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水電站的行業歸屬是水利行業主管部門，因此水電站計算機監控技術的部頒標準應由水利行業主管部門會同國家質量監督總局進行頒布。目前水電站計算機監控技術標準正在研制階段，《水電站計算機監控技術標準（征求意見稿）》正在征求全國各省行業專家的建議，正在不斷地完善和修改之中，并將擇時進行項目鑒定和頒布。隨著計算機與信息技術的快速發展，從2002年開始，在單機容量大于1000kW的水電站，電站自動控制系統已要求采用計算機監控系統。20世紀90年代以前建設的水電站，要按總體目標要求做出更新改造規劃，逐步實現“無人值班”(少人值守)。2003年，水利部制訂頒發了《水電技術現代化指導意見》(以下簡稱《指導意見》)，提出了水電科技發展的方向。我國水電站自動化發展的總體目標是，在2015年，水電行業全面實現現代化，其中，總裝機5MW及以上的水電站，應采用全開放、分層分布式計算機監控系統；調速器、勵磁裝置和廠內油、水、氣、直流系統、閘門等設備的監測控制應采用微機控制系統，計算機監控系統與設備控制單元之間的數據通信可通過現場總線、串行通信或I/O等方式進行。

1995年，國家電力工業部頒布了DL/T578-95《水電廠計算機監控系統基本技術條件》(以下簡稱《條件》)，明確了水電廠計算機監控系統的基本結構、技術要求及試驗等方面的內容，但該標準主要針對總裝機250MW以上的大中型新建水電廠及相同規模的老電廠自動化改造而制定的，對水電站并不適用，如果完全按照該《條件》設計水電站的計算機監控系統，雖然可以滿足水電站的監控要求，但可能會造成資源的浪費。并且有些技術，如水電計算機監控技術、高壓機組和低壓機組，從設計理念到設備配置都有很大的區別，很難依據該《條件》“參照執行”。水電計算機監控技術日新月異，應用相當普及，但由于相應的規程規范國家還未頒發，設計沒有依據，也是造成設備配置規模沒有約束、復雜化的原因之一。綜上所述，缺乏統一的技術標準，水電計算機監控系統很難做到結構簡單化、配置合理化和擴展方便化，《指導意見》提出的宏偉目標更是難以實現。因此，盡早制定和頒布適用于水電站計算機監控系統的技術標準成為迫不及待的任務。

1行業標準制定的意義

標準化工作對于產業的發展和改造、加強產業及產品的國際競爭力、規范市場經濟秩序、促進國際貿易都具有重要意義，對于水電站計算機監控技術行業的發展也不例外。水電站計算機監控系統標準化工作的重要性和意義包括以下3個方面。（1）水電站計算機監控系統技術標準化對完善水電技術標準體系，提高標準化、規范化水平有著重要意義。對于我國水電行業的發展，標準化的作用也必將凸現。水電是一個關系民生的重要行業，建立和完善技術標準體系，將在降低水電的建設成本，提高水電的經濟效益，提高水電的安全管理等方面具有重要意義。（2）水電站計算機監控系統技術標準化將會對我國水電站計算機監控技術行業化發展起到技術支撐作用。《水電站計算機監控技術標準》是在對我國水電站計算機監控技術研究的基礎上制定的。該標準的制定對我國水電站計算機監控技術行業的發展具有基礎性的支撐作用。同時這個標準更是以科技和實踐成果為支撐的，通過總結我國水電站計算機監控技術的成果，并將其物化，提煉出科學、經濟的設計和制造方法，對于指導行業生產、提高生產效率都具有積極的意義。（3）水電站計算機監控系統技術標準化對于規范水電站計算機監控系統產品的市場秩序、建立公正公平的市場競爭秩序具有重要意義。我國在水電站計算機監控系統技術的研究、開發設計和應用等方面都取得了一系列科研成果，而且部分成果已經產業化。但是，由于設計人員對水電技術發展的指導思想不明確以及設計無據可依，使得計算機監控技術在水電站得到越來越廣泛應用的同時，出現了各個監控裝置生產廠家在系統結構、功能、性能和價格等方面差別較大，業主難以比較好壞。因此，面對目前市場上配置混雜、設計方法各異、產品無可比性的混亂局面，制定相應的設計和制造標準，建立統一的概念與方法，從而建立合理的市場準入門檻，營造公平的市場競爭秩序，可以起到防止消費欺詐、規范水電站計算機監控系統市場秩序的作用。

