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水电厂“无人值班”(少人值守)的设计思考 作者：佚名 文章来源：中国电力安全管理网 点击数：0 更新时间：2007-8-23 【字体：小 大】 湖北安全生产信息网(安全生产资料大全) 寻找资料 1前言 自从1992年能源部下发“关于新型电厂实行新管理办法”的通知以后，全国各网、省局都制定了规划，并积极组织实施。全国各地新建和改建的水电厂有按“新厂新管理办法”设计的，实行新管理办法的电厂有些是由梯级调度直接监控，有些则由网调代管运行，也有些则有总厂总控制室监控。经过近几年的试点和经验总结，电力工业部于1996年下发关于水电厂“无人值班”(少人值守)的若干规定(试行)文件，对水电厂“无人值班”(少人值守)的含义作了严格的规定。百龙滩水电厂是从1992年底进场施工到1996年初第1台机组投产发电的整个建设过程中，工程建设单位也在确定引进日本富士公司的机组设备后，明确提出了按“无人值班”(少人值守)的管理模式设计，但由于我们无这方面的设计经验，也找不到应遵循的规范和文件，一些局部具体设计始终是含糊不清或不确定。因此，直到1999年5月最后1台机组投产发电时，电厂运行管理还不能达到国家规定的一流水电厂的指标要求。 2设计 实现水电厂的无人值班运行管理，对参与运行的所有设备的可靠性提出了更高的要求。在这方面国产设备存在明显不足，其产品最大不足之处在于不稳定，尤其表现在设备重复动作的可靠性方面更明显一些。短时间内我们国家还达不到工业发达国家的产品水平。但我认为，设计人员在设计时对系统及设备的优化设计方面应有进一步解放思想的要求，这不仅表现在设计方案上更合理更经济，还应该注重实际设备运行工况的转变和环境在可控范围之内的变化。过去，我们从单个设备(独立的小系统)来认识可靠性，一旦系统环境改变，系统中部分设备损坏或不能使用造成整个系统瘫痪。这在实际工程中多次出现，只是我们没有这样分析问题。因此，设计人员应该不断积累设计经验，从广义系统的范围来认识可靠性。目前，我们的设计工作并非尽善尽美，经常有些非常机械式的设计，只有更加全面地了解被控对象和控制设备的特点，才能丰富设计内容，从而提高成套设备的运行和管理，促进我们国家整体工业水平的提高。 2.1设计假设的危险工况及对策 设计假设的危险工况体现了设计人员对被控对象的认识。水电厂水轮发电机组的危险工况主要有三大类：主设备的机械故障、电气故障、控制及保护设备故障。对前两类故障我们较清楚，而对控制及保护设备故障引发的事故问题认识不足。 通常情况下，我们设计人员对认为不可靠或非常重要的设备会采取增加冗余的方法来提高可靠性，如励磁调节器的双脉冲回路，可编程序控制器PLC的双CPU板等等，这在技术实施上难度较大，设备投资高，且实际运行的效果无法检查，可靠性未必能提高，也就是人们常说的1+1不大于2。对这种情况经我们调查分析后认为，没有采取增加冗余设计前的原设计是有一定可靠性的，而后增加冗余设计部分的可靠性并不能使整体的可靠性有较大的提高。因此，建议今后在工程设计中，尽可能采取提高单个设备可靠性的方法，这方面我们仍有许多潜力可挖掘，如可编程序控制器PLC的编程技巧，PLC的编程平台开发，组态软件的选择，实际经验的总结等。 同时，应给可编程序控制器PLC等重要的控制设备提供简易的备用控制装置，其目的就是增加主控制设备失灵时，备用控制装置能将主设备安全、平稳、迅速的停止运行。有些电站采取简易的常规电路来做备用控制装置，我认为这不符合未来电站向无人值班的方向发展，应采用简易的可编程序控制器PLC来实施，其输入信号来源可根据实际情况，或独立，或与主控制设备共享(可用二极管隔离)。有些电站也采取与常规控制电路并列运行的控制方式，如对电机的控制等，因为这部分的常规控制电路我们有丰富的经验，实际运行也很好，应该加以保留。 另一方面对控制及保护设备失灵可能引起事故扩大而采取的必须措施没有专门研究。广东抽水蓄能电站的发电设备是引进法国的，百龙滩水电站的调速器是引进美国的，它们的设备均采用“失电动作”的原理设计，且在美国IEEE标准中明确提出这个要求。我国在类似的标准中未明确提出，原因可能是以前电站总是有人工作的，因而在设计电液调速器的综合放大单元时，其输入为零，输出也为零，从而使引导阀处于自由平衡位，当工作电源消失或电路板毁坏时，电液调速器也就失去控制。在百龙滩水电站的美国电液调速器中，其综合放大单元输入为零，输出仍有电流，引导阀处于动平衡位，若工作电源消失或电路板毁坏，电液调速器将自动关机。 2.2实现“无人值班”(少人值守)的调度通讯 水电厂“无人值班”(少人值守)，在技术上遵循关于水电厂“无人值班”(少人值守)的若干规定(试行)的文件，但该文件没有明确“无人值班”(少人值守)电厂调度通讯的主要技术手段。