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1、水电站计算机监控系统概论水电站计算机监控系统概论水电站计算机监控系统是利用数字电子计算机对水电站的电能生产过程进行的一种控制。采用计算机控制的目的，是为了提高水电站的自动化水平，提高水电站的供电质量，提高水电站的安全运行水平，提高水电站的劳动生产率和经济效益。在水电站计算机监控系统中，人们用电子计算机代替传统自动控制中的控制器和控制方法，使控制过程更合理、更灵活、更及时。因此，计算机控制比传统的自动控制和自动化技术有更多的优越性和更大的经济效益。但是，计算机控制的实现仍然与传统的自动控制和自动化技术有着密切的联系，可以说，计算机控制系统是传统的自动控制技术与计算机技术相结合的产物。水电厂计算机
2、监控系统是一门涉及多种学科和新技术的综合性科学技术，近年来有了较大的进展。尤其是随着数字电子计算机(以下简称计算机)性能不断提高，价格不断降低，使得计算机在工业生产过程控制、以致水电厂自动化中的应用愈来愈更为广泛。它的应用对水电厂生产带来了巨大的效益，标志着自动化技术发生的重大变革。第一节计算机监控系统发展概况和应用意义第一台数字电子计算机于1946年正式投入运行。开始，计算机只用于军事领域。第二次世界大战后不久，人们就着手将计算机应用于非军事领域。从应用的情况来看，计算机应用于生产控制过程，大体上经历了试验阶段、实用和普及阶段以及分级控制阶段。1952年首先在化工生产中实现自动测量和数据处理
3、。1954年开始用计算机进行开环控制，操作人员可以根据计算机的分析结果进行参数的调节控制。1958年工业上第一台闭环计算机在化工生产中投入运行。由于当时计算机的价格昂贵，可靠性也差一些，因此，计算机控制的发展还是比较缓慢的。70中代以后，由于小型计算机及微型计算机的功能大大扩展，价格也比较便宜，同时可靠性有了进一步的提高，使计算控控制技术在化工、机械、纺织、航天、交通、冶金、电站等各行各业中，得到了广泛的应用。水电厂计算机监控系统的发展经历了人工监控，电话调度和远动化(遥测、遥信、遥调、遥控)监控以及以计算机为核心，以现代数据通信为基础的计算机监控系统等三个阶段。最早将计算机用到水电厂计算机监
4、控系统的是美国，那还是二十世纪的60年代，由于当时的计算机体积大、性能差、缺乏软件支持，所以当时的监控系统只能承担电厂运行参数的记录和报警等。70年代，国外计算机在水电厂得到了比较广泛的应用，完成的功能也比较复杂。1974年美国在哥伦比亚河梯级电站的大古力水电站实现闭环控制。大古力水电站现在装机容量为600万kW，是世界上第一个实现闭环控制的最大的水电站，尽管它的控制系统存在许多不足，直到现在还在不断地进行改进，但它是水电站计算机控制发展史上的一个重要里程碑。70年代以后，随着计算机技术向较高的水平的不断发展，不论是硬件的集成度、可靠性、经济性和综合技术指标，还是软件配置的丰富程度和适应性等方
5、面，都使得计算机在水电站监控系统中应用条件日趋成熟，已能承担起重要的角色。从那时开始，一些工业发达国家，在水电站中逐步采用计算机监控系统，取得了显著的效益。从应用的水平上看，各国是不平衡的，其中美国、日本、法国等国家处于领先地位。在我国，水电厂自动化应用计算机起步较晚，专业技术人员短缺，计算机资源不足，应用范围还较窄，深度也较浅。较早的主要进行以数据采集为主的试验和研究工作。六五期间，开始了以重点对水电厂计算机监控、水轮发电机调速、励磁调节、水情自动测报等方面的科研和应用试点工作。如以浑江梯级及永定河梯级水电站，富春江及葛洲坝水电厂为代表的计算机监控系统的试点；在个别电厂上进行的以微机调速和励
