1 概述
武漢舜通智能科技有限公司是國內最早從事發電廠綜合自動化系統的公司之一，其核心成員來自華中科技大學電氣工程學院，並有在華工電力所長期的實踐的工作經驗。是我國最早研發微機繼電保護，發電廠綜合自動化系統，IEC61850數字化電站的單位之一，曾參與過三峽電站、大亞灣核電站、西藏直孔電站、宣恩洞坪電站等多個大型電廠是設計和運行。
我公司的發電廠綜合監控系統包含如下解決方案：
1) 發電廠後臺綜合自動化系統；
2) 發電廠調度自動化系統；
3) 發變電綜合監控系統；
4) 微機繼電保護監控屏；
5) 閘門監控系統；
6) 發電廠能源效率管理系統。
武漢舜通智能公司提供的系統方案具有成熟化、模塊化、監控軟件和核心聯網採集產品自主研發的特點，易於實施和擴展，易於根據客戶的需求定製化調整，並具有很強的性價比特點。QTouch智能監控系統自推出市場以來獲到了用戶的親睞，在多個行業和環節進行了應用，創造了良好的社會和經濟效益。
2 系統方案介紹
2.1 典型拓撲結構
針對電廠系統的具體特點，我們提出具有針對性的系統設計，典型系統結構拓撲圖如下：
系統分為四層，第一層為設備層，包含：電力儀器儀表，微機繼電保護，光伏逆變器，智能開關，故障及錄波設備，溫度巡檢設備，直流屏等。
第二層為採集層，通過前置通信管理機，將本區域的設備通過通信接口和協議進行數據的採集和傳輸，通過標準的以太網接口向上一層傳輸數據。
第三層為傳輸層，通過交換機組建網絡，將各個區域的採集設備，通過網絡實現數據的傳輸，常見的有星形網，環網等，鏈路介質有雙絞線和光纖，雙絞線只能組建200米以內的區域網絡，而光纖則不受距離限制，是可以組建複雜，長距離的傳輸層網絡介質。
第四層為展示層，通過監控軟件，提供圖形化的呈現效果，將系統的運行數據進行圖形展示，除展示之外，還提供故障信息採集，故障再現，歷史數據，波形分析，運行日誌，操作管理等功能。除監控中心，還通過WEB，手機APP等方式向管理人員提供實時和數據展現。
2.2 系統功能
2.2.1系統時實性
系統的實時性反映在系統的響應時間上，它們包括了主機處理、存貯器存取、I/O接口響應，通道傳送和軟件等的速度或效率。
數據採集時間
電氣模擬量採集週期 ≤1S
非電氣模擬量採集週期 ≤1S
溫度量採集週期 2~10S
狀態點採集週期 ≤1S
中斷型開關量採集 2ms
脈衝量採集 連續無延遲脈衝計數累加
控制響應時間
控制命令回答響應時間 ≤1S
接受控制命令到執行控制的響應時間 ≤1S
數據採集響應時間
從任意一個現地控制裝置採集變化的狀態點或報警、模擬量以及帶時間的事件點的混合數據到實時數據據庫的時間應不超過3S。
人機接口響應時間
調用新畫面的響應時間不超過2S。
動態數據刷新時間不超過2S。
操作員命令發出到顯示回答不超過3S。
同一事件作用於報警方式的時差1S。
主控層控制功能響應時間
自動控制指令的響應時間不超過3S。
2.2.2可靠性
主計算機MTBF >30000h
主控級外圍設備 >17000h
人機接口設備 >17000h
現地控制單元 <35000h>
MTTR（有備件） <0.5小時
2.2.3可利用率
計算機監控系統系統可利用率（Ap） > 99%
2.2.4可維護性
設備具有自診斷和尋找故障的程序，按照現場可更換部件水平確定故障點，軟件故障檢測可準確到任務級；具有便於試驗和隔離故障的斷開點；
互換件和不可互換件有保證識別的措施；提高硬件的代換能力。
2.2.5系統安全性
系統的安全性、容錯性主要由系統全分佈方式保證。由於各節點獨立，每節點的退出不影響系統的其它部分，或者說對系統的影響最小。數據庫的各節點均可獨立修改，此時系統其它部分照樣工作，本節點退出。前置機的數量和功能也可由於系統的擴充而擴充。以上變動均不影響系統的正常工作。
計算機監控系統有判斷不合適或者不希望的動作和狀態的能力，其結果將產生報警或拒絕執行或兩者兼有。安全性包括以下兩個方面：