由于通信技术发展的很快，人们在处理各种信息的时间和空间上都大大缩短了，数据信息在数据传输的数据链路控制上采用面向比特的控制方式越来越多，越来越广泛，其技术上的优点已被广泛认可。电网调度通讯的硬件投资并不大，但却是最需要制定入网规约和应用技术条款要求的部门，即要考虑已有的设备通讯问题，又要考虑今后投入的设备通讯问题，充分发挥新技术新设备的作用，使新设备的技术特点得到充分的发挥。如果只考虑已有的设备通讯，并要求新设备按旧的技术要求执行，势必影响新设备的功能。另外，上级调度所(或集控中心)直接监视的范围应该是有限的，当然，新设备把电厂中控室计算机中的信息全部上传，技术上也是可行的，关键是满足运行的需要，方便运行人员的监视和操作。因此，调度通讯主管部门应尽快制定符合实际需要的调度通讯规定。 3思想观念的改变 随着我国经济建设的发展，各行各业都在进行符合社会主义市场经济的改革。建立电力供需市场，将电源与电网经营分离，就是电力行业改革的重要内容。过去，我们提倡的电力是保障供给，原因是电力供需矛盾较大，电力供不应求，因而所制定的各种标准、规范和文件都带有这方面的指导思想。现在，在电厂有人和无人值班这个管理方式的重大改变问题上，有些标准和文件显得很落后，有些文件虽然提出来了，但其他方面的政策不配套，人们的指导观念出现了混乱，在市场竞争机制下，从项目的策划到设计，从施工到运行等等，都是以经济效益为中心的，尽快理顺人们的思想观念，制定和修改相应的标准和文件是当前不能忽视的重要工作。 4结语 水电厂“无人值班”(少人值班)包含有生产管理和设计技术两方面的内容。由于它是一个发展中的新生事物，目前基本上还处于试点工作的阶段。通过近年来的工作，特别是百龙滩工程的设计实践经验，我们对“无人值班”(少人值守)的水电厂设计工作有了一定认识，希望能与其他有志于此项工作的人员交流，共同提高认识，使许多问题能获得明确的、妥善的解决。 关于颁发水电厂“无人值班”（少人值守）的若干规定（试行）的通知 1996年7月29日，电力部各电管局，省自治区、直辖市电力局（公司）：为了加强水电厂技术改造和技术进步，推动水电厂的全面改革，不断提高水电厂自动化水平和劳动生产率，为创建一流水力发电厂奠定基础。经研究决定，现正式颁发水电厂“无人值班”（少人值守）若干规定（试行），自颁发之日起试行。请结合各地实际情况，认真贯彻执行。在执行中有什么意见和建议，请及时告部安生司。本规定的解释权属电力工业部。附件：水电厂“无人值班”（少人值守）的若干规定（试行）一、总 则为了适应电力工业发展的需要，提高设备安全运行和自动化水平，改变我国电厂管理用人多、效率低的落后局面，水电厂值班方式的改革势在必行。随着电力系统的不断发展和技术进步，设备、人员、管理等各方面的条件正在逐步走向成熟。水电厂的值班方式必将逐步从多人值班向少人、无人值班方式过渡。“无人值班”（少人值守）方式是结合我国国情的具体条件提出的，是我国多数水电厂改革的主要目标。它是我国水电厂运行管理体制改革的必由之路，必将带动整个水电厂管理体制的改革，促进水电厂的技术进步，提高水电厂的安全经济运行管理水平，达到提高“两效”和安全、文明生产的目的。水电厂值班方式的改革应采取“抓紧试点、因地制宜、循序渐进、设计先行”的方针。各主管部门应根据各自的具体情况，结合电网调度管理体制改革和调度自动化系统发展规划统一考虑，做好全面规划、指导和试点工作；认真总结经验，以点带面，一般先易后难，逐步推广。要抓紧已建水电厂的技术改造，努力提高机电设备的安全运行水平，提高机组和全厂自动化程度，加强管理，提高人员素质，积极创造条件，促其实现。主要机电设备及其自动监控设备成套从国外引进的水电厂，设备条件比较有利，更应先行一步，做出表率。对于新建工程，则应根据“新厂新办法”的指示精神，从工程规划设计上为此准备好必要的条件。为了做到有序地开展和推动，特制订本规定，以指导试点和进一步的推广工作。二、定义“无人值班”（少人值守）是指水电厂厂内不需要全天24小时内都有人值班。机组开、停、调相等工况转换操作、有功、无功功率调整以及运行监视等工作，由上级调度所（包括梯调以及网、省、地调等）或集中控制的值班人员及有关自动装置完成；但在厂内仍有少数全天24小时都在的值守人员。负责现场看守和特殊处理以及上级临时命令交办的工作。三、实现方式水电厂实现“无人值班”（少人值守），一般有以下几种方式：1、梯级水电厂（或水电厂群）实现由梯级调度所（梯调）的集中直接监控，各被控电厂实行“无人值班”（少人值守）。如梯调设在其中一个水电厂的中控室，则该厂为少人值班。2、一厂多站（指一个水电厂有几个厂房）的水电厂，实现由全厂总控制室的集中监控，各被控电厂实行“无人值班”（少人值守）。如总控制室设在其中的一个电厂的中控室，则该厂为少人值班。3、实现由上级调度所（包括网、省、地调等）直接监控的水电厂也可实行“无人值班”（少人值守）。