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摘要：计算机监控系统是水电厂运行管理的关键，是水电厂安全生产的前提保证，它具有结构复杂、涉及面广、科技含量高的特点。本文简述了监控系统结构的发展过程，详细介绍了计算机监控系统体系结构、功能特点及其软件模块功能的实现。
关键词：监控系统；系统设计；软件模块
1. 前言
自20世纪80年代初期以来 ，国外在水电厂监控系统上普遍采用计算机监控技术，水电厂计算机监控控制水平及自动控制功能，性能的得到极大的提高，许多水电厂实现了无人值班看守。这种管理模式提高了水电厂动力设备运行的可靠性，降低了水电厂的运行成本。另外，由于水电厂计算机监控系统集成度高，减少了控制系统的占地面积及外部电缆数量，因此降低了水电厂的建设成本[1]。
充分提高水电厂自动化监控水平和经济运行水平，对保证国民经济的迅速发展有着极其重要的意义。电力生产过程的特点是，电磁干扰大，信号量多而广，控制对象多（包括水电机组、辅助设备、开关站等），控制过程复杂。对
作者简介：李海峰（1982-），男，江苏南通人，工程师，主要从事水电厂设备维护与管理工作。E—mail：bo2345@163.com。
自动化装置的实时性、测量精度以及可靠性等方面都有较高的要求，传统的监
2. 控设备功能已越来越不能够满足电力工业日益发展的需要，而以可编程计算机控制器、工业以太网为基础的自动化监控设备以其技术先进、功能强、实时性高、可靠性好等优点而得到广泛应用[2]。同时，能够给操作人员提供了友好的人机接口界面，主要完成数据的加工处理，在主接线处画面显示数据，把数据存储到数据库和历史文件中，对开关变位和数据越限进行报警、制作数据报表等。计算机监控系统成为了水电厂自动化运行管理过程中的一大关键组成部分，其在水电厂自动化运行管理及控制实施过程中发挥着安全运行与安全监控这两个方面的重要作用[3] [4]。
3. 水电厂监控系统的设计和组成
监控系统采用的结构是分层分布，设有按被控对象分布的现地分散的现地控制级和全厂集中的主控级。计算机监控系统主要方向就是按“无人值班”（少人值守）来设计，并遵循以下的几点基本思路：
根据国内水电站自动控制技术的水平和发展方向，采用现代监控系统成熟技术，全计算机监控系统，全分布系统；
上位机系统采用主机/操作员工作站+打印服务器+通讯工作站；
操作系统采用Window NT系统；
设有AGC、AVC调节控制系统，根据节水、多发电的标准，按经济合理的原则在机组间进行最优负荷分配；
为了充分考虑与省调计算机系统之间的通信的可靠性和稳定性，计算机监控系统应实现省调对电站的远程调度。
4. 水电厂的计算机监控系统主要特点
系统采用多CPU处理方式，监控、保护配置相互独立，在站控级计算机出现异常时，保护功能仍能独立发挥作用。
系统采用全分布、开放式结构。各间隔层和站控级计算机之间相互独立，任何局部单元出现故障都不会影响其它单元或站控级设备。
各种电气参数的大屏幕液晶显示窗口和可供操作的键盘。
系统具有功能较强的人机接口、全汉化的友好界面。
系统具备防误操作功能和完善的自我诊断、自我恢复功能。
5. 水电厂计算机监控系统主要功能
4.1数据采集和处理
自动采集模拟量、开关量、脉冲量等输入的各类实时数据；
形成报警记录并发出报警音响，对接收的数据进行报警处理检查，对采集的数据进行数据库的刷新；
脉冲累积、电度量的分时累计和总计；
进行数字量、模拟量的计算、用于监视、控制和报警；
主、辅设备动作次数和运行时间等的统计并归档；
向外部系统发送其所需要的信息。
4.2状态安全监视
包括模拟量数据合理性检查、工程单位变换、模拟量数据变化及越限检查。
按照规定的格式产生报警和记录。状态量变化次数记录并归档。
对重要开关的动作和继电保护动作，按不同性质（事故、故障或状变）和发生时间的先后进行事件顺序记录，以便进行事故分析，主要有：发电机电压及以上电压等级断路器的动作停车和发电机、变压器主保护动作停车等以及35KV电壓的各级母线三相电压、频率，35KV电压等级出线的三相电流值，发电机出口电压、电流等在事故期的事故追忆。
