1、第第3章章 发电企业信息化发电企业信息化 主要内容主要内容n3.1 我国发电厂自动化与信息化现状我国发电厂自动化与信息化现状n3.2 水电站厂级监控系统水电站厂级监控系统 n3.3 火力发电厂的厂级监控系统火力发电厂的厂级监控系统 n3.4 发电厂智能管理信息系统发电厂智能管理信息系统3.1我国发电厂自动化与信息化现状我国发电厂自动化与信息化现状n我国我国电厂电厂的的自动化水平达到国际先进水平自动化水平达到国际先进水平。电厂自动化历来是电力企业信息化建设的重电厂自动化历来是电力企业信息化建设的重点，大部分大中型水力发电，火力发电机组点，大部分大中型水力发电，火力发电机组均配备了均配备了计算机监
2、控系统计算机监控系统。小型水电站的自。小型水电站的自动化水平总体上还不是太高。动化水平总体上还不是太高。n发电生产自动化监控系统的广泛应用大大发电生产自动化监控系统的广泛应用大大提提高高了了生产过程自动化水平生产过程自动化水平。n由于大部分使用的由于大部分使用的监控系统采用了国外的先监控系统采用了国外的先进技术进技术，因此某些单项指标基本达到了国际，因此某些单项指标基本达到了国际水平，但在整体应用上仍有差距。水平，但在整体应用上仍有差距。3.1我国发电厂自动化与信息化现状我国发电厂自动化与信息化现状我国发电力企业信息化发展的特征如下我国发电力企业信息化发展的特征如下:n电力生产过程自动化系统应
3、用成熟。电力生产过程自动化系统应用成熟。n管理信息系统的建设与应用逐渐推进（为公管理信息系统的建设与应用逐渐推进（为公司业务管理和决策服务）。司业务管理和决策服务）。总体来看，总体来看，管理信息化滞后于生产过程自动化管理信息化滞后于生产过程自动化的发展进程。的发展进程。发电企业信息化建设的战略目标发电企业信息化建设的战略目标n发电企业信息化建设的战略目标是发电企业信息化建设的战略目标是:以先以先进思想为主导、以现代信息技术手段为进思想为主导、以现代信息技术手段为支撑，实现电厂内外部信息的全面集成支撑，实现电厂内外部信息的全面集成，建设，建设数字化电厂数字化电厂。3.2 水电站厂级监控信息系统水
4、电站厂级监控信息系统n近年来国内水电站自动化得到了迅速的发展，近年来国内水电站自动化得到了迅速的发展，已成为一个集计算机、控制、通信、网络、电已成为一个集计算机、控制、通信、网络、电力电子为一体的综合系统，具备完备的硬件结力电子为一体的综合系统，具备完备的硬件结构、开放的软件平台和强大的应用系统。构、开放的软件平台和强大的应用系统。n不仅可以完成对不仅可以完成对单个水电站的监控单个水电站的监控，还可以进，还可以进一步实现一步实现对梯级、流域、甚至跨流域对梯级、流域、甚至跨流域的的水电站水电站群群的的经济运行和安全监控经济运行和安全监控。小型水电站的电气结构小型水电站的电气结构水电站监控对象水电
5、站监控对象 包括水轮机、发电机、机组进水阀、尾包括水轮机、发电机、机组进水阀、尾水闸门、机组附属及辅助设备水闸门、机组附属及辅助设备(油、水、油、水、气气)，主变压器、开关站、全厂公共和，主变压器、开关站、全厂公共和辅助设备、大坝等。辅助设备、大坝等。水电站厂级监控系统主要任务和功能水电站厂级监控系统主要任务和功能 (1)(1)实现站级层监控系统对相应实现站级层监控系统对相应主要机电设备主要机电设备运行工运行工况、位置、参数况、位置、参数的监视的监视,并实现对主要并实现对主要开关设备的开关设备的状态监视状态监视并显示。并显示。(2)(2)实现站级层监控系统对相应主要机电设备的现地实现站级层监控
6、系统对相应主要机电设备的现地/远方，自动远方，自动/手动监控，调节，包括机组起手动监控，调节，包括机组起/停，停，开关倒闸等开关倒闸等.操作员工作站通过人机接口或者根据操作员工作站通过人机接口或者根据调度的命令、应用程序（调度的命令、应用程序（AGCAGC、AVCAVC等）的命令自动等）的命令自动地对监控系统对象进行控制和调节。地对监控系统对象进行控制和调节。水电站厂级监控系统主要任务和功能水电站厂级监控系统主要任务和功能 (3)(3)具有越限报警和趋势报警功能具有越限报警和趋势报警功能.(4)(4)在电力系统事故或电站设备工作异常时，监控系在电力系统事故或电站设备工作异常时，监控系统应能自动
