三里坪水电站计算机监控系统现场调试

三里坪水电站计算机监控系统调试

郭荣浩 宋时峰 孟德学

（湖北能源集团房县水利水电发展有限公司）

摘要：本文主要以三里坪水电站计算机监控系统投运为引线，介绍了水电站计算机监控系统的基本组成和功能，及其在投运过程中的调试项目和调试过程，探讨合理规范的调试方法，总结调试过程中出现的问题，寻求可行的解决方案。 关键词：三里坪水电站；计算机监控系统；调试；记录

引言：

三里坪水电站是汉江南河流域梯级开发的第五级。以防洪、发电为主，兼有灌溉、水库养殖、库区航运等综合效益的水利枢纽工程，水库库容4.99亿立方米，电站总装机容量为2X35MW ，年发电量1.83亿千瓦时，年发电利用小时数2620小时，保证出力1.24万千瓦，具有季调节性能。电站采用110kV 一级电压接入系统，主接线方式为单母线接线，出线为1回。厂房为引水式地下厂房，二台机组共用一条压力引水钢管。

计算机监控系统采用南京南瑞集团公司出产的SSJ-3000监控系统，系统分为厂站控制级与现地控制级两层。厂站控制级设备包括：主机兼操作员工作站（2台）、工程师/培训工作站（1台）、网关工作站（2台）、厂内通信工作站（1台）、报表及电话语音报警工作站（1台）、GPS 时钟装置（GPS 与北斗各一套）、网络设备、打印机、UPS 等。现地控制级设备包括：机组现地控制单元（1#机组LCU 与2#机组LCU ）、110kV 开关站现地控制单元（1套）、公用设备现地控制单元（1套）。系统图如图一：

图一

虽然三里坪水电站计算机监控系统与国内大型水电站的计算机监控系统相

比，结构简单涉及设备少，但也能完整体现出分层分布式计算机监控系统功能和特点。本文就以三里坪水电站计算机监控系统为例展开介绍计算机监控系统功能与组成，及其在投运过程中的调试项目和调试过程。探讨合理规范的调试方法，总结调试过程中出现的问题寻求可行的解决方案，从而提高计算机监控系统的稳定性和可靠性，缩短电站的调试时间。

1 计算机监控系统的功能、组成

计算机监控技术是一门综合性的技术，它是计算机技术（包括软件技术、接口技术、通信技术、网络技术、显示技术）、自动控制技术、自动检测和传感技术的综合应用。它是利用传感装置将被监控对象中的物理参量（如温度、压力、流量、液位、速度）转换为电量（如电压、电流），再将这些代表实际物理参量的电量，送入输入装置中转换为计算机可识别的数字量，并且在计算机的显示装置中以数字、图形或曲线的方式显示出来，从而使得操作人员能够直观而迅速地了解被监控对象的变化过程。除此之外，计算机还可以将采集到的数据存储起来，随时进行分析、统计和显示并制作各种报表。对被监控的对象进行控制，则由计算机中的应用软件，按照设计所要求的设定值结合采集到的物理参量进行判断，然后在输出装置中输出相应的电信号，推动执行装置（如电磁阀、继电器等）动作从而完成相应的控制任务。

1.1 计算机监控系统的功能

计算机监控系统的基本功能不随电站容量大小而增减，是以安全、可靠为前提必须具备以下功能：

1）数据采集与处理

这部分功能主要包括实时数据采集、必要的变换和预处理并以一定的格式存入数据库，通过合理的控制流程进行处理，做相应输出完成对机组的监视和控制。通常按照被测值性质的不同把它们分为模拟量、开关量（开关量包括中断型开关量和非中断型开关量两种）、脉冲量、数据相关量、计算量等，其采集及处理方法各有特点。

2）运行安全监视

运行安全监视涉及正常工况、异常工况、紧急状况，监视的内容包括越、复限、故障及事故、异常趋势等。计算机监控系统还需提供必要的手段和工具，以方便运行人员对全厂各主、辅助设备的运行状态进行实时监视。

