關(guān)鍵詞：系統(tǒng),水電廠,設(shè)備,發(fā)展,控制,網(wǎng)絡(luò),結(jié)構(gòu),智能,技術(shù) 1. 前言 隨著水電廠“無人值班”（少人值守）和狀態(tài)檢修工作的不斷深入開展，對水電廠的生產(chǎn)運行和管理提出了更高的要求；以“廠網(wǎng)分開、競價上網(wǎng)”為基礎(chǔ)的電力體制的改革也對水電廠自動化技術(shù)提出了新的要求。計算機技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，給水電廠自動化系統(tǒng)無論在結(jié)構(gòu)上還是在功能上，都提供了一個廣闊的發(fā)展舞臺。水電廠自動化也必須適應(yīng)新的形勢需要，發(fā)展成為一個集計算機、控制、通信、網(wǎng)絡(luò)、電力電子為一體的綜合系統(tǒng)，具備完備的硬件結(jié)構(gòu)，開放的軟件平臺和強大的應(yīng)用系統(tǒng)。不僅可以完成對單個電廠，還要進一步實現(xiàn)對梯級、流域、甚至跨流域的水電廠群的經(jīng)濟運行和安全監(jiān)控。本文就水電廠自動化系統(tǒng)方面作幾點探討。 2． 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 　　 2.1　硬件結(jié)構(gòu) 目前水電廠監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)基本上以面向網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，系統(tǒng)級設(shè)備大多采用以太網(wǎng)Ethernet或光纖環(huán)網(wǎng)FDDI等通用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接高性能的微機、工作站、服務(wù)器，在被控設(shè)備現(xiàn)場則較多地采用PLC或智能現(xiàn)地控制單元，再通過現(xiàn)場總線與基礎(chǔ)層的智能I/O設(shè)備、智能儀表、遠程I/O等相連接構(gòu)成現(xiàn)地控制子系統(tǒng)，與廠級系統(tǒng)結(jié)合形成整個控制系統(tǒng)。 隨著安全生產(chǎn)、經(jīng)濟管理、電力市場等功能的擴展，對計算機系統(tǒng)的能力也提出了更高的要求，在系統(tǒng)級設(shè)備中64位的工作站、服務(wù)器的選用已是絕大多數(shù)系統(tǒng)的必然選擇。高速交換式以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展克服了以往低速以太網(wǎng)在實時應(yīng)用上的不足，其更具開放性的標準，眾多生產(chǎn)廠商的支持，使其無論是在設(shè)備的選購，產(chǎn)品的更換、產(chǎn)品的價格、硬軟件的可移植性等諸多方面都比FDDI等其它網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品有著明顯的甚至是無法替代的優(yōu)勢。 對于現(xiàn)地控制單元，智能控制器加上現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)是一個很好的發(fā)展趨勢，根據(jù)IEC標準及現(xiàn)場總線基金會的定義：現(xiàn)場總線是連接智能設(shè)備和自動化系統(tǒng)的數(shù)字式雙向傳輸、多分枝結(jié)構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)。它具有如下技術(shù)特點： · 系統(tǒng)開放性； · 互可操作性與可用性； · 現(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能自治性； · 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性； · 對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性。 機組容量變大、控制信息量增多，控制任務(wù)功能增加，控制負荷加重、網(wǎng)絡(luò)通信故障都會造成現(xiàn)地控制單元控制能力的降低。針對水電廠被控制對象分散的特點采用現(xiàn)場總線將分散在現(xiàn)場的智能儀表、智能I/O、智能執(zhí)行機構(gòu)、智能變送器、智能控制器連接成一體。正好體現(xiàn)了分散控制的特點，提高了系統(tǒng)的自治性和可靠性，節(jié)省了大量信號電纜和控制電纜。因此，使用現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)比較適應(yīng)分布式、開放式的發(fā)展趨勢。