浅谈计算机监控系统在水电厂的应用

【摘要】金龙潭水电厂机组运行的自动化程度很高，但是在运行中也多次出现过计算机监控系统“死机”现象主要原因是计算机监控系统受内部因素和外界环境的影响。提高计算机监控系统的可靠性应从应从设计、选型、安装、调试到运行维护多方面进行改进。结合金龙潭水电厂计算机监控系统的实际运行情况，阐述水电厂监控系统可靠性和计算机监控系统在“无人值班、少人值守”模式中的作用及认知。

【关键词】SCADA；计算机监控系统；“死机”；可靠性；无人值班、少人值守

1、引言

为了解决金龙潭水电厂机组发电控制的需要，提高机组运行控制中的自动化程度，减少值班人员在值班过程中的操作步骤，并且为了保证发电安全监控运行的应用要求，在发电机控制室配置了电站运行过程计算机监控系统SCADA.金龙潭水电厂的计算机监控系统由国电南瑞公司负责研制开发的；系统自2004年投入运行以来，各种运行工况基本正常。这套计算机监控系统能实时、准确、有效地完成对电站被控对象的安全监控。其主要功能如下：数据采集和处理、安全运行监视、事件顺序记录、事故、故障报警及记录、事故追忆和相关量记录、控制操作和负荷调节、操作指导、自动发电控制（AGC）、自动电压控制（AVC）、统计记录与生产管理、人机接口、数据通信、历史数据库、系统自诊断与冗余切换、软件开发与维护、操作培训。

2、各级功能的分配：

水电厂计算机监控系统分为上级调度、电站级控制、现地控制和现地测试及维护级。金龙潭水电厂算机监控系统与四川省电力调度中心进行通信，接受调度中心的实时监控。上级调度的值班人员，通过调度中心的调度计算机系统，经通讯通道与电站计算机监控系统通信，实现遥测、遥信、遥控、遥调。电站监控系统在收到四川省电力调度中心传送的AGC/AVC命令后完成最优发电计算，根据电站各个设备的状况和约束条件，确定各个机组负荷分配，确定开机台数，机组组合和机组间负荷分配，并执行闭环或开环操作。现地控制单元LCU作为电站监控系统的现地控制层，向电站级和上级调度上行发送采集的各种数据和事件信息，接受电站级和上级调度的下行命令对设备进行监控，又能脱离电站级独立工作。因此在系统总体功能分配上，数据采集和控制操作的主要功能均由LCU完成。其它的功能如电站运行监视、事件报警、AGC、AVC、与外系统通讯、统计记录等功能则由计算机监控系统完成。

“REMOTE（远方）/LOCAL AUTO（现地自动）/LOCAL MAN（现地手动）”方式转换开关设在LCU现地控制级处。“现地自动”方式通过PLC程序进行自动控制，“现地手动”方式通过常规控制回路提供的开关、按钮进行手动控制，“远方”方式接受厂站控制级控制。四川省电力调度中心控制方式转换开关（软开关）设在电厂中控室厂站级。当该转换开关切至“FAN”时，才能由中控室控制；当该转换开关均切至“调度”时，才能接受调度中心控制。正常运行时，由电站级监控系统对电站进行远方实时控制、安全监视及调度管理。

3、计算机监控系统故障

由于水电厂在地域、环境、功能等方面的诸多不同，因此在计算机监控系统整体设计中、还有一些不足之处，使用前有的系统还未达到常规仪表那种运用自如的程度、不能发挥出应有的作用。

因此对金龙潭水电厂发电监控系统在运行中暴露出的问题和对其他水电厂使用的计算机监控系统运行中的不正常的运行状态主要表现在系统“死机”和设备故障信号“误报”现象上。

金龙潭水电厂上位机采用的是NC2000系统，LCU站采用南瑞集团自主研发的第一代MB80 PLC系统、该系统自在金龙潭水电厂投运以来，陆续出现CPU模件、温度模件、通讯模件死机现象。CPU模件、温度模件、通讯模件死机现象高峰时达到间隔2小时就发生一次死机，存在较大的生产安全隐患。

计算机监控系统运行中的“死机”是目前应用中经常碰到的一个难以解决的问题，偶发性“死机”是非固定性故障，“死机”后重新启动又能恢复正常运行。

3.1主机系统故障 目前国内应用的监控系统多为二级体系结构，上位机主服务器在到操作员站。金龙潭水电厂的SCDAD系统采用的主控级双机热备用冗余系统，现地控制单元中，每台机组双CPU分布处理兼事故处理双重化系统。在实际运行过程中可以发现下位机的故障、辅助设备与LCU间的通讯、上位机与下位机间通讯的故障率较高，对工作环境（如防尘、温度）要求高，并需要特殊的维护，有些单位设计、开发的数据采集处理系统依赖于上位机。若上位机的可靠性差，出现故障，将导致整个监控系统停滞状态，计算机监控系统图1所示。

3.2前置数据采集系统故障 数据采集通道子系统是计算机监控系统的重要组成部分，对它的设计有很高的技术要求。影响其工作可靠性的因素是多方面的，如模板设计技术，抗共模干扰技术等，均可影响系统的可靠性、稳定性和测量精确度。

3.3偶发性干扰 有些现场干扰脉冲源可达千伏以上，致使计算机系统误动作，程序运行不正常造成“死机”，重者造成模块损坏。

3.4程序设计缺陷 设计上有缺陷的程序，可以较长时间的运行，一般不易发现。但在某种条件下，程序条件“相撞”，是程序飞到不应去的单元或者更本不知去向，但重新启动后又能正常运行。由于“相撞”机遇很小，难以查找或在软件上清除。