7、起动音响报警、语音电话自动告警系统，统应能自动起动音响报警、语音电话自动告警系统，并在操作员站上显示报警信息并在操作员站上显示报警信息,打印报警信息并记打印报警信息并记录入数据库录入数据库.(5)(5)监控系统异常监视：当监控系统的硬件或软件监控系统异常监视：当监控系统的硬件或软件发生故障时，给出提示信息，并在操作员工作站上发生故障时，给出提示信息，并在操作员工作站上显示故障位置和进行打印记录。同时，在工程师站显示故障位置和进行打印记录。同时，在工程师站上给出报警信号，显示故障位置及原因。上给出报警信号，显示故障位置及原因。水电站厂级监控系统主要任务和功能水电站厂级监控系统主要任务和功能 (6
8、)(6)对系统运行的各种数据进行收集、统计、分析对系统运行的各种数据进行收集、统计、分析判断，提供生产运行和维护指导。站所有监控对象判断，提供生产运行和维护指导。站所有监控对象的操作、报警事件及实时参数报表等应记录下来，的操作、报警事件及实时参数报表等应记录下来，并能以并能以一定一定格式显示，在打印机上打印及通过光盘格式显示，在打印机上打印及通过光盘刻录机以文件的方式储存在光盘上。打印记录分为刻录机以文件的方式储存在光盘上。打印记录分为定时打印记录、事故、故障打印记录、操作打印记定时打印记录、事故、故障打印记录、操作打印记录及召唤打印记录等工作模式。报表：生成各种周录及召唤打印记录等工作模式。
9、报表：生成各种周期性的统计报表，时间间隔可由操作人员选择，也期性的统计报表，时间间隔可由操作人员选择，也可根据操作员的指令随时生成各种报表。可根据操作员的指令随时生成各种报表。水电站厂级监控系统水电站厂级监控系统的结构的结构目前水电站监控系统的结构基本上以网络为基础，目前水电站监控系统的结构基本上以网络为基础，全厂共设两层：全厂共设两层：电厂控制层和现地控制层电厂控制层和现地控制层。n系统级设备大多采用系统级设备大多采用以太网或光纤环网以太网或光纤环网等通用等通用网络连接高性能的微机、工作站和服务器（网络连接高性能的微机、工作站和服务器（电电厂控制层厂控制层）。）。n在在现场现场则较多地则较多
10、地采用采用PLC或智能现地控制单元或智能现地控制单元(LCU)，再通过，再通过现场总线现场总线与基础层的与基础层的智能智能I/O设设备备、智能仪表、远程、智能仪表、远程I/O等相连，构成现地控制等相连，构成现地控制子系统（子系统（现地控制层现地控制层），与站级系统结合，形），与站级系统结合，形成整个控制系统。成整个控制系统。水电站监控系统水电站监控系统现地控制层现地控制层n现地控制层主要功能：现地控制层主要功能：是完成现场设备的数据采集和过程自动控制是完成现场设备的数据采集和过程自动控制及实现与主站监控计算机的通信。将采集的及实现与主站监控计算机的通信。将采集的实时数据、经处理后确认的事件、控
11、制过程实时数据、经处理后确认的事件、控制过程的有关信息上送给主站监控计算机，接受其的有关信息上送给主站监控计算机，接受其下达的控制调节等命令并执行相应的操作。下达的控制调节等命令并执行相应的操作。水电站监控系统水电站监控系统现地控制层现地控制层n智能控制器加上现场总线技术智能控制器加上现场总线技术是现地控制单元的是现地控制单元的发展趋势，现场总线是连接智能设备和自动化系发展趋势，现场总线是连接智能设备和自动化系统的数字式双向传输、多分支结构的通信网络。统的数字式双向传输、多分支结构的通信网络。n针对水电站被控对象分散的特点，现场总线将分针对水电站被控对象分散的特点，现场总线将分散在现场的智能仪
12、表、智能散在现场的智能仪表、智能/、智能执行机构、智能执行机构、智能变送器、智能控制器连接成一体，提高了、智能变送器、智能控制器连接成一体，提高了系统的自治性和可靠性，可以节省大量的信号电系统的自治性和可靠性，可以节省大量的信号电缆和控制电缆。缆和控制电缆。水电站监控系统水电站监控系统现地控制层现地控制层 现地控制层设计：现地控制层设计：n全厂设置全厂设置若干个若干个现地控制单元（现地控制单元（LCULCU），实现对各），实现对各生产对象的监控。生产对象的监控。n 就地控制单元的就地控制单元的个数个数由机组的台数和开关站及共由机组的台数和开关站及共用设备的规模大小来决定，最大不超过用设备的规模
13、大小来决定，最大不超过6464个。每台个。每台机组一套机组一套LCULCU，开关站及共用设备共用一台，开关站及共用设备共用一台LCULCU或各或各自一台自一台LCULCU。以以PLC为基础的机组现地控制单元（为基础的机组现地控制单元（LCU）近年来，以近年来，以PLC为基础的机组现地控制单元（为基础的机组现地控制单元（LCU）在水电厂中得到了广泛的应用。有功率、）在水电厂中得到了广泛的应用。有功率、频率和电压的闭环控制。频率和电压的闭环控制。机组机组LCU应有下述功能：应有下述功能：(1)采集机组运行的电气参数、开关状态、水轮机组采集机组运行的电气参数、开关状态、水轮机组及励磁屏、调速器、辅机