當(dāng)然，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)主要是要有分散在被控對象現(xiàn)場的智能傳感器、智能儀表、智能執(zhí)行機構(gòu)的支持，而目前在水電廠中這些元件還是大量的舊式的裝備。只能逐步過度，最后取代舊式的數(shù)字/模擬混合裝備和技術(shù)，形成全新的全數(shù)字式系統(tǒng)。 2.2 軟件系統(tǒng)平臺 2.2.1 支持軟件平臺和應(yīng)用軟件包向通用化、規(guī)范化發(fā)展 為適應(yīng)開放化、標準化、網(wǎng)絡(luò)化、高速化和易用化的發(fā)展技術(shù)，計算機監(jiān)控系統(tǒng)中的軟件支持平臺和應(yīng)用軟件包趨向于通用化、開放化、規(guī)范化。從電力行業(yè)高可靠性的要求出發(fā)，在大中型水電廠監(jiān)控系統(tǒng)中的UNIX操作系統(tǒng)得到廣泛的應(yīng)用，中小型的水電廠因較多采用PC構(gòu)架的計算機，所以較多地采用Windows操作系統(tǒng)。在數(shù)據(jù)庫方面由于商用數(shù)據(jù)庫電力生產(chǎn)控制的實時性要求還難以充分滿足，因此目前較為廣泛采用的專用實時數(shù)據(jù)庫和商用歷史數(shù)據(jù)庫相結(jié)合的形式還會繼續(xù)存在。由于部分數(shù)據(jù)庫的專用性帶來了數(shù)據(jù)變換的不便，在現(xiàn)今電力行業(yè)推進信息化，數(shù)字化建設(shè)的大背景下它的不適應(yīng)性就凸現(xiàn)出來，較好的辦法是遵循統(tǒng)一的標準接口規(guī)范，使大家可在統(tǒng)一的“數(shù)字總線”上便捷地進行數(shù)據(jù)交換。 2.2.2 Web、Java等新技術(shù)的應(yīng)用 Web、面向?qū)ο蟮腏ava等新技術(shù)將越來越多地引入計算機監(jiān)控系統(tǒng)。如在大中型電廠用高性能的UNIX工作站或服務(wù)器作為全系統(tǒng)的主控機和數(shù)據(jù)服務(wù)器，而用PC機作為操作員站，由Java一次編譯，多處運行的特性，加上Internet/Intranet，Web技術(shù)的支持，不僅可輕松地在操作員站，主處理器等監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)的節(jié)點獲得同樣的人機界面，更可在廠長，總工辦公室、生技科等廠內(nèi)PC聯(lián)網(wǎng)的地方直接瀏覽到同樣的界面，甚至于在任何地點經(jīng)電話接入后也可以瀏覽到同樣的界面（為保證安全需增加必要的安全措施）。 2.2.3 功能強大的組態(tài)工具 用戶無需對操作系統(tǒng)命令深入了解，也不需要復(fù)雜的編程技巧，不論是在UNIX系統(tǒng)上還是在Windows系統(tǒng)上，都可通過組態(tài)界面十分方便地完成： · 數(shù)據(jù)庫測點定義 · 對象定義 · 現(xiàn)地控制單元的各種模件定義 · 處理算法定義 · 通信端口 · 通信協(xié)義的定義 順序控制流程生成、檢測、加載等各種功能的應(yīng)用定義以及維護，很多功能只需點擊鼠標進行選擇，既快捷方便，又避免了使用編輯程序難免產(chǎn)生的輸入錯誤，真正體現(xiàn)主系統(tǒng)服務(wù)的面向?qū)ο蟆⒖煽?、開放、友好、可擴展和透明化。 3. 強大的應(yīng)用系統(tǒng) 計算機技術(shù)發(fā)展到今天，其性能越來越高，而其價格卻越來越低，其應(yīng)用也就越來越廣泛。隨著無人值班工作向縱深的發(fā)展，也向計算機監(jiān)控系統(tǒng)無論是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上，還是功能上都提出了進一步的要求，現(xiàn)就幾個方面說明如下： 3.1 歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng) 歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)實際上是監(jiān)控系統(tǒng)的一個組成部分，只是將原來監(jiān)控系統(tǒng)中需要歷史保存的數(shù)據(jù)、事件和相關(guān)信息進行分門別類的存放在商用數(shù)據(jù)庫中，供需要時進行查詢、打印或備份。歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)以單獨的計算機來實現(xiàn)，具有美觀的人機界面，方便的操作方式和豐富多彩顯示形式。這樣的配置既減輕了監(jiān)控系統(tǒng)的負擔(dān)，減化了監(jiān)控系統(tǒng)的軟件復(fù)雜性，增加了監(jiān)控系統(tǒng)的實時性，還能通過標準數(shù)據(jù)庫接口SQL、ODBC、JDBC等與其他系統(tǒng)互連，如MIS系統(tǒng)。 