桐柏水电站计算机监控系统的构建.doc

桐柏水电站计算机监控系统的构建徐金寿，张仁贡（浙江水利水电学校 浙江 杭州 310016）摘 要：桐柏水电站计算机监控系统采用计算机状态监控平台和视频监控平台相嵌套的方式进行总体构架。在系统设计过程中，采用了数据库集成化、软件群层次化和双平台嵌套等先进技术对系统进行优化。应用实践表明，该系统能更好地满足电站的各种监控需求，使系统的实时性、可靠性、安全性、可扩展性、可维护性、可利用性和可变性等各项指标得到提高。关 键 词：桐柏水电站 计算机监控系统 数据库 软件 集成化1引言桐柏水电站位于浙江省天台县境内，电站装机容量24000kW，额定水头300m，发电机出口电压为6.3kV，采用单母线不分段结线方式，并网电压为35kV，厂用工作电源从发电机6.3kV母线和当地供电局10KV城关联络线上取得，并互为备用，厂用电电压等级为380/220V两级。桐柏水电站建于70年代，自投用以来一直采用常规的自动化控制模式，为保证电站安全、可靠、稳定、满发运行和提高电站经济运行水平，需进行综合自动化改造。依据改造要求，在系统总体设计中，不但要考虑计算机监控系统与各常规控制设备的协调配合，而且要使系统的两大部分即计算机状态监控平台和计算机视频监控平台相互配合，实现数据共享。这给系统的构建和设计带来较大的难度。本文着重论述该水电站计算机监控系统的构建。2 监控系统总体构架桐柏水电站计算机监控（以下简称“电站监控”）系统分两部分，即状态监控平台和视频监控平台。系统总体结构图参见图1。在以往的电站监控系统的设计中，一般把状态监控平台和视频监控平台分开设计，分别布线，各成体系。但在该电站监控系统的设计过程中，采用两个平台统一构架、统一布线，相互嵌套。这样设计的优点在于两个系统可以进行数据共享，相互配合，互通有无。一方面，视频监控系统可以利用状态监控平台的监测数据配合视频图像的识别功能，对故障进行更加有效的判断；另一方面，状态监控平台可以接收视频监控平台的视频流数据，配合状态监控功能的实现，如“遥视” 功能。状态监控平台采用符合国际开放系统标准，基于以太网的分层分布、开放式的可配置结构。主要设备选用国内外先进而可靠的设备，操作系统软件采用Windows 2000实时多任务操作系统，人机界面采用多窗口显示界面，数据库系统采用实时数据库和历史数据库相结合的数据库系统平台1。计算机状态监控平台共分两层：电站主控制层和现地控制单元层，两个层次相互配合，完成了系统的实时闭环控制过程。监控平台既可独立完成各种现地闭环控制功能，也可通过与调度中心计算机监控系统联网实现远程监控。视频监控平台对电站的9个重要部位（数量可扩充）进行摄像点的布置,即主厂房、变压器/升压站、前池、原出线洞口、新电缆交通洞口、交通洞口、中控室/仪表室、主阀室和排水泵房。 立项课题：浙江省技术监督局项目（浙质标发200369号）作者简介：徐金寿（1962 ），浙江临安人，浙江水利水电学校副校长，工程硕士，副研究员，研究方向：控制理论与控制工程。主厂房、变压器/升压站、前池采用球形一体机，其他点采用嵌入式彩色半球机。视频监控平台主要对现场运行状态进行远方监视，能由操作人员从显示器的画面中通过人机对话进行选择和操作。图1 桐柏水电站计算机监控系统总体结构图3核心技术电站监控系统所涉及的核心技术很多，对一些通用的核心技术本文不作介绍，本文着重论述数据库集成化技术、软件群层次化技术和双平台嵌套技术。3.1数据库集成化技术由于电站视频监控平台的数据存储采用硬盘录像系统，因此数据库构建技术主要针对计算机状态监控平台而言。状态监控平台采用实时数据库和历史数据库相结合的方式进行数据存储，实时数据库采用自行开发的专用数据库，主要用于处理记录型的数据；历史数据库采用Microsoft SQL Server商用数据库，主要用于处理关系型的数据。本系统综合实时数据库和历史数据库的优势建立统一的数据库平台，实时数据库系统可以利用历史数据库系统的二维关系型存储模型的强大功能，而历史数据库系统可以利用实时数据库在内存中数据的高速处理机制、严密的数据存储结构和一定范围内的计算机制，来缓解磁盘读写的速度和安全性瓶颈2。系统的数据库工作示意图如图2所示。3.2软件群层次化技术电站监控系统采用软件群层次化技术进行构建，系统从下至上分为硬件基础层，操作系统层、数据库系统层、应用支撑层和应用软件层等五个层次。