对发电机定子温度、轴承温度、主变油温等进行趋势分析。
4.3控制操作
运行人员可以在控制台上做发电、停机、空载、P/Q调节、主变有载分接头升、降和开关（或刀闸）合、分等控制操作。计算机对运行操作分为两类命令，对命令的合法性检查和控制的闭锁条件检查，对非法命令和不满足闭锁条件的控制操作，监控系统将拒绝执行，并显示操作信息区提示拒绝执行的具体原因。
4.4自动电压控制（AVC）
电压自动控制能适应电站的实际运行方式，它能根据电站开关站母线电压，对全厂无功进行实时调节，使开关站母线电压维持在给定值处运行，在运行机组间合理分配电站无功。
4.5自动发电控制（AGC）
自动发电控制能根据调度中心要求的发电功率或下达的负荷曲线，同时考虑效率特性曲线，或确定最佳运行的机组台数、机组的组合方式和机组间最佳有功功率分配，对全厂的机组的有功功率进行控制。
4.6系统通信功能
与外部系统（省调）之间的通信；
与厂内其他子系统的通信；
与时钟同步装置的通信。
系统能正确接收GPS时钟信息，以实现本系统内各节点与系统实时时钟的同步。 4.7人机接口及操作
人机接口能使电站的运行操作人员、维护人员和系统管理工程师，通过操作员站、工程师站等的人机接口设备，如显示器、通用键盘、鼠标以及汉字打印机等，实现对电站的监视、控制及管理功能。其基本功能和操作如下：
（1）人机接口满足要求
对电站设备操作员只允许进行监视、控制调节和参数设置等操作，而不允许修改或测试各种应用软件；
人机接口操作方法简便、灵活、可靠；
任何人机联系请求无效时显示出错信息
给不同职责的运行管理人员提供不同的安全等级操作权限；
运行人员能根据操作权限在控制台方便准确地设置或修改运行方式、负荷给定值及运行参数限值等；
操作过程中操作步骤简单明了，有必要的命令校核及闭锁功能
运行人员能根据操作权限完成参数设值及输入点状态设值。
（2）画面显示
运行人员能通过键盘或鼠标选择画面显示。画面显示功能做到组织层次清晰明了，信息主次分明，美观实用；画面图符及显示颜色定义符合中华人民共和国《电力行业标准DL/T 578-95》有关规定。屏幕显示画面的编排包括时间显示区、画面静态及动态信息主显示区、报警信息显示区及人机对话显示区。
显示的主要画面包括电站电气主接线图（其中主要电气模拟量能以模拟表方式显示），机组及风、水、油系统等主要设备状态模拟图，机组运行状态转换顺序流程图，机组运行工况图（P-Q图）、各类棒图、曲线图，各类记录报告，操作及事故处理指导，计算机系统设备运行状态图等。其画面监视的主要内容如下：
监视水轮发电机组的运行工况、工况转换及实时运行参数以及机组状态；
监视辅助设备、公用设备的运行状况；
监视机组进水阀的位置及运行状态；
监视变压器及其辅助设备运行工况及实时运行参数；
当出现故障和事故，立即发出中文语音报警。中文语音报警可通过人机接口全部禁止或禁止某个LCU单元。通过在线或离线编辑禁止或允许单个语音报警。
運行人员可以退出任何确认的误报警点。
（4）记录和打印功能
各类操作记录、事故和故障记录；
各类异常报警和状态记录、趋势记录；
事故追忆及相关量记录；
报表记录及曲线打印；
画面及屏幕拷贝。
（5）操作票
对电厂常用的重要操作如开、停机操作、倒闸操作等，系统具有专用操作票画面，内容包括有关主接线、设备状态、人机联系手段、操作步骤语句等。可对操作票进行编辑、修改、打印。
6. 软件系统功能模块实现
系统功能模块主要包括：系统配置、机组状态监测、诊断、信号分析处理、状态报告、维护、实用计算模块、网络发布等模块。
5.1：系统配置模块
系统配置主要是指硬件配置，在ENTEK IRD中完成，在ENTEK IRD中的配置完成后，在CMFD中进行刷新处理，以把ENTEK数据库中的硬件设置与CMFD中设置结合起来，并必须有一个CMFD硬件设备数据库。本数据库是取自ENTEK硬件数据库中的。
5.2：机组状态监测模块
