水电站监控系统方案

双环冗余以太网
单环拓扑只能提供传输媒体的冗余。双环
拓扑可以建立一个具有冗余的网络设备的完全 的冗余系统。例如，一个具有以太网冗余接口 的工业控制设备可以分别连接到两个以太网环 上，实现了以太网接口、交换机和媒体的完全 冗余。
一旦检测到网络中断，将重新构建整个网
络，将网络切换到备份的通道上，保证数据交 换不会中断。网络重构时间小于0.3S。
统自动装置。
6、学会自学。知识是不断进步的。
对于水电站这样一个具体的控制对象来 水，计算机监控系统不能独立的来学习， 我们常说的计算机监控不能仅仅是电脑、 PLC之类的东西，实际上是计算机软件技 术和调速器、励磁、自动装置、自动化 元件等共同构成的一个大的闭环控制系 统，任何一个设备都会对计算机监控系 统的功能产生影响。
4、安全检测；对机组状态、水工建筑物等重要设备 进行安全检测、在线分析。
5、经济运行；通过水文资料，进行正确的负荷预报。如何学习计Biblioteka 机监控系统如何学习本专业：
1、熟悉主设备的工作原理。监控系统是为主设备服 务的。
2、学会看二次图纸。原理图、接线图。不但要能看 懂，最主要的是能看出问题。
3、掌握相关硬件的工作原理、接线方式。 如PLC、自动化元件、同期装置、交流采样装置。 4、掌握一定的软件技术。 5、学习一定的理论知识，如自动控制原理、电力系
PLC直接上单以太网的结构
这种网络的PLC均采用以太网接口，传输速度 为10Mbps～100Mbps，传输速度快，可靠性高。 通讯介质可以采用专用的以太网多股线，其传 输距离约为100米左右；如果加一个光电转换 器，将电信号转换成光信号，就能采用光纤传 输。光纤传输的距离远，而且不怕雷电干扰， 可靠性高。
采用智能嵌入式双以太网的切换时间约为 150mS。
由于要组成双以太网，要求每一个设备都要有 双以太网口，用此设备投资较大；双以太网软 件要求更高，费用也较高，故一般适用于要求 高的大中型水电站。
单环冗余以太网
环行网络由多台交换机连接成环行，
设备连接到交换机上，在以太网交换机 上配置生成树协议（802.1D）或快速生 成树协议（802.W）。安装了该协议后， 环上的一个网段会自动从逻辑上阻塞变 成一个备用的网段。如果某一个运行的 网段出现故障，则阻塞的备用网段将会 运行起来，使网络继续正常运转。（长 潭河、浪石滩）
开启水轮机导叶， 水轮机旋转，使虹吸管 中形成水流，随着导叶 开度增大，虹吸管中水 流增大，逐渐形成虹吸。
虹吸式水电站模型
二、水电站计算
机监控系统的组 成
计算机监控系统的组成
从结构上分： A、上位机系统 包含操作员工作站、数据服务器、Web服务器、调度
服务器、通信工作站、工程师站、On-call系统、通 讯设备 B、下位机系统 主控制器、同期装置、交流采样装置、开入开出设备、 电源、按钮指示灯 C、网络系统 包含交换机、路由器、防火墙、物理隔离装置等
水电厂On - Call系统是近年来人们逐渐发 展起来的技术，它与水电厂计算机监控系统相 结合，利用无线寻呼技术、电话电信技术，将 生产运行信息远传到相关人员的BP机、手机及 固定电话上，并支持电话查询功能，从而克服 了传输生产运行信息的时空限制，给水电厂的 “无人值班”(少人值守)、安全生产，提供了 有力的保证。
三、上位机系统
监控系统分布方式
1、集中控制。由一台或两台计算机完成对 所有被控设备的远方集中控制和监视。
2、分层分布式系统 。整个系统从结构上分 为两层，电厂控制层和现地控制单元，现地 控制单元负责数据采集和控制调节操作，电 厂控制层则注重于统计分析和全厂性的控制。
3、全分布式系统 。在该系统中，网络上的 所有设备被认为是一个个独立的结点，该结 点存放与完成其结点功能相关的数据库，不 再设置一个总的数据库，某一结点故障，不 会对整个系统产生影响。
对于某些小型水电站，由于被控制对象的规模 较小，所需实现功能也比较简单，另外投资额 也较低，因此计算机监控系统的设备尽可能地 采用简化配置方式。