4、投运滞后及周边环境对监控系统的影响

4.1计算机监控系统投运的滞后 由于电厂技术人员不能尽快地熟悉计算机监控系统的运行维护，加上在设计、安装、调试和投运的过程经验不足，往往造成系统装置运到现场边投运、边改进设计和调试工作，延长了系统在现场恢复与投运时间，致使系统与机组不能同步投入运行。另外、现场安装、调试期间环境不良也给系统增加了运行故障的隐患。虽然金龙潭水电厂的监控系统实现了与机组同步投运，但是边设计、边安装、边投运也存在一定的安全隐患。

4.2周边环境对设备和模块的影响 水电厂自动化系统工作实时性要求高，使用条件恶劣。系统工作时影响其可靠性的因素除了气候、机械应变力外，最主要的是空间电磁干扰和传导干扰，这是因为电力系统本身就是一个强电磁干扰源。此外，控制对象为强电线路、变压器等重要一次设备，也对监控系统的安全性提出了很高的要求，因此水电厂自动化系统的可靠性十分重要。从地下电缆安装架上直接进入监控系统的地面开孔的大量的信号电缆，由于是直接进入监控系统机柜的端子上，在开孔处封堵措施不完善，是地下灰尘和潮湿的空气在机柜中形成通道，直接侵入机柜内的设备和监控系统的模块，成为监控系统故障的隐患。

5、提高监控系统的可靠性的技术措施

5.1数据采集通道装置设计与安装的可靠技术措施

5.1.1信号电缆的屏蔽与敷设 信号电缆的敷设对数据采集处理系统的测量精度、系统稳定性和可靠性均有重要的影响。应按照架空分层的原则进行敷设，动力电缆敷设于电缆架的最上层，依次下来控制电缆，最下面才敷设仪表信号电缆。电力电缆与信号电缆间应有50cm以上的距离。最好用电缆隔板进行隔离，而且避免平行走线。对模拟信号，特别是毫伏和毫安级低电平信号应采用带绝缘层的屏蔽双绞线。所有信号线的屏蔽层采用一点接地方式。为了节省投资，开关量信号可采用普通电力控制电缆敷设。

5.1.2信号分类与连接要求 大量的数据采集通过电缆送至监控系统各个模件，但是发电厂的信号源又可分为模拟信号与开关量信号两大类。摸拟量输入信号包括热电阻信号、电气信号及变送器信号等。开关量信号包括中断开关量、一般开关量和脉冲量等。对热电偶信号采用接地屏蔽、热电阻信号采用双支型、与摸拟仪表分设、开关量信号设中间继电器进行隔离等方式进行连接。

5.1.3接地 监控系统装置的接地系统是抑制噪音、防止干扰、使系统安全可靠的运行的重要保证。要求设置专用的接地网，接地电阻不得超过2欧。

5.1.4供电系统 计算机监控系统应使用不间断的、不受其他影响的独立供电系统。选用高频滤波、稳压、隔离、无触点切换等措施的不间断电源UPS，以确保在事故发生瞬间是仍然能有效的监控。

5.2监控系统装置设计与安装的可靠技术措施

5.2.1监控系统的自诊断 测量、扫描功能模块要选择对地电位的不同引起的共模干扰和对工频串联干扰有一定范围的抑制功能的产品。一般功能模块的实时在线诊断最简单易行的方法是进行在线的读、写操作的检验、定时的访问诊断。对A/D转换器的工作状态应能实时跟踪，当诊断出其工作部正常时，能及时地向处理器汇报故障源。

5.2.2数据通道的自诊断和自恢复 为解决和克服偶发性“死机”现象，仅有一般的“看门狗’是不够的，还应该有硬件的系统自诊断与自恢复功能，即建立程序运行监视程序。在线诊断出运行程序“死锁”或“飞掉”时，无论系统处于什么状态，都能自动重新启动程序运行，同时给出“死机”的故障指示和报警。若短时间内累计“死机”次数较多，则易引起维护人员的注意，及时排除故障源。

5.2.3模拟量输入信号预处理与信号互联技术 工业现场通常都储存在由于强磁场机械的开闭、信号传输中靠近动力电缆收到的干扰、不希望出现的热点偶效应、大地电位差等原因造成的噪音干扰源。系统设计必须采取信号预处理措施和采取合理的信号连接技术将噪声限制在容许的范围内，以使数据采集处理装置能适应各种工作环境。如对信号滤波、通常采用在模拟量输入通道的输入端加RC低通道滤波器可以取得良好的效果；在滤波器的输入端加上过压保护线路。可以防止维护人员因误动作串入高压而损坏元器件：热电偶信号应具有断线检查功能，以防采集处理非信号源信号：在信号源间共模干扰极强的场合，可在信号源之间及信号源与计算机间应隔离变等措施进行隔离的方法。

5.2.4装置内部的地线 装置内部应设置两块浮置接地板、就，即计算机逻辑接地和计算机保护接地。计算机逻辑接地内接数据采集装置的逻辑电源，外接专用接地网。计算机保护接地为设备屏蔽保护，外接厂房地。

6、结束语

随着中小水电厂高度智能化的发展，“无人值班、少人值守”将是未来水电厂发展的必然趋势，而计算机监控系统是实现“无人值班、少人值守”的关键。通过上述对计算机监控系统认知和分析，如何提高计算机监控系统的可靠性、智能化，最终达到提高水电厂机组运行的可靠性。

参考文献

[1]金龙潭水电厂计算机监控系统技术协议书

[2]水电厂计算机监控系统基本技术条件（DL/T 578-95）

[3]水力发电厂计算机计算机监控系统设计规定（DL/T 5065-1996）

[4]南瑞公司计算机监控系统有关说明书