如当班及分时等）的全厂总发电量和总送电量累加；上述各累加量可以通过人机联系设备及程序 设置初值。（3）效率计算：对每台机组和全厂计算实时效率，并计算日、 月

26、、年的平均效率；（4）机组摆度、振动上抬和压力脉动的值峰 峰计算： 对各点脉动值的采样离散值进行峰一峰值计 算，求出每一点在转频周期中离散值的最大值和 最小值的差值供显示、打印及限值比较用。（5）温度量特征值计算： 求取同组温度中的最高值及相应测点 号； 求取同组温度中的最大温差值； 求取油槽油温与瓦温间的温度值； 求取每组温度值中最高点的温度变化 趋势。（6）数据压缩精简：对实时数据和历史数据按要求进行筛选整理， 去除无用的数据后，才将压缩了的数据存入数 据库。1.2 电站运行安全监视：1.2.1 全厂运行实时监视：计算机监控系统可以使运行值班人员、值长 厂长或总工通过 CRT 对全厂各主设

27、备及辅助设 备的运行状态进行实时监控。由于各级监视人员 的职责不同，其监视的内容也各不相同。监控系 统将可以按照预先的设定进行数据的自动分配， 同时也可以随时对监视内容的设定进行更改。所 有要进行监视的内容包括当前各设备的运行及 停运情况，并对各运行参数进行实时显示，监视 的设备包括全厂电气系统、机组水车系统、公用 油、水、气系统、闸门系统及直流系统。1.2.2 参数越复报告记录：全厂监控系统将对某些参数以及计算数据进行范围监视，有的量如温度量等还应进行趋势分 析，即进行梯度监视，对这些参数量值及梯度值 可预先设定其限制范围，当它们越限及复限时要 作相应的处理，这些处理包括越限报警；越复限 时

28、的自动显示、记录和打印；对于重要参数及数 据还应进行越限后至复限前的数据存储及召唤 显示；启动相关量分析功能，作故障原因提示。1.2.3 事故顺序记录：当电站发生事故造成断路跳闸、重合闸动作等 情况时，计算机监控系统将立即以中断方式响应 并自动显示、打印事故名称及时间、记录、显示、 和打印相关设备的动作情况；自动推出相关画 面；作事故原因分析并提示处理方法。计算机监 控系统能将发生的事故及设备的动作情况按其 发生的先后顺序记录下来，且记录的分辩率不超 过 2 毫秒。1.2.4 故障状变显示记录：计算机监控系统定时扫查各故障状变信号，一 旦发生状变将在 CRT 上即时显示出来，同时记 录并打印故

29、障音响名称及其发生时间，音响报 警，计算机监控系统对故障状变信号的查询周期 不超过两秒。1.2.5 趋势分析判断：对发电机定子温度、轴承温度、主变压器油温 等时行趋势分析，趋势变化速率超过限值时发出 报警信号。1.3 电厂运行指导：1.3.1 开、停机过程监视：当开、停机指令下达后，计算机监控系统能自 动显示相应的机组开、停机监视画面。要求画面 能以流程框图的形式实时显示全部开停机过程 中每步骤及执行情况，提示在开停机过程受阻时的受阻部位及其原因，进行开环运行指导甚至闭 环自动控制操作。另外，计算机监控系统应能自 动识别在不同方式下的开、停机，并做出不同的 响应。在此功能设计时，将与开、停机作

30、有关的 所用的时间考虑进去，必要时并将其显示在画面 上。1.3.2电站一次设备操作指导： 当电站一次设备要进行倒闸操作时，计算机监 控系统将能根据全厂当前的运行状态及隔离开 关闭锁条件，判断该设备在当前是否允许操作并 给出相应的标志。如果操作是不允许的，则应提 示其闭锁原因并尽可能地提出相应的处理办法。1.3.3 厂用电系统操作指导：根据当前厂用电的运行状态及有关厂用电运 行方式、倒闸操作限制条件的约束，计算机监控 系统能判断某个厂用电断路器或刀闸在当前是 否允许操作并给出相应的标志。如果操作允许则 应提示操作的先后顺序，如果操作不允许则应提 示其原因。1.3.4 故障显示记录：计算机监控系统