机组状态监测分为三种图形显示：（1）单信号时间曲线图；（2）单信号实时监测屏模拟图；（3）系统全部信号实时数据表图。
单信号时间曲线图用来显示每一信号的实时时间曲线，单信号实时监测屏模拟图显示每一信号的实时棒图，系统全部信号实时数据表图在系统结构图上显示整个系统的实时数据。
5.3：信号分析功能模块
信号分析是CMFD系统的关键，只有确实可靠的、自动获取的信号分析功能才能实现系统的智能化诊断。由于在加载时会使程序运行缓慢，故此部分做成DCOM控件和DLL库。
5.4：诊断模块
诊断是CMFD软件的最终目的。本系统的在线诊断首先采用报警故障与专家系统结合，在某信号发生报警时触发诊断程序，根据故障树进入深度搜索、规则匹配，通过对等特征量的检验，最终定向故障类，给出诊断报告。
系统定期调用神经网络诊断程序对系统进行诊断，以求判别无报警发生时含有的先期故障。系统在用户的需求下进行设备故障树与专家系统结合诊断。
5.5：维护工具
维护工具主要是对数据库的维护，定时处理日常数据，以保证数据库的容量和正常运行。
5.6：网络发布模块
在这个模块中主要处理一个实时数据库和一个状态报告数据库，可以定制发布频率，控制网络发布数据量，这一部分数据库存入或连入WEB服务器中，由WEB程序调用，定时刷新和删除，确保数据的正常运行。
7. 结语
随着水电厂无人值班少人值守工作的不断深入和计算机技术信息技术网络技术的飞速发展如今的水电厂计算机监控系统应该成为一个集计算机控制通信网络电力电子为一体的综合系统不仅可以完成对单个电站还需要实现对梯级流域甚至跨流域的水电厂群的经济运行和安全监控。系统的成功应用，大大减轻了水厂运行人员的工作强度，提高了劳动生产率和经济效益。
8. 参考文献
[1] 郭谋发，曹舒.小型水电厂监控系统方案及其通信软件设计[J].中国农村水利水电，2005，（4）：103-105.
[2] 陈造怀.水电站计算机控制[M].北京：水利电力出版社，1994.
[3] 李玉成.白石窑水电厂计算机监控系统[J].电工技术，2005，（7）：37-39.
[4] 施冲，朱辰，方辉钦，黄健.水电厂计算机监控技术发展趋势分析[J].水电自动化与大坝监测，2002，26（6）：1-4.
关键词：监控系统；系统设计；软件模块
1. 前言
自20世纪80年代初期以来 ，国外在水电厂监控系统上普遍采用计算机监控技术，水电厂计算机监控控制水平及自动控制功能，性能的得到极大的提高，许多水电厂实现了无人值班看守。这种管理模式提高了水电厂动力设备运行的可靠性，降低了水电厂的运行成本。另外，由于水电厂计算机监控系统集成度高，减少了控制系统的占地面积及外部电缆数量，因此降低了水电厂的建设成本[1]。
充分提高水电厂自动化监控水平和经济运行水平，对保证国民经济的迅速发展有着极其重要的意义。电力生产过程的特点是，电磁干扰大，信号量多而广，控制对象多（包括水电机组、辅助设备、开关站等），控制过程复杂。对
作者简介：李海峰（1982-），男，江苏南通人，工程师，主要从事水电厂设备维护与管理工作。E—mail：bo2345@163.com。
自动化装置的实时性、测量精度以及可靠性等方面都有较高的要求，传统的监
2. 控设备功能已越来越不能够满足电力工业日益发展的需要，而以可编程计算机控制器、工业以太网为基础的自动化监控设备以其技术先进、功能强、实时性高、可靠性好等优点而得到广泛应用[2]。同时，能够给操作人员提供了友好的人机接口界面，主要完成数据的加工处理，在主接线处画面显示数据，把数据存储到数据库和历史文件中，对开关变位和数据越限进行报警、制作数据报表等。计算机监控系统成为了水电厂自动化运行管理过程中的一大关键组成部分，其在水电厂自动化运行管理及控制实施过程中发挥着安全运行与安全监控这两个方面的重要作用[3] [4]。
3. 水电厂监控系统的设计和组成
监控系统采用的结构是分层分布，设有按被控对象分布的现地分散的现地控制级和全厂集中的主控级。计算机监控系统主要方向就是按“无人值班”（少人值守）来设计，并遵循以下的几点基本思路：