四、条件水电厂要实现“无人值班”（少人值守）除必要的外部（电网、总厂及调度监控系统等）条件外，必须具备以下三个方面的条件：（一）设备水电厂实行“无人值班”（少人值守）对设备提出了更高的要求。对于主辅机电设备、自动监控保护设备，产品质量都应符合规定标准，性能应该良好，能够满足实际需要，运行应该稳定可靠，并有必要的，适当的备用。在正常运行情况下，能够保证对全厂的有效控制，不需要现场值守人员的干预；发生异常情况时能及时报警、自动停机、跳闸并自动采取必要的措施，避免事态扩大，减少损失，确保设备安全。1、主设备水轮机、发电机、主变压器以及高压配电装置等设备，评级应不低于部颁标准中二类设备。2、机组引水系统设备机组前进水阀、快速闸门、事故闸门等均应能可靠工作，确保机组、输水管道及建筑物的安全。3、厂用电系统（1）厂用电源系统应完善可靠，有必要的备用。（2）应有完善可靠的备用电源自动投入装置，双电源应互为备用，保证电源消失及设备故障时自动投入备用电源。4、调速器及其系统（1）调速器应能稳定运行，性能满足标准规定的要求，年平均无故障时间达8670小时以上。（2）调速器故障时应有自动停机功能。（3）压油装置应可靠工作。如补气频繁的应有自动补气装置。（4）漏油装置应有足够的容量和工作可靠。5、励磁系统（1）励磁系统应能稳定运行，性能满足标准规定的要求，年强迫退出比应不大于01。（2）静止励磁的可控硅功率柜及其风扇故障需要有自动限制无功功率和系统故障自动停机功能。（3）灭磁系统运行正常。6、机组和公用辅助设备系统自动控制以及保护系统（1）机组应能从远方以一个命令实现机组开、停机、调相等工况转换的自动顺序控制，不需要值班人员在现地的手动干预。（2）设备故障时应能自动报警，自动投入备用或自动停机、跳闸，必要时应能自动关闭机组前进水阀或快速闸门，并发出事故信号。（3）各辅助设备系统应能自动工作，保证系统运行在规定正常参数范围以内，当系统设备发生故障时自动投入备用，并发出报警信号。（4）系统中的各种自动化元件设备，包括执行元件、信号器、传感器等均应能可靠工作。（5）应结合电厂的实际需要采取必要的技术措施，如对机组振动摆度以及其他必要的水力参数的自动监测等。7、全厂自动化水电厂应装设必要的全厂自动化系统，其功能应包括自动安全监视、自动打印记录制表、自动事件顺序记录，有条件时宜有自动经济运行功能。对于装设计算机监控系统的情况，在开、停机，调相转换等自动顺序操作过程中，需要有中断程序后，能直接停机的功能。当计算机控制系统软、硬件发生故障时，仍应能自动停机、跳闸和关闭进水阀和快速闸门。8、系统调度自动化由上级调度所（主要是梯调，也可能是网、省、地调）直接监控的水电厂，应能实现上述调度所的调度自动化系统对水电厂的四遥远动直接监视控制，其范围不应低于有关规程规定的要求。9、机组及公用辅助设备系统对机组推力减载油泵、机组技术供水泵、水轮机顶盖排水泵、全厂高低压空气压缩机等都应有必要的备用，系统应能自动运行，出现异常情况时有报警信号。机组顶盖排水系统，尚应有危险水位输出可进行停机。10、直流电源系统（1）蓄电池容量应满足事故放电051小时的要求。（2）浮充电设备应能自动稳压运行，并有系统工作异常时的报警信号。11、通信系统（1）与上级调度及有关行政主管部门等应有两种可靠的通信方式。（2）调度行政通信系统应能随时召唤在厂内巡视、工作或厂外待命的值守人员。12、防火措施水电厂应有必要的防火设施，包括：（1）全厂火灾自动检测报警系统；（2）水轮发电机的火灾自动检测报警和自动灭火系统（后者通常手动投入）；发电机的冷、热风口应能方便地加以关闭（非取暖季节应固定封闭，以免被气流冲开）。（3）油浸式变压器、明敷110及以上高压充油电力电缆以及大容量油罐等应装设固定式灭火系统。变压器应有必要的隔墙和事故排油坑槽。（4）厂内建筑物的防火等级和防火措施应满足有关规范的要求。13、防止水淹厂房的措施（1）厂房集水井应有足够的容积；排水泵应有必要的备用；宜有一台为深井泵，其安装高程应考虑有一定的安全袷度；排水系统应能按水位变动自动运行，水位信号器应冗余配置。（2）机组及其引水系统的进人孔洞应密封良好。14、值守室的设施通常在临近中控室设立值守室，值守室中应有必要的通讯设备、全厂设备和全厂火灾检测报警系统的总的报警音响信号以及事故照明。15、需要经常调节开度的闸门，应装设按水位或流量自动控制调节系统。16、对电气和机械设备，应具有可靠实用的防止误操作的系统或装置，保护人身和设备的安全。（二）人员素质值守人员要少而精，素质要求高。首先是事业心要强，敢于负责。应具有与工作性质相适应的文化程度，一工多艺，一专多能。对值守人员，巡回检查和维护、设备退出运行作隔离、安全措施的操作和监护，以及随叫随到的具体分工和工作责任范围，制订其应知应会的要求。并经过培训学习，考核合格后才能正式上岗。