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摘要：本文是在一次设计的基础上进行沙坝水电站测量与监控系统的设计的，对计算机监控系统的结构和功能以及电力系统在应用该系统之后的一些优点进行了介绍，提出了采用以计算机为主的分层分布式监控系统方案和叙述了系统中的现地控制单元(LCU)。
关键词：小型水电站、二次回路、测量系统、同期装置、励磁系统、计算机监控系统、微机调速器
前言
水电站由于运行上的特点，它还在电力系统的调峰、调频等方面具有特殊的作用，所以研究水电站对系统的安全经济运行很有意义。
水电站的电气设备在运行过程中，其主要运行参数（如电流、电压、功率和频率等）是经常不断变化的。为使运行人员掌握水电站各种设备（如发电站、变压器、线路等）及全电站的运行状况，保证其工作的可靠性及运行的经济性，在各电路中必须装设必要的测量仪表或监视装置。当发生故障时，运行人员可根据测量仪表所指示的异常现象迅速地分析故障和进行处理。
水电厂（站）自动化技术经过二十多年的发展，在大中型电站已完全达到了实用化程度，其自动化技术已全部采用基于计算机的监控系统。随着光纤互感器的发展和产品的推出，国际IEC61850协议的实施，从技术层面将导致全数字化的水电厂的监控系统问世。
1 水电站及二次回路概述
1.1 水电站
水电站的二次装置是对整个水电站进行的测量、监视、控制和保护的装置。在电力发电的初期，水电站容量小，设备简单，二次设施也很简陋，它还不能构成一个单独的部分。水电站的二次装置及其组成的系统，即为二次回路，测量系统和控制监视系统是其重要不可分割的内容，而水电站的测量和监控系统的设计是水电站实现全自动化和水电站实现无人值班、少人值守的必要条件。
1.2 二次回路简介
在中小型水电站中，对电气一次设备、水力机械、水工设施和其他机械设备进行监测、控制、保护、信号及自动调节等功能的辅助电气设备，称为二次设备。它包括监视和测量用表计，控制用开关电器，继电保护及自动、远动装置用电器，信号器具，同期系统用电器，操作电源和控制电缆等。二次设备一般有蓄电池、厂用低压电源、互感器等供电用的低压设备。
2 水电站测量系统设计——电气测量仪表配置的基本要求
电气测量仪表的配置应满足电气设备安全和经济运行的要求，为此，配置应按规定进行。电气测量仪表接线应满足两个条件：第一是所有的电气测量仪表电压线圈并入电压互感器二次侧后，负载总容量不能超过电压互感器在相应的准确等级下的容量，否则，电压互感器内部压降会增大，造成二次侧端电压降低，误差增大。第二是所有电气测量仪表的电流线圈串接后，其总阻抗值不能超过电流互感器二次侧所允许的阻抗值，否则，测值误差增大。
仪表要有一定的准确等级；测量仪表和互感器应有一定的测量范围；对有可能出现两个方向电流的直流回路或两个方向功率的交流回路，应装设双向标度的电流表或功率表。
3 同期系统的设计
发电机之间，发电机与电力系统之间的并列运行必须借助同期装置来实现。这种并列操作称为同期操作或并列操作。进行同期操作所需的装置称为同期装置。为了能可靠而简便地完成同期过程，必须根据电站的具体情况及电力系统的要求而选择合理的同期方式及其相应的接线。
4 励磁系统设计
水轮发电机宜采用微机型励磁调节器，考虑到系统的冗余配置和系统的可靠性，宜采用独立的两个调节通道，每个通道应具备自动电压调节及无功功率闭环自动调节功能，两个通道互为备用；并应具备手动励磁电流闭环反馈调节功能。容量较小的中型水轮发电机允许采用一套自动电压调节通道和一套手动励磁电流闭环反馈调节功能的励磁调节器。
5 计算机监控系统设计
实现计算机控制已成为水电厂自动化的发展方向,"无人值班"(少人值守)是水电站发展的必然趋势。通过计算机监控系统在水电站的应用，保证了电能质量，降低了发电成本；生产的控制过程更高效、可靠，提高了生产自动化水平；劳动条件得到了改善，同时提高了劳动生产率。
5.1 计算机监控系统简介
水电站计算机监控系统通常有两种应用模式，即以计算机为辅的监控系统和以计算机为主的监控系统。
5.2 监控系统设计的原则
根据国内中小型水电站计算机监控系统的控制模式和应用经验，我公司水电站全厂计算机监控系统采取以下设计原则：安全、可靠、经济、实用。
5.3 计算机监控系统的设计
沙坝水电站按“无人值班、少人值守”方式进行设计,采用以计算机监控系统为主,常规监控为辅的监控方式。
沙坝水电站由中央控制室的值班人员通过操作员工作站的人机接口设备进行监控。计算机监控系统保证电站稳定运行下实现自动控制。
5.3.1计算机监控系统的结构