根据国内水电站自动控制技术的水平和发展方向，采用现代监控系统成熟技术，全计算机监控系统，全分布系统；
上位机系统采用主机/操作员工作站+打印服务器+通讯工作站；
操作系统采用Window NT系统；
设有AGC、AVC调节控制系统，根据节水、多发电的标准，按经济合理的原则在机组间进行最优负荷分配；
为了充分考虑与省调计算机系统之间的通信的可靠性和稳定性，计算机监控系统应实现省调对电站的远程调度。
4. 水电厂的计算机监控系统主要特点
系统采用多CPU处理方式，监控、保护配置相互独立，在站控级计算机出现异常时，保护功能仍能独立发挥作用。
系统采用全分布、开放式结构。各间隔层和站控级计算机之间相互独立，任何局部单元出现故障都不会影响其它单元或站控级设备。
各种电气参数的大屏幕液晶显示窗口和可供操作的键盘。
系统具有功能较强的人机接口、全汉化的友好界面。
系统具备防误操作功能和完善的自我诊断、自我恢复功能。
5. 水电厂计算机监控系统主要功能
4.1数据采集和处理
自动采集模拟量、开关量、脉冲量等输入的各类实时数据；
形成报警记录并发出报警音响，对接收的数据进行报警处理检查，对采集的数据进行数据库的刷新；
脉冲累积、电度量的分时累计和总计；
进行数字量、模拟量的计算、用于监视、控制和报警；
主、辅设备动作次数和运行时间等的统计并归档；
向外部系统发送其所需要的信息。
4.2状态安全监视
包括模拟量数据合理性检查、工程单位变换、模拟量数据变化及越限检查。
按照规定的格式产生报警和记录。状态量变化次数记录并归档。
对重要开关的动作和继电保护动作，按不同性质（事故、故障或状变）和发生时间的先后进行事件顺序记录，以便进行事故分析，主要有：发电机电压及以上电压等级断路器的动作停车和发电机、变压器主保护动作停车等以及35KV电壓的各级母线三相电压、频率，35KV电压等级出线的三相电流值，发电机出口电压、电流等在事故期的事故追忆。
对发电机定子温度、轴承温度、主变油温等进行趋势分析。
4.3控制操作
运行人员可以在控制台上做发电、停机、空载、P/Q调节、主变有载分接头升、降和开关（或刀闸）合、分等控制操作。计算机对运行操作分为两类命令，对命令的合法性检查和控制的闭锁条件检查，对非法命令和不满足闭锁条件的控制操作，监控系统将拒绝执行，并显示操作信息区提示拒绝执行的具体原因。
4.4自动电压控制（AVC）
电压自动控制能适应电站的实际运行方式，它能根据电站开关站母线电压，对全厂无功进行实时调节，使开关站母线电压维持在给定值处运行，在运行机组间合理分配电站无功。
4.5自动发电控制（AGC）
自动发电控制能根据调度中心要求的发电功率或下达的负荷曲线，同时考虑效率特性曲线，或确定最佳运行的机组台数、机组的组合方式和机组间最佳有功功率分配，对全厂的机组的有功功率进行控制。
4.6系统通信功能
与外部系统（省调）之间的通信；
与厂内其他子系统的通信；
与时钟同步装置的通信。
系统能正确接收GPS时钟信息，以实现本系统内各节点与系统实时时钟的同步。 4.7人机接口及操作
人机接口能使电站的运行操作人员、维护人员和系统管理工程师，通过操作员站、工程师站等的人机接口设备，如显示器、通用键盘、鼠标以及汉字打印机等，实现对电站的监视、控制及管理功能。其基本功能和操作如下：
（1）人机接口满足要求
对电站设备操作员只允许进行监视、控制调节和参数设置等操作，而不允许修改或测试各种应用软件；
人机接口操作方法简便、灵活、可靠；
任何人机联系请求无效时显示出错信息
给不同职责的运行管理人员提供不同的安全等级操作权限；
运行人员能根据操作权限在控制台方便准确地设置或修改运行方式、负荷给定值及运行参数限值等；
操作过程中操作步骤简单明了，有必要的命令校核及闭锁功能
运行人员能根据操作权限完成参数设值及输入点状态设值。
（2）画面显示
运行人员能通过键盘或鼠标选择画面显示。画面显示功能做到组织层次清晰明了，信息主次分明，美观实用；画面图符及显示颜色定义符合中华人民共和国《电力行业标准DL/T 578-95》有关规定。屏幕显示画面的编排包括时间显示区、画面静态及动态信息主显示区、报警信息显示区及人机对话显示区。