值守人员应知：（1）水电站发电系统和设备的布置情况；（2）水电站的油、水、风系统和结构；（3）水电站一次主结线及厂用电系统；（4）水电站直流和二次系统、计算机监控系统或自动装置，以及继电保护和原理等；（5）水电站各主要设备的技术参数；（6）水电站在电网中的地位、有关电网联接和运行状况。（7）水电站某些设备临时存在的一些缺陷。值守人员应会：（1）处理一般漏油、漏水、漏气等缺陷的临时处置；（2）处理一般异常报警故障；（3）进行手动紧急停机关闭进水阀闸处理；（4）事故处理；（5）机电设备的操作切换；（6）火灾、水淹厂房等灾害紧急处理。（三）管理制度：水电厂实现“无人值班”（少人值守），必须建立必要严格的管理制度，明确工作责任、工作内容和范围、应遵守的纪律以及需要登记备查的记录内容和汇报联系等。具体的管理制度应有以下5种：1、值守制度。2、巡回检查和维护制度。应明确巡回检查路线，检查设备的部位和内容，正常和异常的区别，以及定期切换、定期更换易损件、排污等工作内容和周期等。3、设备退出运行作隔离、安全措施的操作和监护制度。4、应急处置和随叫随到现场制度。5、厂区、厂房、设备清扫卫生制度。五、实施和技术改造1、水电厂的技术改造应和值班方式改革同时进行。一定要全面规划，分步实施，抓住关键。改造的重点在机电设备方面。首先要提高机组调速器和励磁系统的可靠性，以及自动化元件等，提高整体自动化水平。要做到从控制台上以一个命令实现机组开、停，调相等工况转换的自动顺序操作。机组及全厂公用辅助设备能按液位、压力等整定范围现地自动控制运行，出现异常情况有报警信号。在上述改造完成，达到可靠情况下，第一步目标就是先实现机电合一并在中控室少人值班，为向“无人值班”（少人值守）过渡，在思想上和技术上打好基础。2、技术改造的原则应是：（1）从实际出发，借鉴国外经验，取长补短；但应立足国内，选用先进、运行成熟的设备及元件。（2）应尽量简化系统，简化结构。（3）不应要求将所有设备都要实现自动化，而应从实际出发，根据需要进行改造。（4）不经常操作的手动隔离开关，则不一定要改为自动进行远方操作。（5）有些辅助设备，能就地自动控制的不一定非要进行远方控制。（6）测量和记录数据，不是全部都要远传，远传点数应尽量以少为好。（7）厂房和发电机的火警和消防，基于目前元件可靠性较差，条件不具备时，先不要急于装设和改为自动灭火。（8）直流系统熔丝熔断，厂内有人值守可以处理者，则不需要考虑操作直流熔丝一旦熔断后的自动停机措施。（9）值守地点的监视信号，一般仅需总的音响报警信号。3、已建水电厂“无人值班”（少人值守）现场设备巡回检查的频次，应从实际出发，根据设备运行情况，可逐步延长间隔时间。4、水电厂水工建筑物的观测、维护以及闸门运行管理等工作，亦应相应进行改革，建立新的管理模式和制度。5、水电厂检修管理，应积极探索新的检修管理方式，以测量分析方法进行设备诊断，安排检修计划。摘 要：介绍了我国“无人值班”（少人值守）水电站计算机监控系统的现状、特点及发展趋势，总结十多年来所取得的经验，重点探讨了新建电厂监控系统设计及老电厂监控系统升级改造的方案选择、技术重点、体系结构、工程实施中所应注意的主要问题。关键词：无人值班 水电站 监控系统 1 引言计算机监控系统是水电厂运行管理的眼睛，是电厂安全生产的前提和保证，它具有复杂、涉及面广和科技含量高的特点。自20世纪90年代中期，推行水电厂实现“无人值班”（少人值守）工作以来，我国大多数水电厂对主设备进行了大量的技术改造工作。机组的辅助设备，采用微机调速器和微机励磁系统，机组控制采用计算机监控系统，以及一些附属设备采用PLC控制，机组启、停等自动化程度上升到一个新的台阶，不仅促进水电厂技术水平的提高，同时也是促进水电厂管理模式和管理水平的根本性转变和提高。可以说计算机监控系统已成为水电厂保证生产运行的重要组成部分。随着技术的发展，近十多年来对水电厂计算机监控系统的要求、需求与认识，在快速地变化，特别是对在电网中占据重要地位的大中型水电厂及梯级流域水电厂的计算机监控系统提出了更高的要求。同时，广大偏远地区中小型水电站因管理、技术支撑、现代通信技术的普及发展，也对“无人值班”（少人值守）提出了需求和可能。为达成此目的，探讨新型水电厂计算机监控系统的设计、改造思路。2 水电厂计算机监控系统的设计改造思路分析我国水电厂计算机监控系统多年的发展经验，可以看出：水电厂的综合自动化工程是一个复杂的系统工程，要结合厂情和国情，少花钱，多办事。坚持以实用为本，不过分追求高、新、尖，因为计算机等自动化设备更新周期短，实施时要考虑性能价格比。方案设计考虑实用功能，系统结构上考虑安全、可靠的接入扩展需求即可，否则就会浪费大量财力和物力。在监控系统设计中，必须从基础自动化元件、辅助设备的自动化水平、机组现地控制的最优结构、厂级计算机监控系统、公用开关站的监控、安全稳定保护装置、电能计量系统、电站机电设备状态监测、水情水调信息、厂级生产管理系统、辅助决策系统、各级调度系统的通信、梯级及远方控制模式等多个角度考虑，而不能仅仅限于以综合发电控制为主的监控系统。