计算机监控系统采用开放式分层分布系统、全分布数据库。在设计时应根据水电站的具体要求选定。
5.3.2计算机监控系统的软件
一、系统通讯软件
通讯软件的研制基于TCP/IP网络接口。它采用著名Client-Server(客户-服务器)模式。
二、应用软件
1、自动发电控制(AGC)
2、自动电压控制(AVC)
3、双机切换软件
5.3.3计算机监控系统的功能及主要特性
一、计算机监控系统的功能
电站计算机监控系统包括对全厂设备的监控、自动发电控制（AGC）、自动电压控制（AVC）、事故分析处理、趋势分析处理、经济运行、运行培训仿真等功能。
二、计算机监控系统的主要特性
计算机监控系统的主要特性有：实时性、可靠性、可维护性、可用性、安全性、可扩性和可边性。
5.4 计算机监控的内容和意义
水电站的监控系统在以后将会普遍采用计算机监控系统，计算机监控的内容在不同的水电站有所不同。但基本内容大致是：水电站设备的控制、调节、保护、监测和运行状态及运行参数的自动记录、打印，作为调度自动化系统的远方终端（RTU），水电站优化运行，水电站的事故处理。以上内容中，有的部分是水电站常规自动控制系统同样具有的，有的部分是水电站采用计算机监控后增加的。
5.5 计算机监控系统的发展趋势
水电站计算机监控系统未来发展趋势，将是扩大软件模块的功能，取代更多的硬件，更多地采用标准模块和接口系统，水电站计算机监控系统的硬件集成度将进一步提高，水电站内各层次的计算机控制系統之间的通信将以串行通信为主，并朝着网络化、智能化、人性化、软件组态化、控制无人化方向发展，并还将向更高的目标发展。
6 总结
本文的研究工作围绕着沙坝水电站测量与监控系统，全面概括地论述了小型水电厂测量与监控系统研究和设计方面的成果和经验。
本设计综合应用了常规仪表、计算机、通讯网络、智能化设备及现场总线等多项技术,较概括地实现了沙坝水电站测量系统的仪表配置、计算机监控系统理论上的设计和结构图绘制。
参考文献
［１］贺家李，宋从矩．电力系统继电保护原理[TM]．水利电力出版社，第三版．
［２］杨奇逊．微机型机电保护基础[TM]．水利电力出版社，1988，11．
［18］孙力, 徐国君. 小型水电站计算机监控技术[M ]. 北京: 中国计划出版社,1999.
［19］王定一. 水电厂计算机监视与控制[M ]. 北京: 中国电力出版社,2001.
［20］陆亿红. 小水电站计算机监控系统的研究. 大学期刊网，2001，6，1.57-58，45，10-12.
关键词：小型水电站、二次回路、测量系统、同期装置、励磁系统、计算机监控系统、微机调速器
前言
水电站由于运行上的特点，它还在电力系统的调峰、调频等方面具有特殊的作用，所以研究水电站对系统的安全经济运行很有意义。
水电站的电气设备在运行过程中，其主要运行参数（如电流、电压、功率和频率等）是经常不断变化的。为使运行人员掌握水电站各种设备（如发电站、变压器、线路等）及全电站的运行状况，保证其工作的可靠性及运行的经济性，在各电路中必须装设必要的测量仪表或监视装置。当发生故障时，运行人员可根据测量仪表所指示的异常现象迅速地分析故障和进行处理。
水电厂（站）自动化技术经过二十多年的发展，在大中型电站已完全达到了实用化程度，其自动化技术已全部采用基于计算机的监控系统。随着光纤互感器的发展和产品的推出，国际IEC61850协议的实施，从技术层面将导致全数字化的水电厂的监控系统问世。
1 水电站及二次回路概述
1.1 水电站
水电站的二次装置是对整个水电站进行的测量、监视、控制和保护的装置。在电力发电的初期，水电站容量小，设备简单，二次设施也很简陋，它还不能构成一个单独的部分。水电站的二次装置及其组成的系统，即为二次回路，测量系统和控制监视系统是其重要不可分割的内容，而水电站的测量和监控系统的设计是水电站实现全自动化和水电站实现无人值班、少人值守的必要条件。
1.2 二次回路简介
在中小型水电站中，对电气一次设备、水力机械、水工设施和其他机械设备进行监测、控制、保护、信号及自动调节等功能的辅助电气设备，称为二次设备。它包括监视和测量用表计，控制用开关电器，继电保护及自动、远动装置用电器，信号器具，同期系统用电器，操作电源和控制电缆等。二次设备一般有蓄电池、厂用低压电源、互感器等供电用的低压设备。
2 水电站测量系统设计——电气测量仪表配置的基本要求
电气测量仪表的配置应满足电气设备安全和经济运行的要求，为此，配置应按规定进行。电气测量仪表接线应满足两个条件：第一是所有的电气测量仪表电压线圈并入电压互感器二次侧后，负载总容量不能超过电压互感器在相应的准确等级下的容量，否则，电压互感器内部压降会增大，造成二次侧端电压降低，误差增大。第二是所有电气测量仪表的电流线圈串接后，其总阻抗值不能超过电流互感器二次侧所允许的阻抗值，否则，测值误差增大。
