关键词: 小水电 监控 Ifix
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摘要：区域小水电群集中集中控制系统是我国小水电控制发展的方向，本文详细介绍了清能公司实施区域小水电群集中控制系统的情况，Ifix软件在该系统中得到了成功运用，并取得了很好的效果，值得广泛推广应用。
1、 概述
1.1 国内外概况
水电厂一般都位于偏僻的山区，交通不便，职工生活环境较差。目前我国小水电厂普遍存在技术装备落后，完全靠人来对机组的运行情况进行现场监视和控制，自动化程度低、电能质量不稳定，且工人工作环境恶劣、劳动强度大、事故频繁、生产效率低。小水电单座电站实现无人值班的较少，对于区域小水电群的集中控制尚处于探索阶段。
随着我国电力事业的迅速发展，单座小水电厂在电网中所在容量比例越来越小，与系统容量相比，可以认为系统容量为无穷大，单座小水电的解列、并网对系统的影响很小，因此对单座小水电而言，只需考虑其自身的安全生产即可。
随着信息技术的迅速发展，计算机性能的不断提高和价格下降，可用多台计算机组成计算机监控系统来对电站进行实时监控和运行管理，这是区域小水电群可实现无人值班的技术基础。
在发达国家，经过多年的研究和发展，对水电厂的控制和管理取得了很多成果，水电厂大多实行无人值班的运行方式，职工生活在城市里，只有少数电站有很少的人员在现场进行维护管理，如法国、日本、美国、加拿大等。机组开、停、工况转换、运行监视等工作都由上级调度通过监控系统及自动装置来完成。
梯级水电厂或区域水电厂群实行计算机集中监控将逐步成为我国水电厂自动化的主流。
1.2 立项背景
清能公司目前管辖的有四座电站共十台小机组，分布在清江流域，站间最大距离五十公里。随着公司的迅速发展，所管辖的电站越来越多，运行值班人员在公司所占比例越来越大，为了提高设备管理水平、改善职工工作环境、降低劳动强度，减少运行值班人员、提高生产效率，对区域内小水电群实行集中控制和管理是公司发展和提高生产管理水平的需要。
1.3 监控对象
晒谷坪电站：
两台5.5MW水轮发电机组及其辅助设备；
油系统；
气系统；
技术供水系统；
直流系统；
机组进水蝶阀；
6KV系统；
400v系统；
渗漏排水系统等。
西寺坪电站：
六台0.5MW水轮发电机组及其辅助设备；
油系统；
气系统；
技术供水系统；
直流系统；
机组进水闸阀；
6KV系统；
400v系统；
渗漏排水系统等。
高坝洲自备电站：
两台3MW水轮发电机组及其辅助设备；
油系统；
气系统；
技术供水系统；
直流系统；
机组进水蝶阀；
6KV系统；
400v系统等；
1.4 监控系统的任务
(1) 对各电站设备实现自动监视与记录
监控系统自动完成晒谷坪站、西寺坪站、高坝洲电站运行设备数据的采集、处理及设备运行状况的自动监视与记录，包括状态信息监视，模拟量信息监视，故障/事故报警、记录与显示。
(2) 对各电站设备实现自动控制
根据电站运行方式要求，对电站设备进行操作或调节，包括机组的正常开停机、事故自动停机、机组有功、无功调节、单个设备及公用设备操作等。
(3) 电站运行管理的自动化
实现运行报表的自动生成，运行操作的自动记录，运行人员的运行日志的记录与保存，电厂设备参数或整定值的记录与保存，所有报表均可自动或召唤打印。
(4) 与调度和清江公司信息系统通信
与调度中心控制网络、公司信息网络进行通信，实现远方控制、信息资源共享的目标要求，充分发挥整个系统的综合效益。
(5) 时钟同步管理
计算机监控系统内各节点采用GPS与国际标准时钟同步。
2、 系统结构及功能
2.1 系统结构
清能公司区域小水电群综合自动化系统包括晒谷坪电站计算机监控系统、西寺坪计算机监控系统、高坝洲自备电源计算机监控系统.主干网采用交换式100M以太网，用光纤将三个站连起来进行数据通讯。采用冗余分布式、多主系统结构。系统结构图见图1。
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2.2 监控系统功能
本系统功能满足《水力发电厂计算机监控系统设计规定》、《水电厂计算机监控系统基本技术条件》和《水力发电厂自动化设计技术规范》的要求，具有如下主要功能。
(1) 数据采集和处理
(2) 安全运行监视及事件报警
(3) 生产过程的控制操作
(4) 自动发电控制(AGC)
(5) 自动电压控制(AVC)
(6) 统计记录与制表打印
(7) 人机接口与图形显示
(8) 数据通信
(9) 系统自诊断与冗余切换
3、 软件配置
监控系统的软件分为操作系统软件、SCADA软件、应用软件等。这些软件管理整个系统资源，实现实时数据采集、人机接口管理、通讯调度、控制操作、参数统计计算、数据库管理、系统自诊断等功能。
3.1 系统软件
采用WINDOWS NT 操作系统，它具有如下特点：
提供了多用户、多进程、并发文件和操作记录；
完善的用户安全机制；
功能强大、方便高效的通讯和联网能力；
具有很强的外围设备控制管理能力；