2標準制定的原則

農村水電站與大型水電站相比，有以下特點：①建設資金不富裕。這類電站多為地方投資或者集資興建，資金來源有限。因此，往往在興建過程中力求設備簡單，價格低廉，以節省投資。②運行方式變化大。農村水電站一般水庫容量很小，運行方式受降雨量的影響較大．而用電規律受生產季節與生活用電的影響極大，因而運行方式變化大，機組啟停頻繁。③電壓變化大。農村電站往往為獨立供電，農村用戶分散，輸送距離遠，負荷變化幅度極大，因而電壓變化幅度大。為了照顧首末端用戶的使用電壓，電壓的設定和調節變化頻繁。④無特殊用戶。農村電站供電對象一般為鄉鎮加工企業和生活照明用電。沒有要求不停電、高電能質量的特殊企業及單位。⑤技術力量薄弱。農村電站的運行維護人員一般均為非專業學校的技術人員，不可能去面對復雜、繁多的自動化裝置和應付復雜的運行方式。⑥技術更新費用少。水電站的年維護更新費用是很少的，不可能象大中型水電站那樣有計劃的去進行設備的更新和完善。

水電站采用計算機監控系統的主要目的是加強設備的安全監視，提高水電站運行的可靠性和電力系統的安全經濟運行水平，改善運行人員的工作條件，提高電站的運行管理水平，從而提高電站的經濟效益。所以，應充分考慮水電站的特點，在保證水電站運行的可靠性和電力系統安全經濟運行水平的前提下，盡量減少計算機監控系統的復雜性和投資。由于水電站計算機監控系統技術標準是為水電站計算機監控系統的設計、制造、安裝調試提供依據，因此，本技術標準的制定應遵循下原則：（1）良好的經濟性根據水電站的特點，監控系統裝置首先要有良好的經濟性。包括投資的經濟性和維護的經濟性，只有具備了良好經濟性的自動裝置才具有生命力。（2）技術先進性隨著計算機技術的成熟和發展，水電站的自動化裝置也應該跨越一步，陳舊的監控裝置故障率高，維護工作量大，已經不適應形勢的需要，應該向可靠性高，維護簡單的計算機技術發展。（3）高可靠性水電由于技術力量薄弱，技術支持不便，要求監控系統裝置具有高可靠性、維護工作量小、壽命長的特點。（4）主要功能完整性過去對水電為了省投資，將功能減到最低限度，使信號、保護、自動功能都不完整。因而可靠性低、故障率高、電能質量差。這已經不能滿足現代鄉村經濟的要求。因此，水電站應要求具有現地監控少人值班所需功能，電站日常運行完全依靠計算機系統監控。各類自動化參數應符合國家有關標準的要求。（5）開放性和擴展性初始的應用設計應該滿足電站現實的和各生產、管理環節的需求，同時還應考慮電站未來發展的可能需求[7]，即系統要具備開放性和可擴展性，便于系統今后的升級、擴充和先進技術的采用。因此，監控系統應采用全分布開放式冗余結構，軟件模塊化、結構化設計。便于擴展和實現梯級調度，預留MIS系統、水情測報系統、水庫優化系統以及與Internet網接口。為了減少投資就要簡化設備。但功能又要完整。為達到目的就應該向綜合自動化方向發展。隨著電子工業的發展，計算機技術的成熟，實現水電的綜合自動化是可行的方向。（6）規范性標準的結構和編寫方法按中華人民共和國國家標準GB/T1.1-2000《標準化工作導則第一部分：標準的結構和編寫規則》的要求進行編制。