3.2 效率監(jiān)測系統(tǒng) 水輪機效率的實時監(jiān)測對電站的經(jīng)濟運行有著重要的作用。水輪機的在線監(jiān)測既可用于水電廠機組在安裝竣工或大修結(jié)束后的現(xiàn)場驗收試驗，以便檢查設(shè)計、制造、安裝和檢修質(zhì)量是否滿足要求，又能通過對機組運行性能進行長期連續(xù)監(jiān)測，提供在不同的水流和工況條件下水輪機性能的實時數(shù)據(jù)，為確定電廠經(jīng)濟運行中的開機臺數(shù)和負荷優(yōu)化分配以及機組的狀態(tài)檢修等提供參考。因此水輪機效率在線監(jiān)測一直是實現(xiàn)電廠經(jīng)濟技術(shù)指標考核和經(jīng)濟運行的一個重大科技攻關(guān)課題。隨著計算機、通信、信息、測控等一系列新技術(shù)的迅速發(fā)展和在電廠的應(yīng)用，給效率在線監(jiān)測項目的開發(fā)提供了成熟的技術(shù)基礎(chǔ)。當(dāng)前，以廠網(wǎng)分開為基礎(chǔ)的電力體制改革方案已經(jīng)出臺，電力市場競價上網(wǎng)亦將成為必然的發(fā)展趨勢，因此，在保證安全運行，滿足電力系統(tǒng)要求的基礎(chǔ)上，不斷提高水資源利用率，設(shè)備可用率，減少運行和維護費用，已成為每個電廠迫切需要開展工作，以提高自身競爭力面向市場的重要目標。 3.3 狀態(tài)檢修系統(tǒng) 這是水電廠的一個熱門課題，設(shè)備狀態(tài)檢修和設(shè)備運行壽命評估，既是設(shè)備檢修工作發(fā)展的必然趨勢也是一項技術(shù)性很強的系統(tǒng)工程。狀態(tài)檢修主要利用現(xiàn)代化先進的檢測設(shè)備和分析技術(shù)對水電廠主設(shè)備的某些關(guān)鍵部位的參量，如：機組的振動和擺度，發(fā)電機絕緣，發(fā)電機空氣隙，尾水管真空及壓力脈動，定子局部放電，變壓器絕緣等數(shù)據(jù)進行在線實時采集、監(jiān)視，經(jīng)過集合了現(xiàn)場積累的運行、檢修、試驗資料和專家經(jīng)驗的智能（專家）系統(tǒng)，綜合分析其運行規(guī)律，并預(yù)測設(shè)備可能存在的隱患，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備所存在的缺陷和故障，對運行設(shè)備有針對性的維護。在實施中，它可作為一個相對獨立的系統(tǒng)，但目前國內(nèi)大多數(shù)水電廠都有了較完善的計算機監(jiān)控系統(tǒng)，集聚了大量監(jiān)測設(shè)備，從節(jié)省投資與實際應(yīng)用的角度來看，狀態(tài)檢修系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)之間有大量的數(shù)據(jù)需要共享，在考慮狀態(tài)檢修系統(tǒng)時應(yīng)與已建成的監(jiān)控系統(tǒng)作統(tǒng)籌考慮，使兩者有機地結(jié)合起來，既可省去一些重復(fù)部件的投資，又可以使運行管理人員在執(zhí)行實時生產(chǎn)控制時，隨時監(jiān)視到生產(chǎn)設(shè)備的健康狀態(tài)，以合理地確定設(shè)備所承擔(dān)工作負荷的大小。也可以由經(jīng)濟生產(chǎn)調(diào)度軟件根據(jù)這些數(shù)據(jù)自動地考慮一下設(shè)備的健康與工作負荷問題，使生產(chǎn)調(diào)度更合理。 4. 結(jié)束語 根據(jù)水電廠運行方式和檢修方式的發(fā)展趨勢，對水電廠自動化硬、軟件系統(tǒng)相關(guān)方面發(fā)展進行了探討。目前，水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)已比較成熟，在大中型水電廠和新建電廠中都已成功應(yīng)用。文中提及的系統(tǒng)都是同計算機監(jiān)控系統(tǒng)密切相關(guān)的。它們可配置成相對獨立的系統(tǒng)，通過高速網(wǎng)絡(luò)與計算機監(jiān)控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換。也可配置成計算機監(jiān)控系統(tǒng)的子系統(tǒng)。 這樣的計算機監(jiān)控系統(tǒng)似乎應(yīng)稱之為水電廠生產(chǎn)綜合管理系統(tǒng)。它提供了水電廠從最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)采集和設(shè)備控制直到面向電力市場的經(jīng)濟運行決策的一整套完善服務(wù)功能，使電力生產(chǎn)的現(xiàn)代管理更上一個新臺階。 參考文獻 [1] 王強、韓顏祥 電力系統(tǒng)廠站及調(diào)度自動化綜述，電力系統(tǒng)自動化2000年第24期 [2] 顧景芳、方輝欽、周志清等 我國水電廠自動化輝煌業(yè)績回顧及新世紀展望，水電自動化與大壩觀測　2002年第1期