31、除要对各事故进行显示和记录外，还能进行相关性分析，找出并提示事故和 故障产生的原因及相应的解决办法。1.4 控制与调节：1.4.1 控制权：控制权分远方及当地两级，可以进行切换。远 方控制来自上级调度和管理部门，当地控制在电 厂内部进行。控制权由电厂端设置，并以当地控 制为优先，通过运行值班人员可以将控制权移交 给上级调度和管理部门。当有事故发生或其它经 原因需电厂运行值班人员进行干预时，控制权将 能自动切换到电厂端。另外，设计将保证在进行 控制权切换时电厂运行无扰动。1.4.2 控制与调节： 情况和远方及当地的控制命令、自动发电控制(AGC)及自动电压控制(AVC)计算、预定 的步骤、对电厂

32、全厂的运行进行控制及调节，控 制及调节的内容包括机组的开、停机操作，有功 功率、无功功率调节；开关站断路器、接地刀闸 的分合操作等。机组正常的控制操作由可编程控制器 PLC 实现。 PLC 可独立工作并在计算机监控系统的CRT 上显示其操作过程。操作方式有手动及自 动两面三刀种，可预置也可以切换。机组的有功和无功功率调节由微装置实现。调节 器的给定由上位机发出，经自动检测和调整可实 现闭环运行。给定也可以由运行值班人员在中控 室或机旁手动发出而实行开不运行。另外，由上 级调度和管理部门发出的指令经计算机调整后 也可下达分配到各机组执行。1.5 自动发电控制及经济运行：1.5.1 全厂运行方式设

33、定：本电站运行以发电为主，并参与电力系统的调 频和调峰工作。正常运行时以调功方式为主，其 给定方式有全厂总有功功率给定及全厂日负荷 曲线给定两种。当参与系统调频时，电厂运行将 以满足电力系统所需的频率要求为原则。计算机 监控系统将可以区分出上述各种运行方式。并可 通过人机对话的形式对全厂和每台机组的运行 方式及运行状态进行预置和切换。1.5.2 自动开、停机：计算机监控系统将能根据全厂当前的运行状态及每台机组各自的特定情况确定当前各机组 最佳开、停机顺序，根据电厂运行要求按此顺序 实现自动开、停机操作，同时还可以自动调整每 一台参加 AGC 机组的有功功率及无功功率。并 保证在全厂运行方式发生

34、变化时对电力系统所 产生的扰动最小。在保证电厂运行安全和系统稳定的条件下，自=i此外，自动发电控制将能协调单机的调差数，按 中调的规定实现全厂总的调差满足一次调差的 要求。1.5.4 经济运行：在保证机组运行安全避免运行在气蚀和振动区域的前提下，计算机监控系统将通过对全厂总 瞬时效率、耗水率、开停机过程损失、机组状态， 机组带厂用电情况及备用容量等因素进行综合 分析计算，按使全厂总耗水量最少的原则根据全厂总给定的有功功率值确定全厂在当前水头下 在各机组间合理的分配负荷。=J最佳的机组开停机台数、机号及开停机顺序，并经济运行程序可以对每台参与AGC的机组发出 开停机及调整负荷的指令，进行闭环自动

35、调节， 也可以只在计算机监控系统的 CRT 上显示出操 作建议作开环运行指导，提示运行值班人员手动 发出开停机及负荷调节指令。参加经济运行的机组可以由人工预先设定，计 算机将能自动区分出各台机组是否参与了经济 运行，并对其做出不同的处理。1.5.5 低频自启动：当电网频率过低或电厂机组有事故发生时，经 济运行程序将能自动退出。如电网频率过低，计 算机监控系统自动将负荷转移和分配到其它参 加 AGC 的机组。在进行负荷转移和调整的过程 中将保证对电力系统所产生的扰动为最小。当电 站水头不足时，该功能应能自动退出并给出标1.6 自动电压控制：计算机监控系统可以对母线电压进行实监视 并能根据中调或电