3）设备操作监视

设备操作监视主要包括：开停机操作监视，对开、停机过程中的每一步骤的执行情况进行监视，反应出开、停机过程受阻时的受阻部位及其原因，并进行分步执行或闭环控制等；开关设备操作监视，当要进行倒闸操作时，计算机监控系统根据全厂当前的运行状态及开关闭锁条件，判断该设备在当前是否允许操作并自动执行操作指令；辅助设备控制及操作统计，辅助设备一般采用两种控制方式：“直接控制”或“干预控制”，计算机监控系统根据辅助设备的性质不同来选择不同的控制方式进行控制，并对操作进行记录。

4）控制权限

设备的操作权一般分为远方、中控室及现地三级, 因为每级之间的控制环节可能出现故障, 监控系统应保证现地控制具有优先权。当处于远方控制时，一旦发生事故或由于其他原因需人为干预时，控制权自动地切换到电厂端，以便事故的及时处理。

控制权设定是要求厂站控制级设备，能够根据系统管理员、维护人员、运行人员的责任，对控制权限进行不同的设定，以免操作出错或冲突，确保计算机监控系统的安全。

5）AGC 功能

AGC是在电力系统AGC 运用之后，随着电站计算机监控系统的出现而产生的一项新的控制方式，它全面实现了电站发电的自动控制，与电力系统AGC 有密切关系，可在给定的方式和参数下自主运行。

6）AVC 功能

AVC即自动电压控制，其实现的主要功能是按照调度要求，随时维持母线电压在给定的范围之内，通常是调节机组的无功功率来实现的，同时AVC 也实现了机组之间的无功功率分配，其实现可采用开环指导和闭环控制两种方式。

7）运行日志及报表

运行日志功能是用来记录每台机组当日的运行参数，通常存储于计算机硬盘或光盘中，不需要每天打印，需要查阅时在屏幕上调用或打印；操作记录功能是对电站中主辅设备的操作和自动操作进行记录；除操作记录外还有事故记录、故障记录、报警记录、保护动作记录、自诊断记录等，并由此总汇而成事件一览表，以便对故障与异常进行分析；监控系统还会对设定值或参数修改进行记录并存入数据库以备随时查询。

8）数据通信

计算机监控系统内部各设备之间都存在数据通信的问题，其通信的方式和速率与监控系统的结构模式有关，合理选择通信方式是监控系统选型或设计的重要内容之一；外部通信主要对象是上级调度，常是网调、省调或梯调，主要功能是上送各种数据和下载调度的命令，而取代以往的电话联系或远动装置；此外还有与电站其他设备，如调速、励磁以及振动、摆度测量装置的通信等。

9）人机界面

人机界面通常用CRT 显示器或LED 显示器来实现，主要用于人机会话，操作员、程序员发令。

10）多媒体功能

多媒体技术在电站监控系统中的应用是多媒体应用技术的一个突破，主要体现在应用方式、应用风格、涉及的技术上；这种应用与多媒体在出版、音像等领域的应用有很大的差别，主要是将多媒体技术与工业电视结合，实现视频监视；与报警结合，实现语音报警及远方电话查询；与动画技术结合，实现屏幕显示的动画功能；与常规的人机界面结合，实现屏幕显示的实景化等应用功能。

1.2 计算机监控系统的组成

计算机监控系统的组成可以有多种划分方法, 最简单地可以分为硬件和软件两个部分, 由计算机（含可视化的人机界面）、输入输出装置（模块）、检测、变送机构、执行机构组成。图二 给出了一个计算机监控系统的组成原理简图。 图二

随着技术的发展, 计算机监控系统应用方式和构成方式日趋多样化，分别出现了：基于个人计算机构成的计算机监控系统，此种构成结构简单，操作简便，技术开放，并且拥有极为丰富的应用软件资源；基于可编程序逻辑控制器构成的计算机监控系统，此种构成具有可靠性高、抗干扰能力强、系统组成灵活方便、维护量小、能适应各种恶劣工业环境等特点；集散控制式计算机监控系统，此种构成是基于计算机网络的分层模式将监控系统分为多个层级，每个层级赋予不同权限，其特点是便于集中操作、安全性能高、便于扩展、可以对复杂厂站进行监控等；随着人们对系统开放性认识的加深，要求计算机监控系统具有开放性的呼声也越来越强烈，孕育出以现场总线技术（连接智能现场设备和各类自动化系统的数字式、双向传输、多分支结构的通信网络）为核心的计算机监控系统，此种构成的传输介质可以使用双绞线、同轴电缆、光纤、无线等，信号的采集、处理、控制、驱动等功能放在现场设备实现分散控制，从而摆脱一对一的信号传输模式，减少电缆使用量，降低投资成本。