支持多种高级语言软件开发平台；
能够将数据从一种格式转换成另一种格式；
友善、美观、汉化的人机界面，使用方便、灵活；
文件管理采用性能优良的层次文件结构和多重保护机制；
具有错误检测和校正的标准程序；
可伸缩性，支持多CPU运行。
3.2 监控软件
采用INTELLUTION公司iFIX 2.5作为监控组态软件，它具有以下特点：
具有强大的图形化工具，允许用户直观地建立面向过程的实时窗口；
数据采集和数据管理；
实时过程的监测和控制；
报警和报警管理；
实时和历史趋势；
统计过程控制；
基于用户的安全系统；
方便的系统扩展功能；
强有力的开发工具，使用户可方便地开发和配置系统；
在线组态应用；
网络能力；
灵活的用户定义报表。
3.3 应用软件
(1) 数据采集与处理软件
开关量、模拟量、电度量的采集与处理
开关量变位报警处理
参数越限、复限报警处理
I/O通道故障报警处理
计算机系统综合信息报警处理
事件顺序记录与处理
电量统计
(2) 实时数据库管理软件
基本数据库管理
暂存数据库管理
画面及打印制表数据管理
计算数据管理
历史数据管理
通信收发数据管理
(3) 人机联系软件
实时时钟显示
多窗口实时画面显示与刷新
多方式画面调用
命令分析软件
命令执行与处理软件
参数修正与设置
实时信息报警及事件顺序记录窗口显示
事故追忆设置及其事故追忆历史数据显示
动态点参数表窗口显示
控制操作窗口显示
报表记录显示及打印
(4) 控制操作软件
控制方式的设置
操作安全闭锁
操作过程监视
电站或机组有功、无功负荷设置
(5) 报表管理
运行报表数据的自动记录
报表管理
定时或召唤报表打印
(6) 历史数据管理软件
事故追忆
统计计算
(7) 通讯软件
数据接收及处理
数据发送
通讯数据校验与容错处理
通信通道故障报警处理
(8) AGC软件
有功负荷分配
自动机组开停过程监视控制
稳定极限监视
(9) AVC软件
无功功率分配
(10) 自诊断软件
系统自诊断、报警和自恢复功能，包括系统各设备自检和设备间的互检。
冗余部件自动切换处理
(11) 系统时钟管理软件
GPS时钟信号接收
系统实时时钟管理
系统时钟同步
定时任务管理
(12) 网络管理软件
网络通讯管理
网络诊断处理
4、 系统特点
4.1 开放式结构，统一软件平台
全部都采用Intellution公司的iFIX软件作为监控软件，为实现集中控制统一了上位机软件平台。由于iFIX是真正分布式开放结构，避免了不同系统间数据通信接口不一致问题，便于系统集成。由于是成熟的工业软件，用户可在此平台下自由修改、扩展、开发，并进一步完善系统。
4.2 iWebServer应用
iWebServer 是Intellution Dynamics 自动化软件的一个组件，使用它通过标准的Internet浏览器就可让更多的人在企业内远程监视工厂的信息。iWebServer是一个瘦客户端应用，不需要安装任何特殊软件、驱动程序或客户应用程序。
现在清能公司的员工在办公室、在家里都可通过网络了解前方各电站的实时生产情况；节假日可在家里进行远方监视值班。
4.3 将生产管理与监控系统有机结合
将运行日志、缺陷管理等生产管理方面的功能与监控系统有机融为一体，并通过信息网络进行发布，公司经理或生产负责人可以随时了解前方设备运行情况，缺陷处理情况等。虽然各站是无人值班，但通过网络，人们离现场设备更近了。
5、 系统经济技术分析及社会效益
5.1 提高电站安全运行水平
安全运行是水电厂最重要的指标之一。为保证各水电厂的安全运行，必须对水电厂的运行工况和设备进行经常的严密监测，并做出迅速的反映。
计算机监控系统能迅速采集和处理大量信息，弥补了人的能力局限性，因而能迅速发现异常，以便及时采取措施，防止事故的发生或扩大，大大提高了水电厂安全运行水平；该计算机监控系统的成功应用，大大提高了设备运行可靠性，它能直观指出系统或设备存在的问题，增强了故障判断能力，减少了排除故障时间，增加了各电站机组的可运行小时；通过对计算机的历史统计数据进行综合分析，可对设备的健康状况变化趋势进行判断，从而对各个电站设备的运行、检修做到有的放矢，为设备进行诊断检修提供依据，所有这些都是难以用量化的数据来表达的。
5.2 减少运行值班人员
综合自动化控制系统的建立，形成了清能公司区域小水电群的统一集中运行管理。晒谷坪电站、高坝洲自备电站实现无人值班，公司减少了运行人员，节省了费用开支，降低了生产成本，提高了经济效益。
5.3 社会效益
实现区域小水电群综合控制后，提高了各电站的安全、稳定性，从而能为隔河岩电站、高坝洲电站提供更加可靠的保安电源；为隔河岩电站提供稳定可靠的技术供水。
目前，国内实施的鼓励水电开发政策，梯级或区域水电将会越来越多。单座电站一般都会采用计算机监控系统，但区域内或流域内水电厂群尚不具备集中控制功能，各电站都配有大量运行人员，因此区域内水电厂群实现集中控制是一种必然趋势。该综合控制系统的成功应用，将代表我国小水电集中控制发展的方向，具有典范作用和广泛的推广应用价值。