36、厂运值班人员所给定的电压 曲线对各台机组的无功功率进行调整和重新分 配，使母线电压尽快恢复到给定范围内。无功功 率的分配原则由运行管理人员根据每台机组的 不同特性及对每台机组的不同要求而确定，无功 功率调整所引起的扰动应为最小。机组是否参与 AVC 可以预先设定，计算机监控系统将能加以区分并给出标志。自动电压控制还能在自动发电控制发生波动 时自动地协调全厂调差系数与单机调差系数的 关系，并保证在协调及全厂运行工况转换时所造 成的无功扰动最小。另外自动电压控制应能躲过系统故障或系统 负荷变动所引起的暂态过程，使 220KV 母线静 态电压尽量维持在给定值附近的限定范围内。1.7 设备运行统计记录

37、及生产管理：计算机监控系统将能对各设备的运行情况进 行统计记录，某些信息还将自动提示给操作值班 人员。统计的类型包括设备正常及非正常投切次 数、设备运行时间等。对于各主设备及各主要辅 助设备的辅助接点状态还将进行变位及变位时 间统计，必要时还可产生报警。另外，计算机监 控系统还将对参数越复限及定值变更等情况作 统计记录，并可以自动生成各类报表、日志、自 动生成和打印操作票以及进行事故画面硬拷贝等。所有这些功能可以分为以下几类：1.7.1 电厂发电运行记录：记录的内容包括当班、当日、当月、当年的机 组发电量、线路送电量、厂用电量、耗水量及效 率等。它们的初值及时间区段的设置可以通过程1.7.2

38、主要电气设备动作及运行记录：计算机监控系统对各主要电气设备的动作次 数和运行时数自动加以统计和记录。当它们达到或者超过设定值时，系统将能自动给出提示，必 要时做越限报警。其内容有： 机组：开、停次数，本次开机运行时数，累计开 机运行时数，机组停机备用时数，机组检修退出 时数，机组压油装置电动机启动次数以及累计运 行时数。220KV 开关站断路器：合闸次数，正常跳闸次 数，事故跳闸次数，液压操作机构油泵电动机启 动次数及开机运行小时数。1.7.3 操作记录：计算机监控系统将能对各种手动操作进行统 计和记录，其中包括手动方式开停机，断路器和 隔离开关的手动合、跳闸，闸门的手动启闭等。1.7.4 定

39、值变更记录：计算机监控系统将能对所有的定值变更情况 作记录，并存入数据库以备随时查询。1.7.5 事故及故障统计记录：计算机监控系统对当班、当日、当月、当年的 各类事故及故障的内容和次数进行统计记录，作 为资料保存。1.7.6 参数越复限统计记录： 计算机监控系统可以自动地对当班、当日、当 月、当年的参数越复限情况进行统计，并反它们 记录下来。1.7.7 主要设备和装置退出运行统计记录： 其目的是作为其使用情况和寿命以及运行安 全性可靠性判断的依据。1.7.8 运行日志及报表打印： 计算机监控系统将能按照运行操作人员的管 理和要求打印运行日志和报表。打印内容以及打 印格式可以事先设定。打印方式

40、将有定时自动打 印、随机召唤打印等形式。1.7.9 开操作票：1.8 数据通信：1.8.1与中调间的通信：（预留）；1.8.2监控系统内部主机与各设备的数据通信： 由设计的系统结构及配置所决定，属计算机局 部间通信的问题。其基本原则是速度快，数据处 理能力强、安全可靠性高。1.9 画面显示：1.9.1 画面显示：画面显示是计算机监控系统的主要功能。画面 调用将允许自动及召唤方式实现，自动方式是指 当有事故发生时或进行某些操作时有关画面的 自动推出，召唤方式则指操作某些功能键直接或 以菜单方式调用画面。画面种类包括单线图、棒 形图、曲线、各种语句、表格等。要求画面显示 清晰稳定、画面构图合理、刷

41、新速度快且操作简 单。（1）单线系统图类：包括电气结线图，油、水、气系统图。在这类 画面上还将能实时显示出运行设备的实时状态 及某些重要参数的实时值，必要时可通过窗口显 示其它有关信息。（2）棒图类：指机组有功、无功功率（实发、给定、计算应 发值）以及效率等的显示。（3）曲线图类：包括运行电压曲线和频率曲线，给定负荷曲线 以及各类运行图。计算机监控系统将能够按操作 运行人员的要求自动地组织有关数据及其相应时间区间，并显示在屏幕上。4）表格类：包括参数及参数给定值、特性表、定值变更统 计表，各类报警信息统计表，操作统计表。各类 运行报表，运行日志，操作票等。（5）运行指导类：包括开停机操作指导，