双前置机现场总线网的结构
这种网络结构也是采用RS485现场总线网，
为了提高可靠性，采用了双前置机的通讯网络， 两台前置机的数据是一样的，互为备用，即使有 一台前置机出了故障，仍有另一台前置机工作， 保证了数据的传输，提高了网络的可靠性。（如 浪石滩电站采用单前置机）
计算机监控系统的作用
1、自动控制；发电、空转、空载、停机各状态转换、 并网控制、自动负荷调节、辅助设备的控制。
2、最优发电控制；保证各机组合理的负荷分配、母 线电压控制、在高效率区间运行（AGC、AVC）
3、自动事故处理；通过编写的程序保证机组在非正 常工况下的安全，如出现过速、过压、电气保护、机 械事故等情况时的机组自动停机。
坝式水电站
丹江口水电站
坝式水电站 靠坝来集中 水头 ；
水电站厂房 位于非溢流 坝坝趾处 。
如丹江口水 电站、三峡 水电站
坝式水电站结构
三门峡水电站
三峡水电站
河床式水电站
位于河床内的水电站厂房本身起挡 水作用 ，从而成为集中水头的挡 水建筑物之一 ；
一般见于河流中、下游，水头较低， 流量较大 ；
抽水蓄能和放水发电两个过程： 抽水蓄能：系统负荷低时（一般为夜晚），利用
系统多余的电能带动泵站机组将下库的水抽到上 库(电动机+水泵)， 以水的势能形式贮存起来； 放水发电：系统负荷高时（白天），将上库的水 放下来推动水轮发电机组(水轮机+发电机)发电， 以补充系统中电能的不足。
潮汐电站
利用潮水 涨、落产生的 水位差所具有 势能来发电的， 也就是把海水 涨、落潮的能 量变为机械能， 再把机械能转 变为电能（发 电）的过程。
从产品功能上分： A、硬件系统 完成测量、运算、控制的一系列设备 B、软件系统 系统软件：Windows2000、xp、unix、linux 应用软件：数据库软件、监控软件、通讯软件、
调度软件
计算机监控系统的发展历史
1、1952年首先在工业生产自动化中实现 自动测量和数据处理。
2、1954年开始使用计算机进行闭环控制。
网络化的二次设备；
自动化的运行管理系统组成。
2、一次设备（变压器、发电机、励磁设备、调 速器、各种阀门、电动机、电容器、断路器、 隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感 器、避雷器等等）的信号回路和控制驱动回路 均采用微处理器和光电技术设计，并设有以太 网通讯口。
数字化水电站计算机网络
3、电站内常规的二次设备，如继电保护装置、 防误闭锁装置、测量控制装置、远动装置、故 障录波装置、电压无功控制、同期操作装置以 及正在发展中的在线状态检测装置等全部基于 标准化、模块化的微处理机设计制造，设备之 间的连接全部采用高速的以太网网络通信，所 有设备都采用IEC61850《变电站网络和系统》 通讯规约。
以太网加现场总线网的结构
目前，许多智能化产品如微机调速器、微机 励磁系统、全电子式电度表、温度巡检仪、转 速信号装置、直流电源的通讯管理单元、各种 保护测控单元等等都采用RS485接口的通讯规 约，没有以太网接口，这些装置要接以太网， 必须用智能通讯设备作规约转换，设备才能联 网。
该方案的特点是成本较低、性能可靠、系统 响应速度快。适用于通信协议复杂，协议数较 多而PLC通信接口数较少，对监控系统要求较 高的中小型水电站综合自动化系统。（程江口)
大型水电站计算机网络结构
大型水电站计算机网络
北京中水科 H9000 V3.0是一个大型水电站计 算机监控系统，LCU采用了可编程控制器直接 上双以太网的方式，使LCU的可靠性大幅度提 高，基本上可以满足下一阶段水电厂无人值班 运行的要求。（长潭河）
GE IFIX 在电力行业应用的非常广泛的工 业控制软件（程江口）
四、下位机系 统
机组LCU屏的作用
现地控制单元： 1、完成原始数据采集 2、输出逻辑控制 3、当上位机系统故障或退出
运行后能单独运行
机组LCU的组成
