水电站自动化监控系统

1、水电站自动化监控系统系统介绍概况: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的正常运行，而且系统的M T B

2、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，使系统更能适应功能的增加和规模的扩充。6.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）值班员工

3、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 PI 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）时钟同步。采用电视时钟系统与厂

4、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TCPIP，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

5、是目前国际上最高性能的计算机之一。L C U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，

6、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

7、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

8、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C

9、RT。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：LCU的CPU部分，采用工业控制微机。用以管理各自LCU的/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：

10、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/下行通讯及模拟量上/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

11、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

12、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，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23±

13、;2；冬季20±2；每小时温度变化率<5/小时；现场： 0-40，每小时温度变化率<5/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<3500粒/升；b. 现场：尘埃粒度>0.5,个数<18000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

14、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）：30-500MHz1级：30

15、-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/米；b. 抗静电干扰（ESD）：150PF-1501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10M以上，不接地直流回路对地应不小于1M（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

16、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. I/O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

17、接口参数：信号范围：电气量及非电气量：电流：DC 4-20mA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/24VDC电平。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：50Hz，220VAC，5A；

18、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：AC220V±20%；（3）输入电源频率：50Hz±5%；（4）输出电压：220V±2%；（5）输出电压波形：工频正弦波，50Hz±1%；（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AC220V±10%5.接地：5.1计

19、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0.5.5.2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0.5。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

20、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

21、-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：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

22、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

23、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

24、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、

25、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、年的平均效率；（4）机组摆度、振动上抬和压力脉动的值峰一峰计算：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

26、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

27、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

28、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

29、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、停机作有关的某些重要装置和设备的状态以及完成对其操作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

30、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

31、制与调节：全厂计算机监控系统能根据电厂当前的运行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

32、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

33、，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变化时对电力系统所产生的扰动最小。1.5.3负荷增减速度和全厂调差：在保证电厂运行安全和系统稳定的条件下，自动发电控制将能以最快的速度实现负荷的增减。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最佳的机

34、组开停机台数、机号及开停机顺序，并在各机组间合理的分配负荷。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

35、时，该功能应能自动退出并给出标志。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

36、，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

37、量及效率等。它们的初值及时间区段的设置可以通过程序或由运行值班人员通过人机对话方式实现。1.7.2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

38、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

39、。打印内容以及打印格式可以事先设定。打印方式将有定时自动打印、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、

40、画面构图合理、刷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，

41、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（包括内存、磁盘、I/O及CPU等

42、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、

43、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、作定值修改、对画面及打印格式进行修改、对运行画面进行监视、作各类离线计算等。同时，它还将作

44、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。2.4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

45、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

46、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I/0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

47、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

48、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

49、器)模式，其工作方式如图2所示。MSG TCP/IP MSGINFO 或IPC INFO图2：通讯软件 Client/Server模式电力系统各进程间提供了网络透明的通讯服务。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：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

50、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*PID 比例积分微分操作（2）关系计算：如 大于、小于、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

51、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、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。图4：图形人机接口的工作状况

52、（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。 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

53、，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

54、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理，其中包括：*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，通道传送和软件等的速度或效率。1.1数据采集时间：（1）电气模拟量采集周期2秒；（2）温度量采集周期2-20秒；（3）一般非电气模拟量采集周期2秒；（4）中断型开关量采集分辩率2毫秒；（5）脉冲量采集 连续无延迟脉冲计数累加；（6）数字量采集2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2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