42、主系统操作指导，厂用 电系统操作指导画面，各类提示信息等。以上几 类画面可以按值班人员要求组合在一起显示，也 可以单独显示。1.9.2 语音报警功能：当需要对重要操作进行得示，以及电厂发生事 故或故障时，本功能可以用准确、清晰的语言向 有关人员发出报警。1.10 人机联系：通过CRT、键盘以及打印机等实现对全厂运 行的监视、控制、调节、定值修改、画面调用、 打印以及事故画面硬拷贝等功能。1.11运行值班人员的培训：在培训台上通过专用的软件可以对运行值班 人员进行培训。1.12 系统自检和自动重启动：本部分功能包括主机自检，软件任务超时处理 及过程通道故障检测。对于主机，当工作主机故 障（包括内

43、存、磁盘、 I/O 及 CPU 等到的故障 和软件任务执行异常等）时能将控制权自动切换 到备用主机。软件超时时还能实现部分功能软件 的故障自动启动功能。通道检测包括对 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 等功能。2.计算机监控系统各部分的功能分配2.1 主机系统：双机热备用系统，正常工作时两台主机同时接 收相同的数据，作相同的分析和计算，发同样的 操作命令，但是只有取得了控制权的主机发出的 命令才是有效的，控制权可以手动和自动切换， 当工作主机故障时，备用主机可以自动地取得控 制权。在控制权切换时要求对监控系统的工作无 扰动。主

44、机系统所完成的功能包括对整修电站计算机监控系统的管理，AGC、AVC计算和处理, 数据库管理，在线及离线计算功能，各图表、曲 线的生成，事故故障信号的分析处理，接收、校 验并输出操作控制指令，以及控制与外界的通信 等。2.2 操作员工作站：操作员工作站主要供运行值班人员使用，具有 图形显示、全厂运行监视和控制功能、发操作控 制命令、作定值修改、设定与变更工作方式等功 能。全厂所有的操作控制都可以通过操作功能键 盘而实现；通过 CRT 可以对全厂的生产、设备 运行作实时监视，并取得所需的各种信息。2.3 工程师工作站：工程师工作站主要供维修人员使用，可通过专 门的支持软件来实现对应用软件的开发、

45、作定值 修改、对画面及打印格式进行修改、对运行画面 为培训台对运行人员进行培训。本系统中的主机 作为工程师工作站。进行监视、作各类离线计算等。同时，它还将作112.4 打印机：打印机作各种信息及报表打印用。其中一台作 随机打印用，一台作定时打印用，至少有一台备 用。2.5 语音报警系统： 根据厂级计算机发来的指令，将各种信息用语 言的形式表达出来。2.6网络终端服务器： 用于全计算机系统连接汉字打印机、语音报警系统等外设以及负责与外系统的通讯。2.7 现地控制单元 LCU：LCU 主要完成数据的采集及数据预处理功 能，同时也应具有简单的控制操作和监视功能。机组 LCU 应配备有简单的功能键盘及

46、监视设 备，并具有与简单打印机的接口。其设计应组的 开、停操作；有功、无功负荷增、减；机组运行 状态及参数的监视，而当其与主机恢复联系后又 能自动地服从上位机系统的控制和管理。在正常 情况下机组顺序控制由 PLC 完成，它独立于机 组 LCU 之外单独工作，而向 LCU CPU 汇报其 工作情况。软件说明1. 概述：1.1 开放系统环境下的计算机监控系统软件的构造如下图所示：图一：计算机监控系统软件环境1.2 开放环境下的监控系统软件,如下所示：*通讯*数据库*图形人机接口*顺序控制*报表*驱动软件*高级应用，如AGC软件、AVC软件。*应用管理*汉字编辑软件1.3 软件的设计和实现将具有下列