3行業標準體系的確定

參照國家電力工業部頒布的，為大中型水電廠計算機監控系統的設計、制造和運行管理提供了參考標準而制定的DL/T578-95《水電廠計算機監控系統基本技術條件》，并結合水電站的特點和運行要求，把本標準劃分為12部分，從各個方面對水電站計算機監控系統進行規定，這12部分分別為：（1）確定本標準的適用范圍；（2）說明規范性引用文件；（3）解釋說明本標準中用到的術語和定義；（4）確定計算機監控系統采用的結構類型；（5）明確計算機監控系統的功能要求；（6）明確構成計算機監控系統的硬件要求；（7）明確構成計算機監控系統的軟件要求；（8）確定計算機監控系統的性能指標；（9）確定計算機監控系統適用的環境條件；（10）規定監控系統必須進行的試驗和檢驗；（11）規定監控系統設計、安裝和調試所需的文件要求；（12）規定監控設備包裝和儲運的要求。

4標準研制的成果簡介

（1）適用范圍。明確了本標準“專門為水電站計算機監控系統的設計、制造和安裝調試提供參考依據”，“對于單機容量小于800kW，發電機電壓為400V的水電站，本技術規程采用專門條款說明”。

（2）規范性引用文件。包括引用國標GB191-2000、GB2887-2000和GB/T7260.3-2003等，行業標準：DL/T578-95、DL/T5065-1996、DL/T478-2001等。本段引導語包含以下幾層含義：①所列出的不僅僅是標準，還包括其他文件；②通過本標準的引用、所列文件中的條款成為本標準條款；③對于注日期引用的文件，只是指定的版面適用于引用它的標準；④只要可能，鼓勵使用注日期引用文件的最新版本；⑤對于不注日期的引用文件，其最新版本適用于引用它的標準。

（3）術語和定義。術語和定義的編制主要是結合水電站計算機監控系統的常用語，并對經常使用英文縮寫進行了說明。

（4）系統結構。水電站一般用于滿足本地區負荷所需，單機容量小，機組事故停機對系統的影響較小，因此，根據水電站自動化設計的特點，從分析現有的水電站計算機監控系統的幾種模式入手，尋求了適合水電站計算機監控系統的模式。水電站計算機監控系統存在兩種模式：集中式計算機監控系統和分層分布式監控系統。目前，集中式計算機監控系統除非是在特別小、老水電站中使用，新建水電站基本采用分層分布式監控系統。標準中規定了在采用分層分布式系統結構時:①上位機應設置2臺計算機，互為熱備用，提高系統的可靠性；②現地控制單元是實現水電站監控的關鍵設備，它直接面對控制對象，每個現地控制單元對一個或幾個控制對象進行測量、控制、保護，具有現地監控功能，能脫離上位機獨立運行；③調速器、勵磁系統及其附屬設備應優先選用微機型的設備(如PLC)，便于水電站計算機監控系統通過數據通信方式與這些附屬設備交換信息。對單機容量小于800kW，發電機電壓為400V的農村小型并網水電站，可采用高壓氮氣罐儲能活彈簧儲能型操作器代替調速器，勵磁系統可采用帶數字電位器的常規勵磁裝置，優先選用無刷勵磁方式；④水電站計算機監控系統應配置自動準同期裝置，同時保留手動同期裝置。每個同期點可分別配置1套同期裝置，當同期點數量不多于3個時，整個水電站可配置1套公用同期裝置。同期裝置宜采用微機型的同期裝置。

（5）系統功能。本標準分別從上位機、機組現地控制單元和公用現地控制單元等的功能進行了規定。由于大部分水電站采用分層分布式計算機監控系統，因此，本標準對分層分布式計算機監控系統的功能作詳細的規定。該結構方式由上位機和現地控制單元級兩個層次構成，其中，現地控制單元級一般是1臺機組有1個現地控制單元LCU，升壓站和線路有1個公用現地控制單元LCU，所以，本標準分別從上位機、機組現地控制單元和公用現地控制單元的功能進行規定。①上位機功能規定了：數據采集與處理、控制與調節、監測與保護、優化運行、數據通信、數據記錄、數據管理、統計計算、事件記錄、打印顯示等功能。②機組現地控制單元（LCU）的功能規定了：狀態監測功能、控制功能、調節功能、保護功能；③升壓站、公用設備現地控制單元功能規定了：測量功能、控制功能、保護功能、計量數據通信功能等。