具备远方控制调节能力是大中型水电厂计算机监控系统的最基本要求，对中小型水电站也提供了越来越多的可能性。要实现水电厂“无人值班”（少人值守），必须要由水电厂计算机监控系统代替操作员来实现电厂内的控制调节操作。这首先要具备良好的通道和规约，保证控制命令的可靠发收及正确的执行，在执行远方操作的过程中要保证安全，出现异常时应能回到安全的步骤，如命令的起始点或某一个安全稳定的状态，以便保证下次执行时能正确启动或继续执行余下的顺控流程，要以某种约定好的方式，使上级调度能对电厂的机组情况一目了然，并能据此放心地发布远方控制命令。实现多媒体应用功能是提高计算机监控系统操作性，辅助维护决策的良好工具。监控系统系统的实施，特别是监控系统升级改造中要注意前期准备工作，统筹规划，条件成熟，立即动工，一气呵成，确保工期短、见效快。在新建电厂的设计中，最好直接选择较高起点、成熟的监控系统思路，避免多次重复改造。运行维护中要严格管理，加强职工的技能培训，建设一个高素质的职工队伍，才能保证现代化设备的安全稳定运行。国内计算机监控系统经过几代人的努力，经过水电厂“无人值班”（少人值守）工作的推广，已经成为成熟的系统，可以与国外计算机监控系统相媲美。从硬件方面来看，无论是国产监控系统还是进口监控系统，其上位机硬件都是选用世界上知名计算机厂家的产品，现地控制单元硬件均选用世界知名智能测控模件厂商或国内同等技术性能指标的智能可编程控制器厂商的产品。从软件来看，主站大都是以UNIX、Windows为操作系统，C语言为编程语言，数据库、软件功能各有优势。选用国产计算机监控系统具有以下优点：一是合同执行对使用方有利，可以局部增加合同中没有的功能。二是调试维护方便。三是投运几年后扩展功能。修改程序方便。上述优点对于进口计算机监控系统来说，就是缺点了。3 我国水电站计算机监控系统技术发展我国水电站监控自动化技术从上世纪70年代末开始有较明显的起步，80年代在国内葛州坝等试点水电站进行进口水电站监控系统的消化吸收和国产监控系统的研制、开发并应用到实际运行中。90年代是国产水电站计算机监控系统及电厂自动化技术快速发展的重要阶段。经过近十年的科研投入，有自主知识产权的国产化水电站计算机监控系统进入稳定成熟的应用推广期，如南瑞自控公司研制的SSJ-3000系统计算机监控系统在全国上百个水电站得到推广和应用，技术水平接近或达到国外同类产品的技术水平。进入本世纪以来，国产水电站计算机监控系统日趋成熟，在与国外同类产品大公司的竞争中已具有了明显的优势，主要表现在：（1）计算机监控系统在水电站得到了广泛应用，经常开、停机的一些常见性误操作事件避免了；（2）带动了主要设备的技术改造工作，设备健康状况得到很大的提高；（3）“无人值班”（少人值守）工作的贯彻与推广得到了技术支撑，取得成功经验，获得广泛认可，在减少机组运行人员、机组可用率、开停机执行时间、经济运行效率等方面显著提高。（4）水电站的安全记录普遍有了极大的增长，甚至创造多年以上无事故的长周期安全记录；（5）为水电站生活基地迁移到城市或新建电站一开始就将生活基地建设在城市创造了条件；（6）厂内平时人员少，环境卫生也好，免除了意外的一些鼠、蛇等灾害；（7）在管理工作上也有了很大的进步和提高；（8）为电网提高周波合格率提供了有力的支持；（9）为电网电力联络线输送功率进行自动调节，免除了调度人员的监盘之苦。据不完全统计，国内水电厂计算机监控系统寿命平均8年左右。短的5年，长的12年。所以电厂在购置新计算机监控系统时，要考虑其使用年限，从而作好备件购置计划。特别是上位机的备件要充足。因为计算机发展太快，购置上位机时，它当时还是市场上的主流产品，几年后就会淘汰，停止生产，甚至5年后就很难买到类似产品了。因此，在确定水电厂计算机监控系统升级改造时，必须考虑现有系统已投运使用时间、实际应用需要、技术方案和配置备份等一系列问题。4 大中型水电厂计算机监控系统设计改造原则根据监控系统的需求分析，大中型水电厂计算机监控系统的设计改造，应该从四个层次、三个接口、两个界面来考虑。四个层次即：现场自动化元件层、现地控制装置及辅机控制装置层、厂级计算机设备层、梯级及调度层。三个接口即：现地控制单元的现场总线与通信接口模式、厂级计算机安全隔离信息交换接口、梯级或调度控制的信息交换接口。两个界面即：现地控制单元的简单操作型人机界面、厂站级丰富人机界面。据此确定监控系统设计的基本技术原则：4.1 系统结构先进现场控制网及现场控制层结构满足机组分期分批投产的需要，机组LCU在投运后的相当长时间内仍处于世界先进水平，现场监控设备应具备非常高的可靠性、可用性、可维护性、可扩展性，数据精度及事件响应指标均满足目前电力系统的规定，并能达到电厂实际安全生产的要求，同时，现地控制单元的各部分设计均采用全开放式结构，以便日后随着计算机及网络技术的发展而同步发展文献14.2 监控网络可靠机组LCU网络传输介质应设计留有足够的数据传送带宽，并采用双网冗余，以保障机组LCU在大量突发事件产生后，仍能准确、完整地将事件送到操作员工作站、应用程序工作站处理以及送历史数据站归档。