47、特点：（1）各功能软件将在适合计算机本身操作系 统环境的前提下进行设计 ,不要求理发计算机操 作系统；（2）软件将高度模块化,以便修改时减少对其 它部分的影响、并使测试和调整程序简化；（3）在应用程序、操作系统和数据库之间将 建立简明的接口；（4）程序之间的数据将做到共享。2. 操作系统：（1）UNIX 操作系统能为中央处理机的时间存贮空间和I0设备提供有秩序和有效的管理。 该系统是实时多任务操作系统，具有事件驱动， 进行多用户编程和专门开发实时控制程序的能 力。UNIX操作系统、TCP/IP软件、X-WINDOW 软件为符合国际开放系统标准的系统软件。2）操作系统将具有下列特点a. 具有计算

48、机设备支持及一定实时性的操作系统。b. 操作系统在所提供的硬件构造中具有衫成功的经验。c. 不需要重新开发。d. 操作系统将具有以优先权为基础的任务 调度、资源管理以及任务间通讯和控制的手 段，优先级至少有 32级。e. 具有输入输出设备的直接控制能力。f. 可执行高级语言编辑的各种程序。g. 能将数据从一种格式转换成另一种格 式。h. 执行诊断检查、自动切除故障和自动重新启动。i. 对系统的启动、终止、监视、组态和其它 联机活动将有交互式语言、命令程序支持。j. 将通过任务名称、数据名称和操作桔 来实现软件相互连接。k. 为系统生成提供服务。l. 提供文件控制功能、包括文件的打开、关闭、读出

49、和记录的基本存取方法。m. 操作系统应具有错误检测和校正的标准 程序。3. 支援程序和产用程序：在操作系统的管理下，支援程序可以改善程序 和应用程序的性能、实用程序可以改善操作维护 程序的性能和用作执行日常任务的程序。 将提供的支援程序和实用程序及特性如下：（1）将提供的支援程序和C高级语言编译程 序，以进行应用软件的开发，并允许通过 CRT 终端交互式地进行程序的开发和试验，还将支持 交互式数据库编辑程序、交互式图象编辑程序及 交互式报表等编辑程序。（2）具有容易使用和代码汇编的装配程序。3）具有计算机和接口设备同步联机诊断软件以及脱机诊断软件，联机诊断将不破坏（4）实用操作。具有通过CRT

50、终端对应用软件进行检验和修改的衫程序。5）具有存贮器转存的实用程序。4. 通讯软件：通讯软件的研制基于TCP/IP网络接口和标准 UNIX IPC 接口。它采用 Client（客户）-Server（服 务器）模式，其工作方式如图2所示。MSG TCP/IP MSG INFO 或 IPC INFOApplMSG-INFO uNet/IPCTCP/IP-或 IPCNct/IPCMSG-INFQSetverP过gServerP瞬图2：通讯软件Client/Server模式务。为全分布系统的全部资源，数据共享提供了必需的条件和有效的保证。同时通讯软件中还有冗余双结点的管理工作，即系统冗余。5. 数据库

51、：数据库开发基于 UNIX 标准库，在研制上我们 自己定义并开发了适用于水电厂监控系统应用 的数据库语言，用户可用这种语言为系统的各结 点定义数据库，并规定数据在适当时间或事件发生时应完成的操作。数据库加载程序对用户编写 的数据库语言程序进行语法检查，并按要求建立 数据库；数据库管理程序借助通讯软件为整个系 统提供数据库的服务；数据库运行程序对数据中 的算术，逻辑运算进行操作，并对实时数据进行刷新，见图 3。图 3：数据库的工作方法目前数据库语言包括如下数据类型及功能：（1）设备操作：*AIN 模拟量输入*DIN 数字量输入*SOE 顺序事件记录*DOUT 数字量输出*AOUT 模拟量输出*P

52、ID 比例积分微分操作（2）关系计算：如大于、小于V、等于=等（3）逻辑操作：如与、或、非、异或等（4）算术操作： 如加、减、乘、除、模、绝对值、开方、指数 对数、三角函数。（5）其它还有：报警操作，报表操作，表达 式操作等组成一个功能完善的数据库语言。数据库管理软件将满足下列要求： *支持应用软件直接迅速存取数据、以及 对数据的修改查询和扩充。 *保持应用程序和数据之间的高度独立性。*保持数据库中数据的可靠性。将采取措 施确保有效的数据记录在数据库中。*提供数据保护、以防人为或程序造成的 不正当修改。*应用软件中使用任何编程语言编制的应 用程序都可以使用数据库中的数据。 *完成性能监视的统计