（6）硬件基本要求。本標準規定了水電站計算機監控系統的上位機、現地控制單元、電源、防雷和抗干擾設備等硬件設施。①上位機的要求:水電站計算機監控系統上位機一般由工業控制計算機、顯示器、鍵盤、打印機、刻錄機等組成，同時，對工業控制計算機、顯示器、鍵盤、打印機、刻錄機的配置作詳細的規定。②現地控制單元的要求：測量、控制、保護宜采用多PLC系統完成，在確保可靠的前提下，可將各功能綜合在1套微機系統中。單機容量小于800kW，發電機電壓為400V的水電站，可選用單微機系統。順序控制宜采用可編程序控制器PLC完成。開停機操作、倒母線操作及其他一些較復雜的多步驟操作都是一個順序控制過程，在這類操作中，由于其操作步驟多，判斷條件多，前后各步驟常常都是相互關聯的，前一步操作執行成功與否，對以后的操作有重要影響，且這類操作對設備安全起到至關重要的作用，因此一定要受到電站運行人員的重視。由于PLC在順序控制功能方面具有無可比擬的優勢，建議采用PLC來實現對各設備的順序控制。開關量輸入/輸出點數、模擬量輸入/輸出點數應大于實際使用的點數并留有足夠的余量，輸入、輸出模塊應留有5%~20%的備用點。觸摸屏是可以利用手指、筆等在顯示器表面的接觸來識別屏幕坐標位置的設備，是計算機的一種輸入設備，具有直觀、簡單、易操作的特點。為了便于控制操作及參數、狀態的顯示，PLC可配置液晶觸摸屏來代替常規的開關、按鈕及指示燈，液晶屏的尺寸應不小于5.9英寸。對具有前置機的計算機監控系統，不再另外配置觸摸屏。③電源的要求：在水電站計算機監控系統中，有許多設備是需采用交流供電的，在供電期間不允許有停電過程，并要求交流電源沒有干擾，對工作電源的質量要求較高，如工控機、PLC等，這些設備若直接使用電網電源供電，則會將電網的污染引入計算機監控系統，從而對計算機監控系統造成干擾，影響計算機監控系統的正常工作，因此，在水電站計算機監控系統中應配置在線式不間斷電源UPS或逆變電源。當交流電源系統故障時，通過雙輸入端口冗余電源裝置自動切換至廠內直流系統，實現不間斷供電，不間斷電源(或逆變電源)除滿足GB7260.3-2003有關規定外還要滿足下列具體要求，如：額定容量按1.5～2倍正常負載容量考慮；輸入電壓：AC220V10%或DC88～127V（110V額定值）或DC176～253V（220V額定值）；輸出電壓：AC220V2%；輸出電壓波形：正弦波50Hz1%；波形失真<5%；不間斷電源備用電池維持時間：30min。對容量小于800kW，發電機電壓為400V的水電站，可以不設備直流系統；配置的電源應采取穩壓穩頻措施，確保電站甩負荷時引起的過電壓和過速（頻率過高）不會損壞計算機監控設備。