4.3 设备故障风险分散机组LCU及下属各子单元在主控级计算机故障或通信中断后，能自动切换至现地控制，独立完成对所属设备的自动监视控制，保证设备的安全运行。并允许操作人员在现场通过各子单元对其所属设备进行操作、运行监视、在线维护甚至事故处理。4.4 减少误操作风险对于重要设备的操作，应在流程中加入必要判断逻辑，闭锁非正常操作，并要求在操作执行前予以确认。接入机组LCU重要信号应可靠接地、屏蔽、连接牢固，并在数据库中对这些测点分类单独管理，流程中主要以该类测点为信任对象。4.5 取消常规操作提升电站的自动化程度，增强系统控制的准确性，减少维护工作量。4.6 作为其他控制系统的后备保护机组LCU不取代保护、励磁、调速器、主变等智能单元进行控制，但需参与故障的预测和报警，必要时与这些单元构成必要的冗余保护，并与之建立通信，以获取对侧CPU内的系统信息，进行数据、状态及信息交换。4.7 可靠的供电系统监控系统电源冗余接线配置。监控系统上位机主备设备电源原则从两台互备UPS设备供电。逆变电源为交流市电和直流两种供电模式，或双直流供电模式。逆变电源的交流市电从电站公用400V不同的母线段接取，直流电从直流一段母线和二段母线分别接取。4.8 监控系统与机组附助设备和外部系统通讯4.9 人机接口功能电站的运行人员可通过丰富的人机接口设备操作员站、模拟屏、大屏幕设备、监测终端。触摸屏、语音/电话报警设备、工业电视设备及报表管理机等电厂设备进行全方位的监视、控制和管理、维护人员可通过工程师工作站、移动式工作站等进行很方便的维护和管理。5 实现方案为满足新一代监控系统的需要和当前技术发展，配置更完善实用的新系统，系统设计时合理选择监控系统的若干重要指标，如各级计算机CPU的负载率，各种通道传输的负载率及信文排队长度，对于信号异常或其他各种异常的容错能力。对于顺序控制等控制操作出现异常的自恢复能力，等等。力图避免过高的负载率及各种异常事件导致监控系统死机或无休止的内部循环，保证控制的实时性和可靠性以及计算机系统的少维护或免维护特性。系统宜采用全分布开放式冗余结构，以分散监视、集中控制为原则，突破了安全性和冗余性，确保机组安全可靠运行。在现地控制层，采用智能化可编程控制器，以双CPU双网的结构，直接接入监控系统实时数据网。现地单元提供实用的人机操作界面，方便在现地单机独立运行、现地操作及其它情况下的监视和控制。智能的通信管理单元提供多种辅助控制设备监控信息的接入，构成现地的数据网。为了有效的设计和维护现地控制单元，对围绕机组的外围辅助控制装置应尽可能采用系列设备；因实施时间先后而可能出现的不是一个系列的设备，可确立统一化的时间表或接口标准化的指导原则。现地控制单元是整个监控系统的基石，因此衡量实现方案好坏的重要指标就是：冗余可靠性、简单易操作性及易维护性。厂站级计算机监控系统的硬件设备对大中型水电厂都选用小型计算机或高档工作站级为主机或操作站，足够带宽的双网结构还要考虑网络维护、千兆网的接口、实际应用中需具备的相应协议等。上位机一般功能及现地运行模式近十年来已基本趋于成熟。在实际中重点应关注监控系统的安全可靠的可扩展接入模式、高级应用软件、梯级或调度远方控制模式三个方面。根据电网与电厂计算机监控系统及调度数据网络安全防护规定，遵循全国电力二次系统安全防护总体方案的技术要求，即针对安全区（实时控制区）、安全区（非控制生产区）、安全区（生产管理区）和安全区（管理信息区）的系统执行如下的隔离要求：（1）安全区与安全区之间采用硬件防火墙或相当设备进行逻辑隔离，禁止E_mail、Telnet、Rlogin等服务穿越安全区之间的隔离设备；（2）安全区和安全区之间采用硬件防火墙或相当设备进行逻辑隔离，禁止Telnet、Rlogin等服务穿越安全区之间的隔离设备；（3）安全区、安全区不得与安全区直接联系；（4）安全区、安全区与安全区之间必须采用专用安全隔离装置进行物理隔离。专用安全隔离装置分正向型和反向型，即安全区、安全区到安全区（例如Web服务器）必须采用正向安全隔离装置单向传输信息，由安全区向安全区、安全区（例如通信服务器）的单向数据传输必须经反向安全隔离装置。严禁E_mail、Telnet、Rlogin等服务穿越安全区之间的专用安全隔离装置，仅允许纯数据的传输。根据水电厂各应用系统的实时性、使用者、功能、场所、各业务系统的相互关系、广域网通信的方式以及受到攻击之后所产生的影响，将其分置于四个安全区之中。计算机监控系统处于安全区，其它需与监控系统通信的系统必须遵循上述原则选择可行连接的方式。监控系统的高级应用软件是提升电厂运行管理的重要途径，概括起来主要体现三个方面：自动控制软件（如AGC、AVC、单机/成组调节等）、设备状态智能分析-辅助决策、综合报表统计等文献2。