14、的运行状态及事故、故及励磁屏、调速器、辅机的运行状态及事故、故障信号、非电模拟量等数据。障信号、非电模拟量等数据。(2)显示机组运行的实时参数、实时状态、事故及故显示机组运行的实时参数、实时状态、事故及故障信息、控制参数及保护整定值等。障信息、控制参数及保护整定值等。以以PLC为基础的机组现地控制单元（为基础的机组现地控制单元（LCU）(3)根据主控计算机的命令和现场的命令，完成机组根据主控计算机的命令和现场的命令，完成机组的启动、合灭磁开关、启励、调压、调频、准同的启动、合灭磁开关、启励、调压、调频、准同期并车、有功功率和无功功率的闭环调节、甩负期并车、有功功率和无功功率的闭环调节、甩负荷、
15、停机荷、停机(4)可修改机组的部分控制参数。可修改机组的部分控制参数。(5)机组的事故、故障处理。发生机组机械事故和电机组的事故、故障处理。发生机组机械事故和电气事故时，根据不同的事故类型，采取减负荷停气事故时，根据不同的事故类型，采取减负荷停机、甩负荷紧急停机和关进水口闸门等措施。出机、甩负荷紧急停机和关进水口闸门等措施。出现故障时发出相应的故障报警信息。现故障时发出相应的故障报警信息。水电站监控系统水电站监控系统现地控制层现地控制层n现地控制层系统结构如图所示。现地控制层系统结构如图所示。水电站监控系统水电站监控系统现地控制层现地控制层（1 1）采用现场总线如）采用现场总线如PROFIB
16、BUSPROFIB BUS，将一类总线主，将一类总线主站、现场各类智能控制器和各种站、现场各类智能控制器和各种I/OI/O及仪表连接及仪表连接在现场总线上，实现现场设备的实时数据采集在现场总线上，实现现场设备的实时数据采集和过程自动控制。和过程自动控制。（硬布线和通讯结合硬布线和通讯结合）与机组附属及相关设备的通）与机组附属及相关设备的通信 采 用 现 场 总 线 技 术，总 线 方 式 建 议 在信 采 用 现 场 总 线 技 术，总 线 方 式 建 议 在Profibus-DPProfibus-DP、GeniusGenius、ModbusModbus总线中选取，并总线中选取，并以一种总线方
17、式为主，总线技术种类不应超过以一种总线方式为主，总线技术种类不应超过4 4种，总线介质以光纤为主。对于无法采用数字种，总线介质以光纤为主。对于无法采用数字通信的设备采用通信的设备采用硬布线硬布线I/OI/O进行连接进行连接。另外，对。另外，对于于安全运行的重要信息、控制命令和事故信号安全运行的重要信息、控制命令和事故信号除采用现场总线通信外，还需通过硬布线除采用现场总线通信外，还需通过硬布线I/OI/O直直接接入接接入LCULCU，实现双路通信，以保证安全，实现双路通信，以保证安全。水电站监控系统水电站监控系统现地控制层现地控制层（2 2）一类总线主站（）一类总线主站（LCULCU）若干个，图
18、中用个中）若干个，图中用个中档的可编程控制器，各带若干种类型的输入输出档的可编程控制器，各带若干种类型的输入输出模块、通信模块、变送器、继电器、仪表等信号模块、通信模块、变送器、继电器、仪表等信号变换装置、驱动装置及输入输出信号源等。变换装置、驱动装置及输入输出信号源等。一类总线主站的功能是对挂在总线上的设备进行一类总线主站的功能是对挂在总线上的设备进行实时数据采集，将采集的实时数据、经处理后确实时数据采集，将采集的实时数据、经处理后确认的事件、控制过程的有关信息上送给主站监控认的事件、控制过程的有关信息上送给主站监控计算机，接受其下达的控制调节等命令并执行相计算机，接受其下达的控制调节等命令
19、并执行相应的操作。应的操作。水电站监控系统水电站监控系统现地控制层现地控制层（3 3）现场总线上挂若干个智能控制器，该控制）现场总线上挂若干个智能控制器，该控制器是用中档的可编程控制器（带器是用中档的可编程控制器（带PROFIB BUSPROFIB BUS接口）实现的接口）实现的闭环控制闭环控制系统，实现某生产过系统，实现某生产过程的自动调节（调速器，励磁）。同时将需程的自动调节（调速器，励磁）。同时将需要的数据上传一类总线主站，接受其下达的要的数据上传一类总线主站，接受其下达的控制调节等命令并执行相应的操作。控制调节等命令并执行相应的操作。（4 4）将各种数字仪表和远程）将各种数字仪表和远程