53、、资料。6. 图形人机接口：图形人机接口的开发基于 X Window、Motif 和 UNIX 标准库。它提供一个交互式的图形编辑 程序供用户产生人机接口的画面，并可由用户定 义图形与数据库及顺控语言之间的连接，以便由 实时图形软件显示出反映现场情况的动态的画 面及操作流程。 图形人机接口的软件工作善如图 4所示。数据库图形文件库_k动态操作第46页共57页图 4：图形人机接口的工作状况（1）其中图形功能提供了：矩形、多边形、线、折线、圆（弧）、网格、ASCII字符、汉字、Bitmap及符号操作等目标。（2）操作提供了： 选取、移动、删除、拷贝、存取、改变颜色、 改变线型、改变填区型、改变字型

54、等。（3）动态连接提供了：变颜色、变数字、读写数字、变尺寸、闪光 趋势、键写数、启动顺控、键调画面，发数据给 顺控，信息窗口等功能。=1人机通讯软件将允许操作员在不详尽了解系 统知识的情况下，能增加或修改操作员命令、显 示型式和记录型式。7. 顺序控制： 顺序控制以 UNIX 标准库为基础开发。它提供 给用户一个语法结构和习惯风格类似于 C 语言， 适合于电厂监控的顺序控制语言。用户可根据操作对象的工作特点及要求，根据运行人员的习惯及电厂的有关规程，编写自己希望的顺控程序。 顺控管理程序负责启动管理各顺控执行程序及 对条件有限制的顺控程序加锁等。顺控执行程序 检查顺控程序语法，负责执行对一个顺

55、控流程的 操作，并完成与数据库及人机接口的信息交往。 顺控软件的工作方式见图 5。图5：顺控软件工作方式8. 报表：报表程序以X Window和UNIX标准库为基础 开发。首先研制了一个报表编辑文件，这时规定了报 表格式及与数据库报表功能块的连接定义。为了支持所见即所得功能，报表管理功能不仅支持 报表的打印而且还支持报表的显示。 报表与数据库的连接支持四种类型，即浮点数 整形数、字符串、时间。9. 驱动软件：开放环境的全分布监控系统对设备的选择应 更加多种多样。为了保证这一点，几乎所有的软 件都做到与应用和设备无关，但对驱动软件说来 与设备是相关的。目前支持的设备驱动程序，以UNIX标准库为

56、基础开发，主要作为数据库与LCU （或称RTU） 的接口。10. 高级应用：目前高级应用的范围定为：*AGC/AVC*中调对监控系统的控制及设定（广域 通讯）*专家系统（包括仿真培训、智能报警 等，本系统中不选用） *其它的特殊应用11. 应用管理：应用管理软件基于 Motif、X window、UNIX 标准库基础开发，其目的对整个颁系统进行管*各进程的启动（包括远程启动）*操作员的使用级别管理及系统安全性系统性能1. 实时性： 系统的实时性反映在系统的响应时间上，它们包括了主机处理、存贮器存取、I/O接口响应， 1.1 数据采集时间：1)23456)电气模拟量采集周期S2秒； 温度量采集周

57、期 2-20 秒；一般非电气模拟量采集周期0秒； 中断型开关量采集分辩率0毫秒； 脉冲量采集连续无延迟脉冲计数累加 数字量采集0秒； 1.2 控制响应时间：(1)从控制指令发出到执行机构接收并执行该指令的响应时间0秒；(2) 主机数据库响应所有LCU变化数据的时间 2秒；(3) 从任何一个现场 LCU 采集到的变化数据送 到主机数据的库的时间2 秒；(4) 90%的画面调用响应时间3秒；(5) 已显示画面数据动态刷新时间2 秒；( 6)操作值班人员指令发出到检验显示回答时3秒；( 7)相关信息显示及音响不同特性响应时间 1秒；(8) 自动发电控制执行周期16 秒；(9) 经济运行功能处理周期