2 计算机监控系统调试

计算机监控系统调试周期长，涉及面广，调试项目多，尤其是软件系统庞大，需要校核所有逻辑关系。因此在水电站监控系统改造和投运过程中, 若计算机监控系统的调试能够顺利进行, 可大大缩短电站的调试时间, 对于安装调试、按时或提前完成交付有着重要意义。

水电站计算机监控系统调试，通常需要厂内调试与现场调试两次调试后方能投入使用，厂内调试主要目的是对新出产的监控系统进行初步试验与测试，以检验设备与软件的可靠性，是判断计算机监控系统能否出厂的基础。

现场调试是在计算机监控系统监视对象安装就位，最好是已完成单体调试后进行。在进行调试前要对调试对象进行熟悉并整理资料如点表、说明书等，对非调试设备需做好隔离与安全防护。调试过程中严格按照规范执行，做到条理清晰、遇事不急，不漏掉任何一个检查测试项目。

2.1 设备外观检查

调试开始前应对到货设备进行外观检查，检查其盘柜颜色是否符合合同规定的要求、盘柜整体布置是否与结构配置图一致、设备外观应无凹痕、划伤、裂缝、变形、端子齐备、走线正确、铭牌正确完好、配件齐全等，并做好详细记录。

2.2 回路检查

根据厂家与设计院提供的资料对监控系统内部和外部接线进行仔细检查，在对外部回路进行检查时, 需整理出整个监控系统的点表，这对提高工作效率和防止出错有很大帮助。在检查的过程中应按设备或盘柜类别逐个进行，确保接线无误且牢固可靠；检查外接电源电压等级、相序是否正确，接地点是否可靠连接，各回路绝缘电阻是否符合规程规范；发现实际设备与设计相出入时，应及时与设计单位和厂家沟通解决，并做好详细记录。

2.2 设备通电

按电压等级的不同，逐项、分步对各设备进行通电检查。检查电源回路、I/O回路有无短路现象，接地是否良好；检查外部电源的电压等级、相序、是否正确，交流火零线和直流正负线有否颠倒；对PLC 进行通电前，建议解下所有IO 模件的接线端子排；完成现场对线并检查电压等级无误后逐个通电并进行拷机试验，一般为72小时，此阶段观察和核实各元器件与应用软件工作是否出现异常，并做好详细记录。

2.3 装置检测

对计算机监控系统各装置按照规范要求进行检测，主要检测项目包括：PLC 模件、切换功能、交流采样表、通讯、触摸屏、交换机、变送器、同期装置等，保证装置功能及采集精度满足设计要求，并做好详细记录。

2.4 输入/输出接口调试

根据设计与厂家提供的资料对各个输入/输出信号进行检查与调试，并做好详细记录。

开关量检查（DI 量与SOE 量）：根据测点定义，模拟被监控设备的实际动作来检测信号的准确性；无法模拟的，以短接/开路的方式产生信号变位，观察LCU 与上位机的显示是否正确。

AI量检查：对所有模拟量输入点，在相应变送器的输入端加模拟信号，检查LCU 和上位机的显示与记录是否正确；同时检查变送器的输入输出信号范围是否与数据库定义一致。

TI量检查：在温度量输入点的对象端加入模拟温度信号，检查LCU 和上位机的显示与记录是否正确，注意三线制电阻的线芯次序不能交叉。

ACI量检查：在交流采集装置的输入端加CT 、PT 信号，检查LCU 和上位机的显示与记录是否正确；同时检查交采数值乘以比例系数的信号范围与数据库定义是否一致。

DO量检查：在条件许可的情况下，由业主或安装单位布置安全措施，对设备进行实际控制操作，验证开出回路及信号输入回路、LCU 的状态显示及上位机画面的显示记录是否正确。条件不允许的情况下，解开控制对象电缆或将控制对象操作电源切除，用万用表(或对线灯) 检查开出回路，是否与测点定义表一致。 AO量检查：从监控系统发出相应的模出命令, 在需求设备端检测模拟量输出是否正确。