20、I/OI/O挂在现场总线上，挂在现场总线上，将需要的数据上传一类总线主站，并接受其将需要的数据上传一类总线主站，并接受其下达的命令，执行相应的操作。实现远程现下达的命令，执行相应的操作。实现远程现场设备的监视与控制。（场设备的监视与控制。（测温装置，测机组测温装置，测机组振动装置，各辅助设备控制装置振动装置，各辅助设备控制装置）水电站监控系统水电站监控系统现地控制层现地控制层n每台机组的每台机组的LCULCU与继电保护、调速器（微机调速器与继电保护、调速器（微机调速器是保证每台机组发出电的频率始终维持在规定的是保证每台机组发出电的频率始终维持在规定的范围内）、励磁（微机励磁是保证每台机组发出范
21、围内）、励磁（微机励磁是保证每台机组发出电的电压始终维持在规定的范围内）、温度巡回电的电压始终维持在规定的范围内）、温度巡回检测系统（微机温度巡回检测或定点系统是实现检测系统（微机温度巡回检测或定点系统是实现每台机组的各点温度巡回检测并显示、打印）、每台机组的各点温度巡回检测并显示、打印）、同期装置（用于并网（合油开关），自动化元同期装置（用于并网（合油开关），自动化元件及执行元件共同控制机组，因此上述辅助设备件及执行元件共同控制机组，因此上述辅助设备都要改造成能满足监控系统的要求，实现水电站都要改造成能满足监控系统的要求，实现水电站辅助控制设备的基础自动化。每台机组的调速器、辅助控制设备的基
22、础自动化。每台机组的调速器、励磁、温度巡回检测系统、同期装置必须是微机励磁、温度巡回检测系统、同期装置必须是微机控制系统，能独立完成各自的控制和采集功能，控制系统，能独立完成各自的控制和采集功能，同时还具备信息上传和接受下达命令的功能（给同时还具备信息上传和接受下达命令的功能（给每台机组的每台机组的LCULCU）。）。水电站监控系统水电站监控系统现地控制层现地控制层（5 5）现场总线通过协议转换接口将非总线）现场总线通过协议转换接口将非总线协议的智能设备连接在总线上，实现全协议的智能设备连接在总线上，实现全厂现场设备的监视与控制。厂现场设备的监视与控制。水电站监控系统水电站监控系统现地控制层现
23、地控制层n（6 6）大坝监控系统是对大坝所有现场设备进行监）大坝监控系统是对大坝所有现场设备进行监视和控制（假设大坝离电站一定的距离的条件下），视和控制（假设大坝离电站一定的距离的条件下），将一个一类总线主站（方案中用一个中档的可编程将一个一类总线主站（方案中用一个中档的可编程控制器，带若干个若干种类型的输入输出模块、通控制器，带若干个若干种类型的输入输出模块、通信模块，变送器、继电器等信号变换装置、驱动装信模块，变送器、继电器等信号变换装置、驱动装置等）、数字仪表和远程置等）、数字仪表和远程I/OI/O挂在现场总线上，通挂在现场总线上，通过大坝监控系统的一类总线主站实现大坝所有现场过大坝监控
24、系统的一类总线主站实现大坝所有现场设备的实时数据采集和过程自动控制，通过通信模设备的实时数据采集和过程自动控制，通过通信模块和通信线路实现与主站的通信，将需要的数据上块和通信线路实现与主站的通信，将需要的数据上传主站监控系统的一类总线主站，接受其下达的控传主站监控系统的一类总线主站，接受其下达的控制命令并执行相应的操作。制命令并执行相应的操作。水电站监控系统水电站监控系统现地控制层现地控制层n机组机组LCU LCU 监控范围包括水轮机、发电机、机组监控范围包括水轮机、发电机、机组进水阀、尾水闸门、机组附属及辅助设备等。进水阀、尾水闸门、机组附属及辅助设备等。机组现地控制单元设备布置于机组现地控
25、制单元设备布置于发电电动机机发电电动机机旁。旁。n机组机组LCULCU完成下列数据采集与处理功能：完成下列数据采集与处理功能：机组电气量采集：定时采集机组定子和转子的电机组电气量采集：定时采集机组定子和转子的电压量、电流量、频率、有功功率及无功功率等压量、电流量、频率、有功功率及无功功率等参量，存入数据库，在机组参量，存入数据库，在机组LCULCU上显示并上送电上显示并上送电站中控层。站中控层。水电站监控系统水电站监控系统现地控制层现地控制层 机组机组温度量温度量采集：定时采集机组定子铁芯、定采集：定时采集机组定子铁芯、定子线圈、机组轴瓦、轴承、轴承油、冷却器水、子线圈、机组轴瓦、轴承、轴承油