电站监控系统的应用软件多种多样，相互关系错综复杂3。本系统通过集成化技术、数据接口技术、网络技术、通讯技术等技术把各种软件图2 系统数据库工作示意图按类组合在一起，形成软件群，形成了操作系统层、数据库系统层、软件支撑层和应用软件层等层次。各层之间以及软件群之间，可以通过各种接口技术进行数据互动和共享。采用软件群层次化技术，不但能使错综复杂的软件群体进行层次化，使监控系统的结构更加清晰、而且便于软件群体的管理、维护和拓展。软件群层次化结构如图3所示。图3系统软件群层次化结构图3.3 双平台嵌套技术电站监控系统采用双平台嵌套技术电站状态监控平台和视频监控平台两个平台集成在一起，实现平台间数据的互动和共享。在以往电站监控系统中，只能实现“遥测”、“遥信”、“遥控”和“遥调”等四遥的功能，虽然有些小型水电站也有“遥视”的功能，但“遥视”的功能相对比较独立，不能与其他“四遥”进行数据共享和无缝集成。本系统首先在总体构架上充分考虑双平台的集成问题，抓住两个平台都支持以太总线传输数据的共同特点，在网络总体构架上采用统一的以太总线。其次在状态监控系统数据库中考虑了流媒体数据的存储与处理，使得状态监控平台能充分利用视频监控平台的流媒体数据，以配合状态监控各种功能的实现。最后在视频监控平台的设计中，引入状态监控的数据，如变压器/升压站视频监控点，引入变压器油温、断路器开合以及其他状态参数，配合视频监视图像识别的功能，以便能更好完成消防报警、图像监控以及视频流数据处理等功能。4 系统主要功能电站监控系统经过精心构建和各种核心技术合理运用，最终实现了以下一些主要功能。4.1数据采集与处理系统对电站主要设备的运行状态和运行参数等实时数据进行自动采集，并作必要的预处理，存于实时数据库中，供计算机系统进行画面显示、制表打印以及计算控制等。电站现场各种数据的采集基本上由各自的LCU单元和视频监测点来完成，现场数据包括：数字量、模拟量、脉冲量、视频量等。不同性质的数据其采集与处理的方法各不相同。 （1）模拟量的采集与处理:模拟量包括电量模拟量、非电量模拟量以及温度量。采集的数据经过有效性检验、标度换算、梯度计算、越复限判断等处理后形成实时数据存入实时数据库中。 （2）开关量的采集与处理:计算机状态监控平台能以中断方式迅速响应开关量信号，并做出一系列必要的反应及自动操作。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、基准时间补偿和数据有效性检验等，最后经格式化处理后存入实时数据库中。（3）视频数据的采集与处理: 计算机视频监控平台对9个视频采集点的数据进行采集，通过解析形成视频流数据，可以通过视频图像管理系统进行显示和管理、可以通过硬盘录像系统进行数据存储和备份以及可以通过以太总线把数据传输给计算机状态监控平台。（4）人工采集: 对无法采集到的信号，允许运行值班人员和系统操作人员对其进行人工设定，并对其作相应的标志。4.2 控制与调节系统的控制与调节主要针对计算机状态监控系统而言，它包含以下内容：（1）控制与调节的对象：#1、#2机组及其辅助设备和线路等。（2）控制与调节方式：包括远方控制方式和现地控制方式。远方控制方式能完成自动开停机、自动准同期并网、增减负荷、调节频率和电压、给定负荷或负荷曲线、给定发电机出口电压、给定系统频率等。现地控制方式完成自动开停机、自动准同期并网、工况转换、负荷调整等操作。（3）自动发电控制（AGC）和自动电压控制（AVC）:由于电站较小，对AGC的功能作了适当简化，主要功能有按负荷曲线方式控制全厂的总有功功率和按给定负荷方式控制全厂的总有功功率。同样，AVC功能由于机组较小，起不了多大的作用，将简单地按维持母线电压进行控制调节。4.3运行安全监视和事件报警运行安全监视和事件报警包括：（1）运行实时监视:监控系统可以使运行人员通过CRT对全站各主设备进行实时监视。（2）参数越限报警与记录: 包括越限报警，越复限自动显示、记录和打印；对于重要参数及数据还将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。（3）事件顺序记录与报警:当电站发生事故造成断路器跳闸、重合闸动作等情况时，监控系统立即以中断方式响应，并自动显示、记录和打印事故名称及时间、相关设备的动作情况以及自动推出相关画面，作事故原因分析及提示处理的方法。