58、30 分种；（10）低频自启响应时间3 秒；（11）自动电压控制执行周期S12秒；2. 可靠性：（1）计算机MTBF80OO小时；（2）现场控制单元 MTBF16000 小时3. 可利用率（可用性）：（1）计算机监控系统全系统可种用率99.96%；（ 2）系统运行中的可用性考核计算所取时间以 设备投运后一年时间为限；3）非关键性故障以及冗余部件中不影响功能 的故障，不计入故障时间中；4. 可维护性：设备平均故障排除时间4小时1）设备具有自诊断和寻找故障的程序，按照现场可更换部件水平确定故障点；2）软件故障检测可准确到任务级； 3）具有便于试验和隔离故障的断开点；4）配备有合适的专用实装和拆卸工

59、具；（5）互换件和不可互换件应有保证识别的措 施；（6）预防性的维修所造成的磨损性故障将尽 量减少；（7）提高硬件的代换能力；5. 系统安全性：=J系统的安全性、容错性主要由系统全分布方式 保证。由于各节点独立，每节点的退出不影响系 统的其它部分，或者说对系统的影响最小。为了 保证每一节点的可靠性，LCU、CPU各节点与 相邻节点 CPU 冗余。主计算机和工作站都是两 个以上节点冗余，使系统整体和局部的安全性均 为最佳。系统通讯采用光纤以太网，使现场的强电磁干 扰对网络通讯无丝毫影响。为保证网络通讯的绝 对可靠还可考虑使用双网络冗余。本系统的用户对图形、顺控流程、打印报表、 操作票的格式内容均

60、可在线修改、生成。这种修 改要求修改者有一定的用户级别并知道该级别 的口令。数据库的各节点均可独立修改，此时系 统其它部分照样工作，本节点退出。系统的各部分功能可以移动。如主计算机的一些功能可以移至工作站，工作站的功能在主计算机硬件允许时也可以移至主计算机。工作站的数量可以增加，不需增加软件投资。LCU的数量和功能也可由 于电厂的扩充而扩充。以上变动均不影响系统的 正常工作。计算机监控系统有判断不合适或者不希望的 动作和状态的能力，其结果将产生报警或拒绝执 行或两者兼。安全性包括以下三个方面：（1）操作安全性：a. 为系统每一功能和操作都提供检查 和校核；b. 当操作有误时能自动地闭锁并产生

61、报警；c. 任何自动及手动操作都可以记录、 存贮并做出提示；d. 按控制层次实现操作闭锁，其优先 顺序为 LCU 最高，主控级次之，中调 最低。2）通信安全性：a. 系统的设计将保证报文信息的一个信息错误不会导致系统关键性故障（如外部设备的误动作，系统主要功能故障或系统作业的故障）；b. 定期地通过正常使用或通过测试信息来证实通道工作正常；c. 系统与远程终端及调度系统的远程通信的信息了错控制将保证在每 10 的 4 次方位有1位错误的限制下工作时未检测出位错误的概率不大于 10 的负 10 次方；d. 主机系统与 LCU 之间：主机将对上行数据采集信息进行有效性合理性判断，如果连续三次发生异

62、常则判定通道故障并进行通道切 换及报警。LCU响应主机发出的控制指令也 应当接受三次，当三次数据相同且经判定无误 后指令方可执行，若其中有一次数据异常则判 定为故障，同时闭锁该操作指令并报警。3）硬件、软件及固件的安全性：a. 具有电源故障保护和自动重新启动 的功能；b. 初使状态可以预置并进行重新预 置；c. 有自检能力，检测出故障时能自动警；d. 设备故障时可以自动切除和自动切 换；e. 系统中任何地方单个元件的故障都 不应造成生产设备的误动作；f. 软件具有自我防疫能力；g. LCU地址使用固件。6. 系统可扩性和可变性：（1）可扩充性：a. CPU的平均负载率不超过50%b. 磁盘使用率在任何一个 3 秒周期内不超过50%c. 通道利用率最大不超过70%d. 系统具有一定的开放能力，在功能、配 置、通信接口等方面均有一定的扩展能力。2）可变性：a. 系统允许用户补充、修改被测点的定义、定值、单位、