26、、冷却器水、冷却器油及其它系统的温度。检查采集的温度冷却器油及其它系统的温度。检查采集的温度量是否越限，并及时将越限情况及数据送往电量是否越限，并及时将越限情况及数据送往电站中控层，机组站中控层，机组LCULCU上同时也有报警显示和音响。上同时也有报警显示和音响。对部分温度量还要进行温度变化率监视和温升对部分温度量还要进行温度变化率监视和温升趋势分析及时发现异常情况。趋势分析及时发现异常情况。机组机组振动、摆度、蠕动、气隙、流量、压力，振动、摆度、蠕动、气隙、流量、压力，对这些数据进行越限检查，并将越限情况与数对这些数据进行越限检查，并将越限情况与数据送往电站中控层，机组据送往电站中控层，机组
27、LCULCU上同时也有报警显上同时也有报警显示和音响。示和音响。水电站监控系统水电站监控系统现地控制层现地控制层 机组过程控制状态量扫查：在机组过程控制状态量扫查：在机组启动、停机和运机组启动、停机和运行方式转换时采集机组各操作顺序步的状态量和模拟行方式转换时采集机组各操作顺序步的状态量和模拟量量，并进行记录，同时向电站中控层发送控制过程中，并进行记录，同时向电站中控层发送控制过程中的数据。的数据。机组电气保护报警量采集机组电气保护报警量采集：随机采集机组电气保：随机采集机组电气保护动作信息，一旦采集到保护报警信息，立即将该信护动作信息，一旦采集到保护报警信息，立即将该信息送往电站中控层，同时
28、在机组息送往电站中控层，同时在机组LCULCU上报警显示和音上报警显示和音响。响。机组机械保护报警量采集：随机采集机组机组机械保护报警量采集：随机采集机组机械机械保护动作保护动作信息，及时将采集到保护报警信息送往电站信息，及时将采集到保护报警信息送往电站中控层，同时在机组中控层，同时在机组LCULCU上报警显示和音响。上报警显示和音响。水电站监控系统水电站监控系统现地控制层现地控制层 监视各辅助设备的运行，发现异常情况及时向电监视各辅助设备的运行，发现异常情况及时向电站中控层传送信息，并在机组站中控层传送信息，并在机组LCULCU上有报警显示上有报警显示和音响。执行机组辅助设备启动停止控制。和
29、音响。执行机组辅助设备启动停止控制。机组机组LCULCU应包括对机组控制范围内的断路器和各应包括对机组控制范围内的断路器和各种隔离开关（不包括检修接地隔离开关）的分合种隔离开关（不包括检修接地隔离开关）的分合控制，进水口阀门开关控制，尾水事故闸门的充控制，进水口阀门开关控制，尾水事故闸门的充水、开启及关闭控制。这些控制应具有严格的安水、开启及关闭控制。这些控制应具有严格的安全闭锁逻辑。全闭锁逻辑。水电站监控系统水电站监控系统现地控制层现地控制层 机组机组LCULCU应具有自动应具有自动/手动有功、无功调节手动有功、无功调节 机组运行工况包括：发电（空载、满载机组运行工况包括：发电（空载、满载发
30、电、调相、正常停机、事故停机、紧发电、调相、正常停机、事故停机、紧急停机。机组急停机。机组LCULCU针对各工况及其转换应针对各工况及其转换应有相应的控制程序。有相应的控制程序。水电站监控系统水电站监控系统现地控制层现地控制层 机组机组LCULCU与电站中控层脱机时应能与电站中控层脱机时应能独立独立运行。没运行。没有电站中控层命令或脱离电站中控层的情况下，有电站中控层命令或脱离电站中控层的情况下，机组机组LCULCU也应能独立完成对所控设备的闭环或开也应能独立完成对所控设备的闭环或开环控制，保证机组安全运行和开停机操作。监视环控制，保证机组安全运行和开停机操作。监视面板应可显示机组的主要电气量
31、和温度量以及有面板应可显示机组的主要电气量和温度量以及有关辅助设备的状态或参数及主要操作画面。在机关辅助设备的状态或参数及主要操作画面。在机组组LCULCU上还装有必要的电气测量仪表和变送器。上还装有必要的电气测量仪表和变送器。水电站监控系统水电站监控系统现地控制层现地控制层n公用公用LCULCU功能功能 全厂公用断路器、高压厂用变压器、厂内各全厂公用断路器、高压厂用变压器、厂内各10kV10kV厂用配电系统、各厂用配电系统、各0.4kV0.4kV主配电盘、各主配电盘、各0.4kV0.4kV分配电分配电盘和全厂公共和辅助设备。采集全厂厂用变压器、盘和全厂公共和辅助设备。采集全厂厂用变压器、10