為了提高電源抗干擾的技術措施，應采用分散獨立電源，這樣可以避免一個電源故障，影響整個監控系統的工作，同時也減少了各種干擾在電源系統上的耦合，這樣大大提高了供電可靠性。所以，在水電站計算機監控系統中，開關量輸入、輸出電源回路應分開設置。④變送器的要求：變送器是一種將電氣或非電氣物理量轉換為標準電氣信號的轉換裝置。經過變送器轉換后的標準輸出信號一般為：0~5V、0~10V、-10~+10V、0~20mA、4~20mA、0~10mA等，在水電站計算機監控系統中，應優先選用4~20mA。⑤防雷和抗干擾方面：當電力、通信線路處于雷云電場之中時，雷電對大堤放電或線路上空雷云之間放電，都會使線路產生雷電沖擊波或瞬間過電壓，這些沖擊波會沿著線路侵入到與它相連接的電子設備。由于計算機、通信等設備普遍存在絕緣強度低，耐過電壓能力差的致命弱點，一旦遭受雷電過電壓的沖擊，輕者造成系統運行失靈，重者造成設備永久性損壞，因此，重要電子設備都應按照有關標準采取相適應的防雷措施。另外，干擾也是影響水電站計算機監控系統可靠性的重要因素之一，從現場應用的情況來看，監控系統干擾來源主要為3個方面：電源干擾、輸入輸出接口通道干擾以及電磁干擾。干擾對水電站計算機監控系統是致命的，如果不采取有效的抗干擾措施，則會出現損壞硬件設備、影響數據采集精度、控制失靈等后果。所以，水電站計算機監控系統必須采取防雷和抗干擾措施，特別是監控設備的供電電源、模擬量輸入口和通信接口等。電磁干擾是一種空間干擾，可以使用屏蔽技術處理。因此，對模擬量輸入應采用對絞屏蔽加總屏蔽電纜，屏蔽層應在計算機側接地。對絞的組合應是用同一信號的兩條信號線。而開關量輸入宜采用多芯總屏蔽電纜，芯線截面不小于0.75，輸出采用普通控制電纜。同一電纜的各芯線應傳送電平等級相同的信號。計算機信號電纜應單獨敷設在一層電纜架上，除了可與通信用的弱電纜混合敷設外，不與其他電纜混合敷設，并應排列在最下層。⑤接地:關于建筑物內電子設備的接地，IEC、ITU和國標GB50057都推薦采用公用接地(聯合接地或稱統一接地，即防雷、交流電源、安全和電子設備使用一個接地體)，按IEC標準，一個建筑物內只允許有一個接地系統，即建筑物同各種用途的接地極都應納入等電位聯結范圍而形成一個公用接地系統，以避免各金屬導體之間可能出現電位差而導致種種電氣事故。計算機監控系統曾經進行過獨立接地網的實踐，但這種接地方式在防雷和抗干擾方面都未收到預期效果。事實上，由于條件的限制，在水電站敷設獨立接地網十分困難。目前的工程項目中，計算機監控系統均采用電站的公用電氣網接地，效果良好。因此，在水電站計算機監控系統中，宜利用電站的公用電器接地網接地，一般不設計算機系統專用接地網。系統內各電氣設備應保持一點接地的原則，各種性質的接地應采用絕緣導體引至總接地板，由總接地板以電纜或絕緣導體與接地網連接。

（7）軟件基本要求。本標準對上位機軟件、現地控制單元軟件等軟件的要求進行了規定。計算機監控系統軟件按照與用戶的關系可以分為系統軟件和應用軟件。系統軟件主要指操作系統等，其常用來完成的主要功能有控制計算機系統的各種硬件，實現設備驅動；保證硬件資源的最優方式管理和應用；提供文件的編輯、編譯和調度管理程序；計算機系統的多用戶、多任務管理等。應用軟件是在操作系統規定的環境下，為了完成最終用戶某些特定的功能而研制的專用程序，對于監控系統而言是為實現監控的程序。按照應用對象來分，計算機監控系統的軟件可分為：上位機軟件和現地控制單元軟件。

（8）性能指標。規定了計算機監控系統基本性能、可靠性、可維修性、安全性等性能指標。①基本性能指標：如開關量采集周期不應超過1s；模擬量采集周期，電量不應超過1s，非電量不應超過10s；事件順序分辨率不應超過20ms；新畫面調用響應時間不應超過2s；實時數據庫刷新時間不應超過1s；控制命令響應時間不應超過1s；報警或事件產生到畫面字符顯示和發出音響的時間不應超過2s。②可靠性：系統中任何設備的單個元件故障不應造成關鍵性故障（或使外部設備誤動作）；整個系統平均無故障工作時間（MTBF）應超過10000h。③可維修性：可維修性參數平均修復時間（MTTR）由制造單位提供，當不包括管理輔助時間和運送時間時，一般可取0.5~1h；設備應具有自診斷功能，按照現場可更換部件水平來確定故障位置；應有便于試驗和隔離故障的斷開點；硬件采用模塊化，提高代換能力。④系統安全性：對系統每一功能和操作提供校核；當操作有誤時能自動或手動地被禁止并報警；自動或手動操作可作存儲記錄或作提示指導；根據需要在人機通信中設操作員控制權口令；按控制層次實現操作閉鎖，其優先權順序依次為：現地控制單元級、電站級、遠方調度級；系統設計應保證信息中的一個信息量錯誤不會導致系統關鍵性故障（或使外部設備誤動作）；與調度系統的遠程通信的信息出錯控制應與通信規約一致；當通信嘗試失敗時，發送站應能自動重新發出該信息，直到超過重發計數（一般為23次）為止；系統內部通信應具有較高的信息錯誤碼檢測能力和編碼效率。

