关于某中型水库计算机监控保护系统设计的探讨

关于某中型水库计算机监控保护系统设计的探讨

发表时间：2017-05-04T11:16:50.037Z 来源：《基层建设》2017年3期作者：梁朝旭

[导读] 电气自动化的技术不仅可以有效的提高工作效率，并且还大大的降低了生产成本，提高了劳动生产率，被广泛应用到人们的日常生产、生活和工作中。

攀枝花市水利水电勘测设计院四川攀枝花 617000

摘要：随着电力电子技术、微电子技术迅猛发展,电气自动化在水利水电行业中也得到了广泛应用，电气自动化的技术不仅可以有效的提高工作效率，并且还大大的降低了生产成本，提高了劳动生产率，被广泛应用到人们的日常生产、生活和工作中，本文主要对某中型水库计算机监控保护系统进行设计讨论，主要包括水库溢洪道闸门的控制、放水洞闸门的控制、冲砂放空洞闸门的控制以及放水钢管闸阀的控制和流量监测，通过设备的选型、计算、布置等方面展开设计讨论，以供同行借鉴参考。

关键词：监控保护系统；电气自动化

引言：水库采用计算机监控是实现水库水源合理调配、利用实现自动化的关键部分,是利用计算机对整个水库来水量、出库量、蒸发量进行监控的“耳目”“手脚”,它担负自动监测水库各闸门设备的状态,发出拟定的报警信号、执行自动操作任务。水库自动化就是要使水库管理人员在办公室内就可以对水库的各设备进行操作、控制和监视,能够在无人(或少人)直接参与的情况下,按预定的计划或程序自动地进行。自动化程度是水库现代化管理水平的重要标志,同时,自动化技术又是安全经济运行必不可少的技术手段。水库实现自动化具有提高工作的可靠性、提高运行的经济性、提高劳动生产率、改善劳动条件等作用。

一、计算机监控保护系统的主要监控对象

水库总库容1128.9万m3，枢纽工程包括心墙石渣坝、溢洪道、放空洞（兼导流）和放水洞，计算机监控保护系统包括以下内容：（1）泄洪闸门控制系统6套

（2）放空闸门控制系统 1套

（3）放水闸门控制系统 1套

（4）放水钢管闸阀控制系统 1套

二、计算机监控保护系统

1 设计原则

1.1 按照综合自动化要求本工程为全计算机监视控制方式，能实现现地及远方，值班办公室值守人员只进行监视和巡查，在特殊情况下才进行必要的操作。

1.2 实现计算机监控保护系统与火灾报警系统、管理信息系统（MIS）、语音报警等系统之间的数据通信。

1.3 实现计算机监控保护系统与保护装置、励磁装置、调速器装置、现地各系统控制PLC等之间的通信（通过串行接口等） 1.4 系统应高度可靠、冗余，其本身的局部故障不应影响现场设备的正常运行，系统的MTBF、MTTR及各项可用性指标均应达到原电力部部颁《水电厂计算机监控保护系统基本技术条件(DL/T578-95)》的规定。

1.5 系统配置和设备选型应符合计算机发展迅速的特点，充分利用计算机领域的先进技术，系统达到当前的国内先进水平。

1.6 系统为全分布、全开放系统，既便于功能和硬件的扩充，又能充分保护应用资源和投资，分布式数据库及软件模块化、结构化设计，使系统能适应功能的增加和规模的扩充，并能自诊断。

1.7 系统应满足国家经贸委关于“电网和电厂计算机监控保护系统及调度数据网络安全防护规定”的要求。

1.8 实时性好、抗干扰能力强。人机接口界面友好，操作方便。

2 系统功能

计算机监控保护系统应实时、准确、有效地完成对所有被控对象的安全监视和控制。

3 控制与调节方式

集中控制：水库管理办公室集中控制，通过计算机监控保护系统对各设备实现监视控制。

现地控制：现地闸门LCU上设置有“远方/现地”方式转换开关，只有当LCU上的方式转换开关切至“远方”时，才能由办公室室主机兼操作员站计算机监控保护系统控制。

现地控制单元：为实现对各闸门等设备的监控， LCU的PLC应完成各自LCU的管理。控制单元应具备较强的独立运行能力，在脱离主控级的状态下能够完成其监控范围内设备的实时数据采集处理、设定值修改、设备工况调节转换、事故处理等任务，要求处理速度快(LCU 的PLC的CPU不低于486，如GE PAC 3i或施耐德Quantum Unity CPU65150 PLC及施耐德Premium系列系列等知名品牌)、应有容错、纠错能力，并带有其监控范围内的完整的数据库。LCU均采用交流/直流两回电源供电，任一回路有电时，LCU均应能正常工作。

闸门控制单元装置(LCU)：本单元监控范围包括：1~6#泄洪闸，冲砂闸控制系统、放水闸控制系统，0.4kV系统空气开关等的监视和控制。1~6#泄洪闸，冲砂闸门控制及放水闸控制系统采用独立的可编程控制器（PLC）完成，需要监视的模拟量、状态量及事故、故障信号等以现场总线接口通信和继电器接点的方式送进坝区LCU，计算机监控保护系统控制量输出采用开关接点方式。