32、kV10kV厂用电断路器状态和继电保护、备用电源自动厂用电断路器状态和继电保护、备用电源自动投入装置的状态、动作、报警信息和电测量信号；投入装置的状态、动作、报警信息和电测量信号；定时对全厂公用、辅助设备的状态量，以及断路器、定时对全厂公用、辅助设备的状态量，以及断路器、开关和分合进行处理，上送至电站中控层。预留接开关和分合进行处理，上送至电站中控层。预留接收通信系统、火灾报警系统及通风空调监控系统的收通信系统、火灾报警系统及通风空调监控系统的信息，工业电视监视系统故障信息。接受电站中控信息，工业电视监视系统故障信息。接受电站中控层控制命令、完成全厂性有关断路器顺序操作、隔层控制命令、完成全厂
33、性有关断路器顺序操作、隔离开关的投、切。所有操作就有严格的软硬件逻辑离开关的投、切。所有操作就有严格的软硬件逻辑闭锁。闭锁。水电站监控系统电厂控制层水电站监控系统电厂控制层(生产调度和监控生产调度和监控)n电站监控系统中控层应完成对本电站所有被控电站监控系统中控层应完成对本电站所有被控对象的安全监控。对象的安全监控。n电厂控制层电厂控制层应具有数据采集与处理、实时控制应具有数据采集与处理、实时控制和调节、参数设定、监视、记录、报表、运行和调节、参数设定、监视、记录、报表、运行参数计算、通信控制、系统诊断、软件开发和参数计算、通信控制、系统诊断、软件开发和画面生成、系统扩充画面生成、系统扩充(包
34、括硬件、软件包括硬件、软件)、运行、运行管理和操作指导等功能。管理和操作指导等功能。n电厂控制层电厂控制层实时采集来自实时采集来自LCULCU层的所有主要运行层的所有主要运行设备的模拟量、开关量、脉冲量等信息以及来设备的模拟量、开关量、脉冲量等信息以及来自调度层的控制命令和交换数据。自调度层的控制命令和交换数据。电厂控制层电厂控制层的组成如图所示。的组成如图所示。水电站监控系统水电站监控系统中控层中控层（1 1）网络采用双冗余的光纤网）网络采用双冗余的光纤网TCP/IPTCP/IP协议；协议；（2 2）集中控制工作站：双机热备、服务器。监控功能：）集中控制工作站：双机热备、服务器。监控功能：集
35、中控制与保护、现地层与集中层数据通信、实时与集中控制与保护、现地层与集中层数据通信、实时与历史数据库、与管理层的通信及数据接口；历史数据库、与管理层的通信及数据接口；（3 3）操作员工作站：台微机、双屏。操作功能：程序）操作员工作站：台微机、双屏。操作功能：程序及单项操作；及单项操作；（4 4）工程师工作站：台微机。维护功能：系统参数的）工程师工作站：台微机。维护功能：系统参数的修改、程序与算法的投入与切换；修改、程序与算法的投入与切换；（5 5）集中控制操作台：急停、紧急故障排除；）集中控制操作台：急停、紧急故障排除；（6 6）2 2台交换机。台交换机。电厂控制层电厂控制层与与LCULCU也
36、可以采用以太网相连也可以采用以太网相连,如下图示。如下图示。水电站监控系统水电站监控系统布置布置n每台机组的监控每台机组的监控LCU位于主厂房发电机层相位于主厂房发电机层相应的机组旁；厂房设有中控室，作为全站的应的机组旁；厂房设有中控室，作为全站的集中监控中心，布置有计算机设备、公用集中监控中心，布置有计算机设备、公用LCU盘柜、微机保护柜盘和模拟屏等。盘柜、微机保护柜盘和模拟屏等。水电站监控系统的发展趋势水电站监控系统的发展趋势n在大中型电站用高性能的工作站或服务器作在大中型电站用高性能的工作站或服务器作为全系统的为全系统的主控机和数据服务器主控机和数据服务器，而用，而用PC机机作为操作员站
37、，大中型电站的系统级设备一作为操作员站，大中型电站的系统级设备一般都选用般都选用64位的工作站和服务器。位的工作站和服务器。n高速交换式以太网高速交换式以太网技术的得到众多生产厂商技术的得到众多生产厂商的支持，比其它网络产品有着明显的无法替的支持，比其它网络产品有着明显的无法替代的优势。代的优势。nWeb、面向对象的、面向对象的Java等新技术将越来越多等新技术将越来越多地引入计算机监控系统。地引入计算机监控系统。水电站监控系统的发展趋势水电站监控系统的发展趋势n有效的状态监测和故障诊断有效的状态监测和故障诊断 利用现代化先进的检测设备和分析技术对水电站利用现代化先进的检测设备和分析技术对水电
38、站主设备的某些关键部位的参量进行在线实时采主设备的某些关键部位的参量进行在线实时采集和监视，经过综合了现场积累的运行、检修集和监视，经过综合了现场积累的运行、检修、试验资料和专家经验的智能、试验资料和专家经验的智能(专家专家)系统，综合系统，综合分析其运行规律，并分析其运行规律，并预测设备可能存在的隐患预测设备可能存在的隐患，及早发现设备存在的缺陷和故障，对设备进，及早发现设备存在的缺陷和故障，对设备进行有针对性的维护，避免突发性故障和控制渐行有针对性的维护，避免突发性故障和控制渐发故障的发生。（发故障的发生。（数据采集以及数据分析来预数据采集以及数据分析来预测设备状态测设备状态）先进的水电站