（9）環境條件。對系統的運行環境進行了規定。避免系統受強電磁場、強振動和強噪音源的干擾，選用抗干擾能力強的設備，采用合適的屏蔽措施，使設備能夠可靠運行。包括中控室的環境溫度、相對濕度、海拔高度等。中控室的環境溫度應為0~+40℃，允許溫度變化率5％；電站中控室的相對濕度應為40%~70%，現地控制單元的相對濕度應為20%~90%（不凝結）；中控室所在位置的海拔高度應不大于2000m；為了防止塵埃對計算機監控系統的影響，屏柜一般采用密閉結構，通風口應帶有過濾網。在設備安裝施工期間，應采取臨時防塵措施，以加強防塵效果。

（10）試驗和檢驗。標準規定了系統所使用的設備和部件應是通過了型式試驗的合格產品，在設備生產和安裝的各階段分別進行規定的試驗和檢驗，包括出廠試驗和檢驗，現場試驗和檢驗。并對出廠試驗和檢驗、現場試驗和檢驗作了規定。①出廠試驗和檢驗:出廠試驗和檢驗由設備制造單位完成，檢驗的項目有：一般電氣性能試驗；硬件設備的功能和性能模擬試驗；軟件的功能和性能模擬試驗；工藝質量檢查；包裝前檢查。②現場試驗和檢驗：現場試驗和檢驗由設備制造單位和用戶共同完成，檢驗的項目有：設備抵達現場，應核對清點數量，并對設備進行開箱檢查；設備就位并完成外部接線后，應進行系統硬件和軟件靜態調試；靜態調試合格后，進行系統聯合調試及72h試運行。

（11）文件。對設計文件、安裝文件、操作與維護文件、檢驗與試驗文件等作詳細的規定。①設計文件：設計文件是制造單位根據用戶要求的技術規范或招標書，進行系統設備制造所編制的圖紙和說明書，包括：系統原理圖與設備配置清單；屏柜布置圖和端子圖；軟件系統結構設計文件；硬軟接口與通信要求確認書；全部外購設備所附資料與說明書。②安裝文件：安裝文件是制造單位指導現場安裝所需的圖紙和說明書，包括：屏柜內部接線圖和端子接線圖；設備安裝開孔和固定接線圖；設備接地要求說明書；安裝說明書。③操作與維護文件是為運行操作人員編制使用本系統設備的操作說明書和運行維護手冊，包括：上位機操作使用說明書；現地單元操作使用說明書；硬軟件檢查和修復說明書；正常維護手冊；竣工圖紙。

（12）包裝和儲運。對包裝的防潮、防霉、防震等措施作了規定，對運輸工具作了規定。

5結語

隨著《水電站計算機監控技術標準》的制定與頒布，一方面，可以為各水電站計算機監控系統設計和制造單位提供參照依據，有利于制造出體現水電特點和適用于水電站的經濟實用、安全可靠的計算機監控系統；另一方面，可以引導我國水電站逐步采用水電站計算機監控系統，實現水電站無人值班，少人值守的目標。因此，制定本標準對于促進我國水電站計算機監控系統設計和制造行業朝著科學化和規范化方向發展具有重要作用。本標準在制定的過程中參考了國內外相關標準、廠商標準、標書文件和設計文件，并廣泛的征求了專家的意見，盡可能保證標準的可行性和適用性，但是仍有可能存在一些問題和不足，并且計算機技術的發展日新月異，因此，對于本標準要堅持進行研究并不斷進行修改和完善。同時期待著科研、設計和運行部門的同行專家對本標準提出寶貴的意見。

作者：張仁貢 徐金壽 黃莉 單位：浙江同濟科技職業學院 浙江水利水電學院