（4）故障状态显示记录:监控系统定时扫描和监测各故障状态信号，一旦发生状态变化将在CRT上即时显示出来，同时记录故障及其发生的时间，并用语音报警。（5）事故追忆及相关量记录:当电站发生事故时，需对事故发生前后的某些重要参数及相关量进行追忆记录，以供运行人员事后分析。（6）温度巡检:机组测温除了数字温度仪（由主机厂配套，装于机组测温制动屏）以外，还配置了温度巡检装置，用于测量轴瓦、定子铁芯、风冷等的温度。它们具有越限报警、重要瓦温的变化率趋势报警以及实时显示当前最高瓦温和温度的平均值等功能，并通过RS232口或RS485口与机组LCU单元交换信息。4.4人机接口画面在线显示实时图形，使运行人员对全厂生产过程进行安全监视，并通过状态工作站和视频工作站的功能键盘或PLC面板，运行人员可以在线调整画面，显示数据和状态，投退测点，修改参数，控制操作等。监控系统根据工作人员职权不同，设置不同的操作权限。画面显示是监控系统的主要功能。画面调用将允许以自动及召唤方式实现。自动方式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。召唤方式指操作某些功能键或以菜单方式调出所需画面。画面种类包括单线图、电站剖面图、棒形图、曲线、各种语句、表格以及图像等。要求画面显示清晰稳定，画面结构合理，刷新速度快且操作简单。4.5系统诊断和冗余切换监控系统的诊断分为自诊断和远程诊断，自诊断即在线自诊断，它能诊断出系统中的故障，并能定位故障部位。诊断到故障时，主备用计算机能自动切换。远程诊断即远方在线诊断4。该功能采用电话拨号方式连通远方计算机和电站监控系统，实现远方的在线诊断。4.6语音报警功能当需要对重要操作进行提示，以及电站发生事故或故障时，监控系统能用准确、清晰的语言向有关人员发出报警，并能够通过拨号上寻呼台，实时召唤值班人员。4.7统计与制表对采集的定时数据与检测的事件进行在线计算，打印输出各种运行日志和报表。5 结束语监控系统经过精心的设计和配置后，于2005年12月调试成功并投入运行,从运行情况来看，系统很好满足电站的各种监控需求，其实时性、可靠性、安全性、可扩性、可维修性、可利用性和可变性等各项指标得到了提高。参考文献【1】 张巍,徐锦才,徐国君等.水电站实时监控系统数据库的优化设计.小水电，2004，第4期.P38-43【2】 方辉钦.现代水电厂计算机监控技术与试验. 北京:中国电力出版社,2003.P31-35.【3】 徐立中,于怀涛，刘西扬. 水电站水利枢纽计算机监控软件系统分析. 水利水文自动化，2002，第2期. P22-24【4】 郑文，薛晔，高嬿. 水电站计算机监控系统的局域网络通信.长春工程学院学报（自然科学版）,2003,第4卷第1期, P67-69.Constructing computer supervisory control system for Tongbai hydropower stationXu jinshou,Zhang ren-gong(Zhejiang Institute of Water Conservancy and Hydroelectric, Hangzhou 310016,China)Abstract: The computer supervisory control system of Tongbai hydropower station makes collectivity design according to the mode of nesting two system of computer state supervisory control system and computer video supervisory control system. It has been constructed triumphantly with technologies of integrated database, software stratification and nesting the two of system in design. It has proved in practice that this software system can satisfy each supervisory requirement of station well, its real-time capability, reliabili