39、监控系统举例先进的水电站监控系统举例n瓦斯河位于四川省甘孜藏族自治州康定县境瓦斯河位于四川省甘孜藏族自治州康定县境内，流域共规划内，流域共规划7个常规水电厂，个常规水电厂，1个抽水蓄个抽水蓄能电厂，预计总装机能电厂，预计总装机990MW。n四川华能康定水电公司的瓦斯河流域梯级电四川华能康定水电公司的瓦斯河流域梯级电站开发已建成一期的冷竹关电站，装机容量站开发已建成一期的冷竹关电站，装机容量180MW。二期工程。二期工程3个电站共个电站共530MW。先进的水电站监控系统举例先进的水电站监控系统举例n冷竹关电站按冷竹关电站按“无人值班无人值班(少人值守少人值守)”的原则的原则设计，计算机监控系统引
40、进设计，计算机监控系统引进奥地利奥地利ELIN公司公司的产品。的产品。n流域梯级控制中心流域梯级控制中心位于距冷竹关电厂位于距冷竹关电厂315km以以外的外的成都市成都市。控制中心监控系统采用。控制中心监控系统采用1000Mbit/s交换式以太网，通过交换式以太网，通过TCP/IP协议协议与冷竹关电厂计算机监控系统互联。系统具与冷竹关电厂计算机监控系统互联。系统具有以下特点：有以下特点：先进的水电站监控系统举例先进的水电站监控系统举例(1)成都控制中心监控系统与冷竹关电站中控室控制成都控制中心监控系统与冷竹关电站中控室控制系统任何一方发生故障，另一方仍可以正常控系统任何一方发生故障，另一方仍可
41、以正常控制生产。制生产。(2)符合国际标准的开放式环境，采用符合国际标准的开放式环境，采用UNIX操作系操作系统和统和ORACLE数据库，支持数据库，支持SQL语言。语言。(3)操作员工作站集中监视和控制各电站，可以实时操作员工作站集中监视和控制各电站，可以实时显示图形、报表、报警及事件信息，能直接控显示图形、报表、报警及事件信息，能直接控制、调度到机组和主要的断路器。设定值和命制、调度到机组和主要的断路器。设定值和命令发送到各机组令发送到各机组LCU（现地控制单元），（现地控制单元），LCU执行这些命令并返回信息给控制中心，供运行执行这些命令并返回信息给控制中心，供运行人员监视。人员监视。先
42、进的水电站监控系统举例先进的水电站监控系统举例(4)主计算机实时采集并处理各电站的数据，对历史数主计算机实时采集并处理各电站的数据，对历史数据存档和管理，向据存档和管理，向SQL服务器服务器和操作员站传送数据和操作员站传送数据(5)SQL服务器是与管理信息系统服务器是与管理信息系统(MIS系统系统)接口接口的计的计算机，从主计算机采集算机，从主计算机采集MIS系统所需的监控系统信系统所需的监控系统信息，转换成息，转换成MIS系统所需的数据格式，并实时生成系统所需的数据格式，并实时生成各类格式的报表。各类格式的报表。SQL服务器通过服务器通过CISCO防火墙路防火墙路由器与成都控制中心监控系统相
43、连，保证了监控系由器与成都控制中心监控系统相连，保证了监控系统的安全性。统的安全性。(6)一台工程师一台工程师/编程员站用于系统维护、故障处理、软编程员站用于系统维护、故障处理、软件开发，同时兼有操作员站的所有功能，可作为操件开发，同时兼有操作员站的所有功能，可作为操作员站的备用机。作员站的备用机。先进的水电站监控系统举例先进的水电站监控系统举例(7)主计算机、操作员工作站、主计算机、操作员工作站、USP均采用冗余配均采用冗余配置，保证了系统的可靠性和实用性。置，保证了系统的可靠性和实用性。(8)通信接口计算机向省调度中心上传成都控制中通信接口计算机向省调度中心上传成都控制中心监控系统信息，接
44、收省调下发的数据和命令心监控系统信息，接收省调下发的数据和命令。成都控制中心与各厂站的通信采用。成都控制中心与各厂站的通信采用3条通道：条通道：租用中国电信的租用中国电信的22M bit/s DDN(数字数据网数字数据网络络)光纤通道光纤通道(主通道主通道)、电力系统、电力系统34M bit/s微波微波通道和租用吉通公司通道和租用吉通公司128 K bit/s卫星通道。主通卫星通道。主通道有故障时能自动切换到备用通道。道有故障时能自动切换到备用通道。先进的水电站监控系统举例先进的水电站监控系统举例(9)监控系统将报警信号分级，出现故障时可按照监控系统将报警信号分级，出现故障时可按照报警的等级报