6、磁调节的试点，黄龙滩的水情自动测报，第二松花江的水情自动测报及水库调度自动化的试点等，这些都取得了一定的成效。在七五期间又有了新的突破。1987年10月，原水利电力部在南京召开了全国水电厂自动化技术总结和规划落实工作会议，在总结经验的基础上，制定了七五期间水电厂自动化计算机应用规划。按照规划要求，七五期间，我国将有包括葛洲坝、格鲁布、白山、浑江、永定河等30个左右的水电厂实现计算机监控和经济运行，其中五个水电站梯级实现实时经济调度，一个水电厂将试点无人值班。并且明确了通过七五规划的实现，促使我国水电厂自动化方面应用计算机技术从科研试验走上实用推广的战略目标。通过执行八五规划的近十年来，我国水电
7、厂自动化水平有了很大的提高，已有几十个水电厂实现了计算机监控。并对几个无人值班，少人值守的电站进行了重点实施，目前已取得了一些经验，这些成果和经验对我国水电厂计算机监控系统的发展必将发挥很好的推动作用。隔河岩电厂的计算机监控系统，取消了常规控制部分，采用了加拿大CAE公司供货，由CAE和长委合作开发的、国内首次实现的全计算机监控系统。该系统已于1993顺利投入运行，代表了国外90年代初水电厂计算机监控系统的发展水平。水电厂计算机监控系统之所以被引起如此的关注，并得以如此高速的发展，主要在于它具备有完成自动化功能的性能条件，即它具有大的存贮容量，快的运算速度和高的精确度等。实践证明：水电厂应用计
8、算机监控系统对提高自动化水平，保证安全运行，提高经济效益，改善劳动条件，促进技术进步都具有十分重要的意义。首先，实施计算机监控有利于提高水电厂运行可靠性。水电厂机组启停频繁，工况和出力变化迅速。梯级水电厂更是机组台数相对较多，分布范围广，运行方式复杂。这些均要求水电厂必须具有较高的自动化水平。实现全厂或全梯级的计算机监控，不仅能对影响全厂、全梯级安全运行的主要设备、关键设备进行可靠的监视，并能对故障、事故的发生给予自动报警和登录，给出故障处理指导，这不仅有利于及时排除故障，而且可以防止误操作。而对于威胁安全运行的事故则能自动实施停机保护，有利于预防事故的扩大，保证设备的安全。从而，大大提高了水
9、电厂的安全运行可靠性。其次，实施计算机监控有利于提高水电厂的经济运行水平。经济运行是水电厂(特别是梯级水电厂)提高经济效益的重要手段。梯级水电厂的经济运行包括水库的优化调度，梯级各站的负荷优化分配和站内机组的优化组合。监控系统的经济运行和相应的控制软件，能够根据水情测报系统提供的实时信息自动完成以上各级优化，从而大大提高了水能利用率。同时，可以减少机组启停次数和因此而引起的无益空转时间，达到节水多发电的目的。对于梯级水电厂而言，实现计算机监控经济运行，至少可提高经济效益2%。据有关资料，法国罗纳河梯级水电厂改用计算机集中监控之后，效益增加了4%；杜朗斯河维尔登河电厂群采用计算机监控后的效益增达
10、16%。对于大中型电厂和梯级电厂，实施计算机监控的效益是极为可观的。最后，实施计算机监控有利于提高劳动生产率。与水电开发较早和自动化水平较高的国家相比，我国水电管理模式和职工劳动生产率处于一个相对较低的层次。据有关资料，国际水电装机万千瓦占用职工人数，先进的达0.10.7人/万KW，而我国，较好的是广州抽水蓄能电厂为0.7人/万KW；而黄龙滩水电厂则达到了53人/万KW，其余的中小型电厂的情况就更不用列举了。为适应电力工业生产的需要，改革水电厂长期以来落后的管理局面，电力工业部正式提出水电厂实现无人值班(少人值守)的装备政策，以此带动整个水电厂生产管理体制的改革，促进水电厂的技术进步，提高水电
11、厂的安全经济运行水平，达到提高经济效益、社会效益的目的。从世界的范围来看，水电站的计算机监控系统正在蓬勃发展。但还处于不断更新、变化的阶段，还没有形成典型的系统，各国的计算机监控系统很少是完全相同的。随着当今世界计算机科学飞速的发展，硬件和软件的更新换代周期不断减小。可以预计，这将会对水电厂计算机监控系统带来新的变革，产生更为深远的影响。面对水电站计算机应用繁重而艰巨的任务，人才培养和专业队伍建设显得十分重要。希望通过教材内容的学习，能了解计算机在水电站中应用的知识，掌握必要的理论基础，以及提高用于解决实际工作的能力，适应水电厂计算机监控发展的需要。第二节水电厂计算机监控系统的主要任务水电厂的