1）模拟量采集和处理：①定时采集。按扫查周期定时采集坝区设备的电气模拟量、非电气模拟量数据，存入数据库中；②越限检查。对模拟量测值进行越限检查与报警，记录越限点号、发生时间，越限值存入数据库。

2）数字量采集和处理：①对坝区配电系统、坝区闸门控制系统等工作状态，进行自发性采集，状态检查；②收集0.4kV系统空气断路器、母联空气开关状态及相关继电保护和自动装置等设备状态，备用电源自动投入动作信息；③收集和处理库前水位信息；④其它坝区公用信息；⑤事件顺序记录与报警。开关量变位时，立即响应，组织事件顺序记录，报警处理等。

3）人机联系：人机联系可通过10.4”TFT彩色触摸屏和移动式MMI实现。LCU控制系统能与主控级计算机系统的控制权限闭锁。在闸门控制室配置一套工控机，作为闸门控制室闸门的集中操作终端。

4）控制：①控制坝区0.4kV母线电源侧开关、母联开关投切及重要馈出线的投切；②闸门控制：当坝区闸门启闭机控制系统在“远方”方式时，通过闸门LCU按闸门运行参数计算结果下发相关闸门启闭机操作命令到对应的闸门现地控制柜，实现闸门远方开/闭控制。当坝区闸门启闭机控制系统在“现地”方式时，由闸门运行人员在闸门启闭机现地控制屏上实现开/闭控制。

5）与主控级的通信：①接受主控级计算机的控制命令，并进行有效性检查和核对，并执行；②定时向主控级发送采集的数据；③接受主控级的召唤发送数据；④主动向主控级上送事件信息。

6）时钟：具有与主控级同步的实时时钟。

7）能脱离站控级独立运行。

8）自诊断：具备自诊断能力，在线运行时应对坝区LCU的硬件及软件进行自诊断，及时检测出故障部位模件和性质。当诊断出故障时，应自动发出信号；对于冗余模件，应能自动切换到备用模件。

9）可在线或离线进行LCU软件开发和编辑。

10）具有与坝区泄洪冲砂闸门控制屏等以串行通讯接口通信和开关量接口的功能。

4 硬件要求

4.1 范围

（1）监控系统设备应满足水库各种环境下的监控要求，设备易操作、维护、美观大方，采用模块化结构，便于扩展，所有IO模板、CPU单元、通信接口、电源等设备，应根据国际标准承受绝缘耐压和冲击耐压试验而无损坏。

（2）计算机系统应采取措施保证在失电情况下被动停机时，存储器无数据丢失，当电源恢复时，能自动再启动及软件、硬件的WATCH-DOG功能。

（3）主机附带的接口设备应充分有效处理计算机系统的输入、输出信号，满足特性要求。

4.2 上位机系统及网络设备

主机兼操作员工作站：要求配有足够的通信接口，支持WINDOWS NT操作系统，各种存储器应带保护装置，防止和避免因电源或不正确操作造成信息丢失和改变。

逆变电源设备：（1）监控系统采用一套总容量3KVA知名品牌逆变电源装置供电。逆变电源装置采用模块化结构，单台逆变器容量为1.5kVA，共2台。所有逆变器并机运行，带电热插拔，具有自动同步、自动均载功能，具有过压、欠压、过流保护功能；（2）所提供的逆变电源装置应装在独立的标准机柜内，并提供现地指示灯、进线空气断路器、馈线空气断路器。逆变电源装置应提供电源消失、故障、过流、过压等故障信息。

4.3 下位机系统设备

现地控制单元LCU

现地控制单元（LCU）具有智能性和可编程能力， PLC采用GE PAC 3i或施耐德Quantum Unity CPU65150及施耐德Premium系列系列等知名品牌。LCU包括：（1）一套中央处理单元，包括CPU模块、电源模块、I/O模块、网络通信接口设备等。控制器主要性能参数为：主控单元：主频：≥486；内存：≥2Mb；SOE分辨率：≤1ms；失电保护功能：CPU应具有掉电保护功能和电源恢复后的自动重新启动功能。（2）闸门LCU屏柜数量应控制在2面范围内。（3）所有输入/输出模件及中央处理单元（CPU）均应采用施耐德公司的优质产品。要求SOE量在发生变位时，自动打上时标（精度≤1ms），自发上送主站。对温度量应能自动检测每个温度信号的状态，进行越限判断及梯度计算，发送报警或跳闸信号。（4）LCU屏上应配置一个10.4”TFT彩色触摸屏，作为现地单元人机接口设备。（5）LCU应采用交流/直流两回电源供电，电源回路应设置电源监视继电器，电源消失信号应用无源空接点输出，应保证任一回路有电时，LCU应能正常工作。（6）LCU应配置2套高可靠的，容量满足要求的电源适配器，将水库提供的220V交流/220V直流两回电源同时输入各自的电源适配器，电源适配