1、PLC（可编程控制器），核心部件；完成机组的开、停 机操作；机组运行方式的选择；机组有功、无功的增减； 全厂总有功、总无功的增减； 断路器 控制、事故紧急 停机。
监控系统组网方式
1、总线型（RS232、RS485 、RS422) 2、工业以太网 a、单网 b、双网 c、单环网 d、双环网
现场总线网水电站系统图
这种网络结构都采用RS485通讯接口，通讯波 特率多在4800～19200bps之间，最远传输距离 为1000米左右，一般采用屏蔽双绞线或同轴电 缆作通讯介质。如果要将数据上传到调度中心， 一般通过计算机上的RS232口，连接Modem（调 制解调器），再远传到调度中心。
如广西西津水电站
西津（河床式）水电站
西津（河床式）水电站平面布置图
西津（河床式）水电站厂房横 剖面图
葛洲坝水电站（河床式）
引水式水电站
引水式水电站的引水道较长，并用来集 中水电站的全部或相当大一部分水头。
根据引水道中的水流是有压流或明流， 又分为有压引水式水电站及无压引水式水 电站．这种水电站常见于流量小、坡降大 的河流中、上游或跨流域开发方案，最高 水头已达1767m（奥地利莱塞克水电站）， 我国广西天湖水电站最大静水头也达1074m。
最大的 潮汐电 站－－ 法国朗 斯电站
江厦潮汐电站
虹吸式水电站
由前池底部通过拦污栅进入虹吸式流道， 越过驼峰后经过渐变段进入压力水管，然后 接入水轮机。
虹吸式水电站工作原理
打开充水阀给压 力水管充水，同时打开 真空阀排出压力管内空 气，待水管中水位与前 池水位相同（水轮机压 力表指示）时，关闭充 水阀和真空阀，充水结 束。
有压引水式水电站示意图
无压引水式水电站示意图
广西天湖水电站（引水式）
北京下马岭引水电站
储能水电站
1， 抽水蓄能电站是 以水体为储能介质， 起调节作用。主要 解决电力系统的调 峰问题；
2，建筑物组成包括： 上下两个水库，用 引水建筑物相连， 蓄能电站厂房建在 下水库处， 采用 双向机组；
储能电站的工作过程
系统可靠性极高、性价比高，设备直接上网便 于网络控制和管理，系统响应速度大大提高。 适用于通信协议较少，对监控系统要求较高的 中小型水电站综合自动化系统。
PLC直接上双以太网的结构
双以太网工作非常可靠，两网同时工作，互为 热备用，一个网络出了故障，另一个网络仍能 正常工作，并会发出告警信号，提醒维护人员 进行维护。
4、电站运行管理自动化系统应包括电力生产运 行数据、状态记录统计无纸化；数据信息分层、 分流交换自动化；电站运行发生故障时能即时 提供故障分析报告，指出故障原因，提出故障 处理意见；系统能自动发出电站设备检修报告， 即常规的电站设备“定期检修”改变为“状态 检修”。
水电站的ON-Call系统
水电站的ON-Call系统
3、1958年开始水电站计算机闭环定值控 制。
4、1966年开始试验计算机对生产过程的 最优控制。
5、1974年美国大古力电站（600万千瓦） 实现计算机闭环控制。
6、我国70年代中期，首先在新安江电站对水 轮发电机进行开机检测，最早实现计算机闭环 控制的是广东流溪河电站。
7、1984年自动同期装置和微机调速器研制成功 并投入运行。
水电站计算机监控 系统
主要组成部分
1，水电站的类型； 2，水电站综合自动化系统的组成； 3，上位机系统的组网类型； 4，下位机系统组成（LCU）； 5，计算机监控软件介绍； 6，触摸屏监控软件介绍；
一、水电站的 类型
一、水电站的类型
1、坝式水电站 2、河床式水电站 3、引水式水电站 4、储能水电站 5、潮汐电站 6、虹吸式水电站
国电南自、南瑞等公司的监控系统 系统支持DL476-92、SC 1801、CDC 8890 Type II、CDT等传统远动规约，而且研制开发 了IEC 870-5、DNP3.0、TASE-2规约通讯软件， 形成了较为完善的通讯软件包。
数字化水电站计算机网络结构
数字化水电站计算机网络
1、数字化变电站、数字化水电站系统该由 ： 智能化的一次设备；