2.5 静态试验/无水试验

进行此项工作时应防止误开启进水口闸门或蝶阀，防止电源误送，防止不允许操作的设备误动，保证试验安全；准备好试验所需的模拟量信号源，温度量信号源、开关量输入信号源。

做好以上准备后，分别从上位机及LCU 人机接口启动各种控制流程，并按流 程需要模拟机组转速、机组电压与有关开入信号等，检查流程执行情况、整定 值及报警的正确性；试验包括单设备操作试验、机组状态转换试验、机械事故停

机试验、电气事故停机试验、紧急事故停机试验、人工命令试验等。

2.6 同期回路检查

同期回路检查在整个计算机监控系统调试中占有重要地位，同期失误将会给机组与电站带来巨大损失。应分别对自动同期回路与手动同期回路进行详细的检查，以便验证同期装置动作的可靠性、各项设定值、PT 电压采样与极性的正确性，并做好详细记录。

2.7 通讯调试

主要根据设计的配置情况进行调试, 调试内容包含厂内通信和调度通信调试, 厂内通信调试主要是与调速器系统、励磁系统、保护系统、辅机系统、等之间的调试。调度通信调试主要是与水电站上级调度单位之间的调试。在整个通讯调试过程中由于涉及的系统分属于不同单位，通讯协议规约也各不相同，故通讯调试必须建立畅通的沟通渠道以便调试的顺利进行，调试过程中应做好详细记录。

2.8 动态试验/有水试验

动态试验是考验计算机监控系统对机组监视与控制是否安全可靠的重要一环。所有流程应分别由上位机与LCU 当地人机接口启动，自动启动流程应检查各种启动条件下的动作情况，检查机组状态的转换、机械事故停机、电气事故停机、紧急事故停机、同期PT 极性、相位、同期假并列、自动同期并网、手动同期并网，试验应做好详细记录。

2.9 功率调节试验

调节试验时，视现场情况尽量做好各控制保护闭锁的验证，若实在是不具备 条件，一定要记录程序中的各参数。

要进行的试验有负荷调节PID 设值测试、有功功率调节测试、无功功率调节测试、负荷调节PID 闭锁保护测试，试验过程中应做好详细记录。

2.10 72小时连续运行试验

72小时试运行是对水电站进行综合考验的过程，是检验机组、水工建筑、电气设备制造与安装质量的安全性与可靠性重要一环；计算机监控系统作为电站的检测、控制中心应在72小时期间对上位机和LCU 的显示、报警、登录、打印、统计等功能进行详细的检查，发现缺陷并及时处理，试验过程中应做好详细记录。 3 结语

目前计算机监控系统发展日趋成熟，各种控制的可靠性、灵活性在不断完善。但因为不同的电站配置与设计不同，计算机监控系统在不同电站的应用也存在差异，导致不同用户对计算机监控系统的要求也有细微差别，为了使调试顺利进行，调试前调试人员应具备必要的专业知识和计算机应用知识，提前熟悉产品，收集相关资料，编写适合本电站的调试方案、安全措施、应急预案，相关人员必须熟悉这些方案和措施，在调试过程中加强与设计、厂家、调度之间的联系以便调试工作的顺利进行。

参 考 文 献

【1】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，2004

【2】电力行业标准(DL)．DL/T 822-2002 水电厂计算机监控系统试验验收规程

The debugging of computer monitoring system in

San li ping hydropower station

Guo Ronghao, Song Shifeng, Meng Xuede

（Fangxian Water Conservancy and Electric Power Developed Corporation of Hubei Energy

Group Company）

bstract: According to the going situation of computational monitor and control system working in San li ping hydropower station,this article mainly talks about the basic composition and function of monitor and control system of hydropower station,debug-item and debugging process of computational monitor and control system in the working process,searching for normative and logical testing

ways,summing up the problem occur in the process of testing,seeking for solution to the problem.

Key words:San li ping hydropower station,computational monitor and control system,testing,record.