12、计算机监控系统所担负的任务是多种多样的，一般依不同规模、不同形式和不同的投资而有所不同，但不外乎有以下几种主要任务：2.1发电过程自动控制水电站水轮发电机组的开停、发电、调相状态的转换，发电机的并列运行，机组有功功率及无功功率的调节，进水闸门开闭以及开度的调节，以及辅助设备的自动控制等，都可以通过计算机发出有关命令而自动执行。此外，诸如对梯级电站的经济运行，电力系统的稳定控制，最佳励磁的控制，等等，都可以由计算机来完成。2.2安全监视安全监视包括大坝的安全监测、水库防洪监测和对运行设备的监视等内容。2.2.1大坝安全监测大坝安全监测是对水电站大坝、厂房、溢洪道、船闸等水工建筑物的监测，包括对大
13、坝的位移、温度、应力、渗漏等参数的测量和显示。大坝的安全与否，影响十分重大。过去对大坝的监测做了不少工作，但总的来说，相当不系统、不全面。现在，计算机进入了控制领域，为做好这方面的工作提供了很有利的条件。2.2.2水库防洪监测水库防洪是涉及到水电站建筑物的安全和下游人民生命财产安全的重大问题。一个完整的水电站计算机监控系统，应该具有预报这部分功能，即应该设置水文预报系统。一般情况下，该预报系统可以根据水情测报系统提供的水文资料进行水力资源的计算，为运行人员提供决策资料。而在洪水季节，则应根据各方面送来的水文资料进行洪水预报，进行洪水调度计算，进行溢拱闸门的开启计算，等等。2.2.3对运行设备的
14、监视计算机监控系统对水电站运行中的发电机、水轮机及一些辅助设备的各项参数进行巡回检测，当发现这些设备的有关参数超过规定的上、下限值时，计算机便发出越限警报。对某些重要设备的关健参数，可以设置趋势记录，一旦发现有异常趋势，计算机便发出相应的警告，运行人员可以及时采取措施，防患于未然。同时，对于某些需要长期保留的重要数据，可以记入历史数据库，供以后查巡和分析之用。以上第三点属于计算机监控系统的基本任务。而对于第一和第二点可根据电厂的具体情况取舍。2.3自动处理事故水电站出现的事故往往是突然的，时间很短促，运行人员很难对事故的性质作出准确的分析判断。在没有计算机控制时，对事故的判断和处理，在很大程度
15、上取决于值班人员的经验。在设置了计算机监控系统后，计算机便对水电站的设备进行在线监视，对运行设备的各种参数进行记录和存贮，一旦发生事故，计算机便对事故进行分析，然后再执行有关的事故处理程序，使事故得到及时的处理，同时还记录了事故的性质、发生的时间和地点。2.4最优发电控制计算机对水电站的控制，最直接的目的就是进行最优的发电控制。控制的主要目的如下：(1)根据电力系统对水电站有功功率的需要，调节水轮机导叶的开度，输入所需的水量。(2)保证机组的最优配合和负荷的最优分配。当水电站接受上一级调度下达的发电任务之后，水电站运行人员必须根据本电站的机组数、各机组的技术性能，进行合理的组合，使各机组发挥最
16、高的效率，使整个电站以最小的耗水量发出最多的电能。为了达到这个目的，必须制定合理的数学计算模型，由计算机进行计算，将各种可能运行组合的结果进好比较，筛选出最优方案。(3)保证水电站的电压质量及无功功率的合理分配。这项工作，由运行人员根据电力系统对本电站的要求，给计算机输入控制电站母线电压的上下限值，将无功功率分配给各发电机组。2.5水库的经济运行计算机要对库区的雨量和水位资料进行计算，给出短期的水文预报；有条件的时候，还要根据水情测报系统提供的资料，进行长期的水文预报。根据这两项预报，计算出24h的流量过程线，在给定的负荷调整范围内，由计算机给出24h负荷运行建议，供调度人员选用；更长时间的流量过程线，可以进行更长时间内的调度预报。这些工作是水电站经济运行的基础，也是合理利用水能资源所必须进行的工作。第三节水电厂计算机监控系统基本模式水电厂计算机监控系统的模式可根据计算机在水电厂监控系统中的作用和采用的控制方式两个方面来划分。3.1水电厂计算机监控系统
