水电站计算机监控系统可靠性设计

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1、水电站计算机监控系统可靠性设计0、前言　　随着计算机技术、自动化技术的快速发展，水电站采用计算机系统实现综合自动化日益广泛。电站的安全可靠生产对计算机监控系统提出了严格要求，一旦发生故障，系统必须具有故障自动检测和安全保护等功能，另外，还应通过各种手段尽可能地缩短修复时间。因此，为实现水电站计算机监控系统的安全、可靠运行，其可靠性设计工作相当重要。系统级在系统的整体设计时包括了水电站计算机监控系统的可靠性设计，合理的系统结构是保证系统可靠的前提。根据中小型电站的实际情况，水电站计算机监控系统应遵循工业控制标准，采用分层分布式结构和模块化设计来保证系统的可靠性

2、。水电站计算机监控系统采取分层分布式（DCS）结构，如图1所示，由上位工控机主站（IPC）和下位机测量控制系统（LCU）两个层次组成，上位机与下位机之间通过智能通讯设备进行数据交换。在功能上系统可划分为多个独立的单元（LCU），每个单元功能单一，可靠性高。由于系统上位机与各下位机均有独自的CPU，它们均可独立运行，下位机各单元之间也可独立工作，互不干扰。当某一设备出现故障时，不会使系统全面崩溃。这种结构上的分散意味着控制的分散、供电的分散及干扰的分散，因此能从根本上分散影响可靠性的外部因素，从而保证系统能达到很高的可靠性。另外，DCS结构还可以使数据就地处理

3、，减少通讯开销，增加了数据的安全性。(2)冗余配置水电站计算机监控系统采取冗余技术来保证系统的可靠性。DCS结构对系统单元的冗余配置不但容易实现，而且可以突出重点，减少不必要的冗余。比如机组、主变保护就采用带双CPU的冗余保护系统；机组的负荷调节控制采取上位机自动调节、下位机拨码自动调节和手动调节等多重冗余，在计算机监控系统本身出现故障时，可以通过调速器和励磁系统的手动冗余功能实现正常发电，有效地保证系统的可靠、持续运行。(3)独立的供电系统在系统设计上，水电站计算机监控系统采用独立的供电系统，即采用在线式的不间断电源（UPS）供电。由于UPS内部的稳压和逆

4、变隔离作用，不但减少电网及其它电站设备对控制系统的影响，同时使监控系统在电路上形成独立回路，可以保证一点接地，降低了不等电位干扰。2、系统硬件　　水电站计算机监控系统的DCS结构从可靠性逻辑角度来看，是系统设备单元通过串联、并联、冗余等方式构成的，因此必须提高设备单元的可靠性。影响系统单元的可靠性有许多外部因素，如环境温度、湿度、灰尘、电源波动、电磁干扰、电气冲击、机械振动、水汽腐蚀等等；同时元件老化、电路开路、短路等内部因素也对系统可靠性有很大影响。因此，采取了如下措施。(1)选择高品质设备　　采用高质量的产品，如采用IS09001质量标准体系的设备，以保

5、证设备的高品质和高可靠性。比如，系统上位机采用工业控制计算机，下位机的PLC可采用日本OMRON产品，智能电参数仪可采用加拿大的3720ACM，从而保证了系统设备的可信度和可靠(2)隔离技术为克服外围系统对监控系统设备的影响，在电站监控系统中，比较多地采用隔离技术，如常见的输入输出采用中间继电器。系统还采用了光电隔离技术，如在电度表脉冲输出回路，采用光电耦合隔离，同时抬高输出信号电压，使回路具备更高的抗干扰性能。(3)吸收电路水电站控制系统需要大量的开关量，采用中间继电器输入输出。由于继电器是电感性元件，继电器的分合会造成很大的电磁干扰，因此，可在继电器两端

6、采用RCD吸收回路，或简单地采用二极管钳位电路（如图2所示）。当开关K闭合时，线圈L流过电流为iL=Vcc/R；当开关K由闭合至断开时，若无二极管D，电流iL不能形成续流回路，线圈储藏的电能会转化为高压电势，即B点电压很低，或UAB极高，不仅会损坏开关，而且将产生很强的电磁干扰，通过电源回路串入其它控制设备。加入二极管D则起到iL的续流作用，开关K两端的电压被钳位在Vcc，B点电压基本保持在零电位（续流时B点电压为二极管的正向导通压降约-0.7V），有效地抑制了iL产生的负压对电源的干扰，降低了电磁开关分合对其它输入输出信号的影响。图2二极管续流吸收回路(4

7、)采用电流环输入由于系统的模拟量测量距离较远，如上下游水位、蜗壳压力等，信号传输的距离损耗就不能忽视。如果采用电压输入，线路损耗较大，并且容易受感应电压的干扰。系统采用4～20mA的电流环输入，就能克服以上弊端，而且传输距离可以大大加长。(5)重要传输线采取屏蔽电缆、辫子线电厂是电磁干扰十分严重的场所，在I/O口，尽量提高信号的电位，但计算机通讯线路一般采用5V的弱信号。为使信号传输可靠，应采用屏蔽电缆或辫子线，并且在布置上尽量与强电信号分开，尽量避免平行相邻走线。一方面使各自信号可靠传输，另一方面减少互相干扰。(6)防雷措施水电站分布在山区，雷击严重，系统

8、在计算机通讯接口上应加抑制二极管等防雷措施，保证系统