在水电厂计算机监控系统的技术发展中曾出现过多追求复杂而实用性不大的高级功能趋势，导致系统复杂及操作的烦琐。随着“无人值班”（少人值守）主体设计思想的推广，对该高级应用功能的选择上逐渐趋于实用、可靠、方便的思路。随着水电厂运行维护人员的减少，机组运行设备的在线诊断和监视需求越来越引起重视，作为一个相对独立的应用系统，在计算机监控系统改造设计中应该统一纳入考虑范畴。6 结束语按照上述设计原则进行电站监控系统改造后，在原有监控系统功能基础上，拓展新监控系统具备的数据采集周期短、事件分辨率高、响应速度快等特点，完善仿真培训、远程诊断维护、调度通信通道高带宽、系统安全措施等要求，保证电站安全稳定运行，并且方便运行和维护人员操作，降低电站检修维护成本，提高电站经济效益。参考文献：1汪军，郑冬梅，方辉钦等.第3代水电厂计算机监控系统及其在水口电厂的应用.水电自动化与大坝监测，2004，28（2）2吴正义，张红芳，龙七一，等.西洱河梯级水电站EDC的研究和应用分析.水电自动化与大坝监测，2004，28（4土建水利论文当前位置：论文中心 工学论文土建水利论文 正文江垭水电站无人值班的改革与实践2006-12-13 发布人：amgirl 作者：未知 人气：95 打印 评论摘 要：本文从电站的运行实际出发主要介绍了电站自动化设备的配置，自动化没备在运行实践中出现的一些问题及其解决办法关键词：水电站 无人值班1 引言早在二十世纪六十年代我国就开始提出提高水电站的自动化水平逐步实现水电站的少人值守，然后过渡到无人值班。尽管国外己经在水电站和变电站大量实现了少人值守和无人值班，但由于当时的自动化技术不高和对我国人口众多须解决就业问题等历史现实，在当时对水电站无人值班还是一个颇有争议的间题。直到二十世纪九十年代，随着改革开放的不断深入，计算机技术及其应用的不断发展，在我国水电站特别是大、中和流域开发的中小型水电站群采用计算机监控技术等技术来实现水电站的无人值班条件完全成熟。目前无人值班（少人值守）已在我国的水电站得到广泛的应用。2 江垭水电站的基本情况江垭水利枢纽工程位于澧水流域一级支流溇水，是一座以防洪为主的大型水利工程，是一座完全年调节的水库。它1994年开始动工，2001年1月工程通过国家建设部和水利部组织的验收。江垭水电站为枢纽工程的一部分，装有三台10万千瓦的发电机组，采用发变组接线方式三回220KV线路分别送常德市的500KV枢纽变电站岗市变电站、津市市变电站和张家界市的胡家坪变电站，一条110KV线路与江垭水电站的反调节电站关门岩水电站连接，将关门岩水电站的电能送入主网。江垭水电站在系统中主要作用是调频和事故备用。整个枢纽工程的管理人员在开始建设时定编为600人，经过300人、150人，目前为60人的编制。主要负责水电站的运行、水库防洪及调度、水库管理和水事执法。3 水电站无人值班的保障系统要实现水电站无人值班（少人值守）必须具有下面几个完善、可靠的保障系统。3.1 人员的高素质是实现水电站无人值班（少人值守的首要条件电站1995年筹建开始时，我们就按照坚持少而精、素质高、事业心强、敢于负责；具有与其工作相适应的文化程度；做到一工多艺、一专多能的原则，招聘和培养员工。首先是从大、中专学校招聘学生，1996、97年分别招聘了大、中专生，然后将他们送到常规控制的水电站和自动化程度较高的水电站进行运行、检修培训。经过两年多的培训，1999年顺利完成接机任务。3.2 我站自动化设备的配置及改造实现水电站无人值班，那么水电站应有“可靠、自动的控制系统，完善的保护系统和可靠的电源，能在最不利的惰况下保证发电机组的断路器跳开、运行的机组正常停运，导叶前的进水阀或快速闸门关闭。”怎样才能算完善、可靠呢，因为我国至今还没有制定一部完整的有关无人值班（少人值守）的规范性文件或标准，也就只有通过设计和运行实践的不断总结、完善来实现无人值班。（1）计算机监控系统计算机监控系统是水电站自动化的核心。完善、可靠的计算机监控系统能有效地完成对机组和主设备的各项操作和控制，提高电站的运行管理水平。我站计算机监控系统采用的是双重配置，也就是将上位机、前置机和下位机RTU采用严格要求的双重配置。运行中他们能自动切换，保证机组安全可靠运行。对输入计算机监控系统的所有模拟量、数字量进行快速巡查，实现越限报警、事故顺序记录。实现对机组的起、停和各种工况转换的控制，监视和操作。实现对机组的有功功率和电压的调节。对电站的机组、变压器、开关等各种设备的异常情况迅速传递到控制中心或调度中心并报警，同时能实现事故停机。自动平稳切换和有效、方便的人机联系。与控制中心计算机系统实现遥控、遥调、遥讯、遥测功能。运行中发现，计算机监控系统还存在下列问题：不能与中心调度所实现遥控、遥调、遥迅、遥测功能；ACC,AVC 不能投入等。