显示的主要画面包括电站电气主接线图（其中主要电气模拟量能以模拟表方式显示），机组及风、水、油系统等主要设备状态模拟图，机组运行状态转换顺序流程图，机组运行工况图（P-Q图）、各类棒图、曲线图，各类记录报告，操作及事故处理指导，计算机系统设备运行状态图等。其画面监视的主要内容如下：
监视水轮发电机组的运行工况、工况转换及实时运行参数以及机组状态；
监视辅助设备、公用设备的运行状况；
监视机组进水阀的位置及运行状态；
监视变压器及其辅助设备运行工况及实时运行参数；
当出现故障和事故，立即发出中文语音报警。中文语音报警可通过人机接口全部禁止或禁止某个LCU单元。通过在线或离线编辑禁止或允许单个语音报警。
運行人员可以退出任何确认的误报警点。
（4）记录和打印功能
各类操作记录、事故和故障记录；
各类异常报警和状态记录、趋势记录；
事故追忆及相关量记录；
报表记录及曲线打印；
画面及屏幕拷贝。
（5）操作票
对电厂常用的重要操作如开、停机操作、倒闸操作等，系统具有专用操作票画面，内容包括有关主接线、设备状态、人机联系手段、操作步骤语句等。可对操作票进行编辑、修改、打印。
6. 软件系统功能模块实现
系统功能模块主要包括：系统配置、机组状态监测、诊断、信号分析处理、状态报告、维护、实用计算模块、网络发布等模块。
5.1：系统配置模块
系统配置主要是指硬件配置，在ENTEK IRD中完成，在ENTEK IRD中的配置完成后，在CMFD中进行刷新处理，以把ENTEK数据库中的硬件设置与CMFD中设置结合起来，并必须有一个CMFD硬件设备数据库。本数据库是取自ENTEK硬件数据库中的。
5.2：机组状态监测模块
机组状态监测分为三种图形显示：（1）单信号时间曲线图；（2）单信号实时监测屏模拟图；（3）系统全部信号实时数据表图。
单信号时间曲线图用来显示每一信号的实时时间曲线，单信号实时监测屏模拟图显示每一信号的实时棒图，系统全部信号实时数据表图在系统结构图上显示整个系统的实时数据。
5.3：信号分析功能模块
信号分析是CMFD系统的关键，只有确实可靠的、自动获取的信号分析功能才能实现系统的智能化诊断。由于在加载时会使程序运行缓慢，故此部分做成DCOM控件和DLL库。
5.4：诊断模块
诊断是CMFD软件的最终目的。本系统的在线诊断首先采用报警故障与专家系统结合，在某信号发生报警时触发诊断程序，根据故障树进入深度搜索、规则匹配，通过对等特征量的检验，最终定向故障类，给出诊断报告。
系统定期调用神经网络诊断程序对系统进行诊断，以求判别无报警发生时含有的先期故障。系统在用户的需求下进行设备故障树与专家系统结合诊断。
5.5：维护工具
维护工具主要是对数据库的维护，定时处理日常数据，以保证数据库的容量和正常运行。
5.6：网络发布模块
在这个模块中主要处理一个实时数据库和一个状态报告数据库，可以定制发布频率，控制网络发布数据量，这一部分数据库存入或连入WEB服务器中，由WEB程序调用，定时刷新和删除，确保数据的正常运行。
7. 结语
随着水电厂无人值班少人值守工作的不断深入和计算机技术信息技术网络技术的飞速发展如今的水电厂计算机监控系统应该成为一个集计算机控制通信网络电力电子为一体的综合系统不仅可以完成对单个电站还需要实现对梯级流域甚至跨流域的水电厂群的经济运行和安全监控。系统的成功应用，大大减轻了水厂运行人员的工作强度，提高了劳动生产率和经济效益。
8. 参考文献
[1] 郭谋发，曹舒.小型水电厂监控系统方案及其通信软件设计[J].中国农村水利水电，2005，（4）：103-105.
[2] 陈造怀.水电站计算机控制[M].北京：水利电力出版社，1994.
[3] 李玉成.白石窑水电厂计算机监控系统[J].电工技术，2005，（7）：37-39.
[4] 施冲，朱辰，方辉钦，黄健.水电厂计算机监控技术发展趋势分析[J].水电自动化与大坝监测，2002，26（6）：1-4.