仪表要有一定的准确等级；测量仪表和互感器应有一定的测量范围；对有可能出现两个方向电流的直流回路或两个方向功率的交流回路，应装设双向标度的电流表或功率表。
3 同期系统的设计
发电机之间，发电机与电力系统之间的并列运行必须借助同期装置来实现。这种并列操作称为同期操作或并列操作。进行同期操作所需的装置称为同期装置。为了能可靠而简便地完成同期过程，必须根据电站的具体情况及电力系统的要求而选择合理的同期方式及其相应的接线。
4 励磁系统设计
水轮发电机宜采用微机型励磁调节器，考虑到系统的冗余配置和系统的可靠性，宜采用独立的两个调节通道，每个通道应具备自动电压调节及无功功率闭环自动调节功能，两个通道互为备用；并应具备手动励磁电流闭环反馈调节功能。容量较小的中型水轮发电机允许采用一套自动电压调节通道和一套手动励磁电流闭环反馈调节功能的励磁调节器。
5 计算机监控系统设计
实现计算机控制已成为水电厂自动化的发展方向,"无人值班"(少人值守)是水电站发展的必然趋势。通过计算机监控系统在水电站的应用，保证了电能质量，降低了发电成本；生产的控制过程更高效、可靠，提高了生产自动化水平；劳动条件得到了改善，同时提高了劳动生产率。
5.1 计算机监控系统简介
水电站计算机监控系统通常有两种应用模式，即以计算机为辅的监控系统和以计算机为主的监控系统。
5.2 监控系统设计的原则
根据国内中小型水电站计算机监控系统的控制模式和应用经验，我公司水电站全厂计算机监控系统采取以下设计原则：安全、可靠、经济、实用。
5.3 计算机监控系统的设计
沙坝水电站按“无人值班、少人值守”方式进行设计,采用以计算机监控系统为主,常规监控为辅的监控方式。
沙坝水电站由中央控制室的值班人员通过操作员工作站的人机接口设备进行监控。计算机监控系统保证电站稳定运行下实现自动控制。
5.3.1计算机监控系统的结构
计算机监控系统采用开放式分层分布系统、全分布数据库。在设计时应根据水电站的具体要求选定。
5.3.2计算机监控系统的软件
一、系统通讯软件
通讯软件的研制基于TCP/IP网络接口。它采用著名Client-Server(客户-服务器)模式。
二、应用软件
1、自动发电控制(AGC)
2、自动电压控制(AVC)
3、双机切换软件
5.3.3计算机监控系统的功能及主要特性
一、计算机监控系统的功能
电站计算机监控系统包括对全厂设备的监控、自动发电控制（AGC）、自动电压控制（AVC）、事故分析处理、趋势分析处理、经济运行、运行培训仿真等功能。
二、计算机监控系统的主要特性
计算机监控系统的主要特性有：实时性、可靠性、可维护性、可用性、安全性、可扩性和可边性。
5.4 计算机监控的内容和意义
水电站的监控系统在以后将会普遍采用计算机监控系统，计算机监控的内容在不同的水电站有所不同。但基本内容大致是：水电站设备的控制、调节、保护、监测和运行状态及运行参数的自动记录、打印，作为调度自动化系统的远方终端（RTU），水电站优化运行，水电站的事故处理。以上内容中，有的部分是水电站常规自动控制系统同样具有的，有的部分是水电站采用计算机监控后增加的。
5.5 计算机监控系统的发展趋势
水电站计算机监控系统未来发展趋势，将是扩大软件模块的功能，取代更多的硬件，更多地采用标准模块和接口系统，水电站计算机监控系统的硬件集成度将进一步提高，水电站内各层次的计算机控制系統之间的通信将以串行通信为主，并朝着网络化、智能化、人性化、软件组态化、控制无人化方向发展，并还将向更高的目标发展。
6 总结
本文的研究工作围绕着沙坝水电站测量与监控系统，全面概括地论述了小型水电厂测量与监控系统研究和设计方面的成果和经验。
本设计综合应用了常规仪表、计算机、通讯网络、智能化设备及现场总线等多项技术,较概括地实现了沙坝水电站测量系统的仪表配置、计算机监控系统理论上的设计和结构图绘制。
参考文献
［１］贺家李，宋从矩．电力系统继电保护原理[TM]．水利电力出版社，第三版．
［２］杨奇逊．微机型机电保护基础[TM]．水利电力出版社，1988，11．
［18］孙力, 徐国君. 小型水电站计算机监控技术[M ]. 北京: 中国计划出版社,1999.
［19］王定一. 水电厂计算机监视与控制[M ]. 北京: 中国电力出版社,2001.
［20］陆亿红. 小水电站计算机监控系统的研究. 大学期刊网，2001，6，1.57-58，45，10-12.