针对这些问题，我们和制造厂家一起通过采用分部处理技术和冗余技术，对LCU参数配置重新定义，井进行了程序修改、变动接线、现场和远方试验。现在我站实现了电站与中调在远方的所有操作，完成遥控、遥调、遥讯、遥测功能和AGC,AVC可靠投入运行的电站，也满足了计算机监控系统开机不成功自动返回停机状态的工况。（2）继电保护装置的双重配置220KV、1lOKV出线的继电保护均采用了微机双重配置，在每一套微机配置中的主保护或后备保护又由单独的CPU控制。发电机、变压器组保护的每一个主保护采用一个CPU控制，一个出口回路的方式，在设计和配置上保证了保护在任何情况下都能可靠动作。自投运以来电站的各种主保护运行一直是正常的。（3）励磁系统的双重配置我站励磁系统采用ABB公司的双微机可控硅励磁装置，它有“微机1”、“微机2”和“手动”三种工作方式。每个微机调节器有两种运行方式，即：恒转子电压运行方式（AVR)和恒转子电流运行方式（FCR）。正常情况下为恒转子电压运行方式(AVR），只有在电压采集系统失压时，计算机自动将调节器运行方式由AVR方式切自FCR方式运行。当一台微机发生故障时，装置自动切换至另一微机运行。这套装置投运以来，除二号发电机组的励磁装置微机发生一次故障以外，一直运行良好，在任何失压的情况下都能保证机组可靠运行。（4）计算机自动巡检系统水电站实现无人值班，在自动装置能及时、准确地提供各种运行信息外，还要保证在正常情况下定期对设备的巡视检查。2000年我们通过招标采用艾因泰克公司提供的计算机自动巡检系统，系统包括工作计算机和手持计算机两部分，工作计算机与电站MIS系统连接。电气和水工巡检人员巡检时必须按照规定的路线、设备进行，利用手持机与设备上的计算机条形码进行对话，当发现设备缺陷在现场直接输入手持机，巡检完毕后，将手持机与工作计算机连接后，巡检信息进入工作计算机并自动形成表格和缺陷纪录。表格和缺陷纪录分级别查看与审阅，只有在经过值长审阅，检修维护人员将缺陷消除或确认后才形成统计表格。目前我站计算机自动巡检系统具备巡检管理、缺陷管理，检修管理和维护管理四大功能。（5）计算机在线检测系统一PSTA系统我站在线检测装置在电站投产时一直处于瘫痪状态，很不适应电站少人职守无人值班）的需要，2004年开始进行改造，去年全部完成，目前运行良好。该系统由数据服务器、WEB服务器下位机柜、数据采集和处理系统的相关硬件与软件等组成，在线检测系统的监测对象是机组的振动、摆动、压力及脉动涡壳差压、定转子间气隙和机组有功、无功等工况参数。系统的功能包括：过滤过程、稳定过程、故障数据、工况参数发生变化时等各种数据记录。机组状态变化的检查即状态突变的发现。故障和缺陷的分析与判断。机组性能分析。对机组甩负荷、变励磁、变负荷、变转速和导叶摩擦力矩试验，相对、绝对效率试验等的分析。机组的精细检修。通过大量的现场数据和一些精确调整，可以找到机组的最优运行工况或明显改善机组的运行状况，有效延长机组运行寿命，降低事故率。检修效果的评价和网络化远程诊断。指导电站机组的优化运行。状态报告的定期制作。在线检测的各项信息和曲线通过电站的MIS系统传输与分析使用。（6）水电站群控制中心的通讯接口方式目前在水电站的设计、运行中与上级调度中心的通讯接口方式通常采用RTU方式或通讯工作站方式。RTU方式一般采用高压出线保护装置的信号接点，这样要满足计算机监控系统和AGC、AVC的运行要求，因保护装置的信号接点引出量不够而需要扩张，在现场就有一定的困难，而目可靠性不够。所以推荐在实现无人值班的中、小水电站群的控制中心采用通讯工作站方式。在设计或改造设计前提出按照规约由计算机监控系统开发商开发转换软件，这种方式就可以保证水电站群或单个水电站的控制的灵活性。（7）直流电源系统传统的直流系统方式现在己无法满足水电站的自动化设备和无人值班的要求。我站在直流系统考虑了两套220伏直流蓄电池系统、两套24伏直流蓄电池系统和两套硅整流供电直流系统。正常情况下，一套硅整流供电直流系统在向保护、自动装置等提供操作电源的同时，还向220伏、24伏蓄电池进行浮充电，当交流电失电或冲击负荷时监控系统自动投入一组直流电池系统，当运行中的直流供电装置发生故障或进行操作时，监控装置自动切换到另一套直流供电系统供电。双重配置的UPS电源系统，两条独立的电缆各自向一台UPS供电，它主要是为监控系统提供电源，两套电源可自动切换。在投产后的检修中发现发电机保护的操作电源是单电源供电方式，一经操作保护装置的电源全部中断，后我们将直流系统供电方式改造为双电缆供电方式，满足了在任何情况下都能可靠供电。直流电源系统的双重配置和双电缆供电方式保证了供电的可靠性。（8）消防系统如何实现消防系统的自动化操作与控制一直是水电站真正实现无人值班的一大难题。我站配备的是计算机集中控制灭火装置，它有报警系统和火灾联动系统两部分组成，在中控室与计算机室采用的是气体灭火装置，其它则安装了烟感式、缆式报警装置和水消防装置。当发生火灾时火灾联动系