45、警的等级自动呼叫有关人员的传呼机自动呼叫有关人员的传呼机，使，使维护人员在第一时间赶到事故现场，对于实维护人员在第一时间赶到事故现场，对于实现现“无人值班无人值班(少人值守少人值守)”起着十分重要的作起着十分重要的作用。用。3.3 火力发电厂的厂级监控系统火力发电厂的厂级监控系统火力发电厂简介火力发电厂简介n火力发电厂是将燃料火力发电厂是将燃料(煤、油、天然气等煤、油、天然气等)的的化学化学能变成电能能变成电能的工厂。（的工厂。（燃料热能燃料热能 动能电能动能电能）n原煤经过皮带运输到原煤仓，加工成原煤经过皮带运输到原煤仓，加工成煤粉煤粉后通过后通过燃烧器送到燃烧器送到锅炉锅炉的炉膛中燃烧，放
46、出的炉膛中燃烧，放出热能热能:在锅炉在锅炉的水冷壁管中的水，吸收炉膛中的热量后，变成的水冷壁管中的水，吸收炉膛中的热量后，变成饱和蒸汽饱和蒸汽;并通过蒸汽管道送到并通过蒸汽管道送到汽轮机汽轮机中中;将热能将热能变成变成动能动能;汽轮机带动汽轮机带动发电机发电机旋转而发出电来，机旋转而发出电来，机械能就转变为电能械能就转变为电能;电能再通过变压器、开线路送电能再通过变压器、开线路送到电力系统及用户。（燃料到电力系统及用户。（燃料 锅炉锅炉 汽轮机汽轮机 发电机发电机）大型火力发电机组的特点大型火力发电机组的特点现代化大型发电机组有下列一些特点现代化大型发电机组有下列一些特点:l)热力系统庞大，生
47、产过程复杂。热力系统庞大，生产过程复杂。2)由于单机容量大，它的辅机和辅助设备数量多，由于单机容量大，它的辅机和辅助设备数量多，容量大，结构也复杂。容量大，结构也复杂。3)生产工况变化多、操作频繁和复杂。大机组需要生产工况变化多、操作频繁和复杂。大机组需要监视的测点数量相当多，特别是在机组的起停监视的测点数量相当多，特别是在机组的起停和事故处理过程中，机组处于不稳定的状态下和事故处理过程中，机组处于不稳定的状态下工作。工作。4)大型机组的控制对象和参数多，控制机构多，各大型机组的控制对象和参数多，控制机构多，各种扰动也多。种扰动也多。大型火力发电机组的特点大型火力发电机组的特点n要保证热能转变
48、为电能，必须不断地供给燃料、要保证热能转变为电能，必须不断地供给燃料、空气和循环的水。空气和循环的水。(节能减排节能减排)n火电厂生产运行过程的自动化程度要求高，火电火电厂生产运行过程的自动化程度要求高，火电厂底层控制系统的范围极其广泛，它包括了单元厂底层控制系统的范围极其广泛，它包括了单元机组控制系统、辅助设备、公用系统控制系统、机组控制系统、辅助设备、公用系统控制系统、以及厂用电分散控制系统以及厂用电分散控制系统n其中其中含有含有大量模拟控制回路大量模拟控制回路的锅炉、汽轮机与发的锅炉、汽轮机与发电机组构成的电机组构成的单元机组运行的控制系统单元机组运行的控制系统最为复杂最为复杂。单元机组
49、控制系统基本内容单元机组控制系统基本内容单元机组控制系统大致可分为四个基本内容单元机组控制系统大致可分为四个基本内容:(1)自动检测自动检测:自动检测是对生产过程及设备的参自动检测是对生产过程及设备的参数、信号自动进行转换、加工处理、显示并数、信号自动进行转换、加工处理、显示并记录下来。记录下来。(2)自动调节自动调节:一般是指正常运行时操作的自动化一般是指正常运行时操作的自动化，即在一定范围内，自动地适应外界负荷变，即在一定范围内，自动地适应外界负荷变化或其他条件变化，使生产过程正常进行。化或其他条件变化，使生产过程正常进行。火电厂的自动调节主要有火电厂的自动调节主要有锅炉水位调节、汽锅炉水
50、位调节、汽温调节、燃烧调节、辅助设备调节等温调节、燃烧调节、辅助设备调节等。单元机组控制系统基本内容单元机组控制系统基本内容(3)远方控制及程序控制远方控制及程序控制:远方控制是通过开关或按钮远方控制是通过开关或按钮，对生产过程中重要的调节机构和截止机构实现，对生产过程中重要的调节机构和截止机构实现远距离控制远距离控制;程序控制主要是指机组程序控制主要是指机组(或局部系统、或局部系统、设备设备)在启动、停止、增减负荷、事故处理时的一在启动、停止、增减负荷、事故处理时的一系列操作的自动化。系列操作的自动化。(4)自动保护自动保护:是利用自动化装置，对机组是利用自动化装置，对机组(或系统、设或系统