操作安全性
為系統每一功能和操作都提供檢查和校核；
當操作有誤時能自動地閉鎖併產生報警；
任何自動及手動操作都可以記錄、存貯並做出提示；
通信安全性
監控系統的設計可以保證信息中的一個錯誤不會導致系統關鍵性的故障。主控層和前置處理機的通信涉及控制信息時，能對響應有效信息或沒有響應有效信息有明確肯定的指示，當通信失敗時，考慮2-5次重複通信併發出報警信息。
2.2.6系統可擴性和可變性
可擴充性
CPU的平均負載率不超過40％；
磁盤使用率在任何一個3秒週期內不超過50%；
系統具有一定的開放能力，在功能、配置、通信接口等方面均有一定的擴展能力。
可變性
系統允許用戶補充、修改被測點的定義、定值、單位、標度及其它數據特徵；
允許對前置機或終端重新編址和重新佈置；
允許用戶自行開發畫面、打印格式及其它功能。
2.2.7主控級功能
數據採集與處理
主控級對電站主要設備的運行狀態和運行參數自動定時進行採集，並作必要的予處理，存於實時數據庫。現場數據包括：模擬量、脈衝量、數字量、非中斷開關量和中斷開關量：
模擬量的採集
電廠的模擬量包括溫度量、非電氣模擬量以及電氣模擬量。溫度量的採集通過溫度巡檢儀和測控儀的通訊方式實現；非電氣量的採集由發包方提供4~20mA信號輸入；交流電氣量的採集除電度量外，均直接對電網二次側交流信號（電壓、電流）進行採集，並計算相關電壓、電流、頻率、有功功率和無功功率。
開關量的採集
開關量按信號重要程度的不同將其分為中斷型開關量和非中斷型開關量兩種。
中斷型開關量信號指事故信號、斷路器分合及重要繼電保護的動作信號。計算機監控系統能以中斷方式迅速響應這些信號並做出一系列必要的反應及自動操作。中斷型開關量信號輸入為無源接點輸入，中斷方式接收，對信號的處理包括光電隔離、接點防抖動處理、硬件及軟件濾波、基準時間補償、數據有效性合理性判斷、啟動相關量處理功能(如啟動事故順序記錄、發事故報警音響、畫面自動彈出以及自動停機等)，最後經格式化處理後存入實時數據庫。
非中斷型開關量信號是指除中斷型開關量信號以外的那部分開關量信號。包括各類故障信號、隔離開關的位置信號、機組設備運行狀態信號、手動／自動方式選樣的位置信號等。計算機監控系統對這些信號的採集方式為定期掃描、信號輸入為無源接點。對斷路器、隔離刀閘的位置接點有一對常開接點和一對常閉接點輸入。對信號的處理包括光電隔離、接點防抖動處理、硬件及軟件濾波、基準時間補償、數據有效性合理性判斷、發故障報警音響、最後經格式化處理後存入實時數據庫。
開關量輸出
特指各類操作控制指令。計算機在輸出這些信號前進行校驗，經判斷無誤後才能送至執行機構。至執行機構的開關量輸出點為無源接點。為保證信號的電氣獨立性及準確性，開關量輸出信號也經光電隔離、接點防抖動處理後發出。
信號量值及狀態設定
對於電站在建設初期所無法採集到的信號，或某些由於設備原因而造成的信號出錯，以及在必要時要進行人工設定量值作分析處理的信號量，計算機監控系統允許系統操作員對其進行人工設定，並在處理時把它們與其它正常採集到的信號等同對待。計算機監控系統可以區分它們並給出相應標誌。
2.2.8統計及計算
實時功率計算
根據所採集的實時數據，計算各發電機實時有功、無功、功率因數等並顯示在畫面上。
電量分類累加
——單臺發電機、單回送電線路的日、月、年發電及送電有功、無功電量累加；
——全廠日、月、年總髮電量，廠用總用電量及線路總送電量累加：
——全廠日、月、年廠用電：
——在規定的時間間隔內(如當班及分時等)的全廠總髮電量和總送電量累加；
2.2.9安全運行監視和事件報警
安全運行監視包括全廠運行實時監視及參數在線修改、狀變監視、越限檢查、過程監視、監控系統異常監視。
實時監視。實時從LCU收集全站機組、公用設備、主變、線路、開關、母線等生產設備的運行參數和運行狀態，更新實時數據庫。在CRT上顯示機組運行監視圖、操作接線圖（如主接線圖、廠用電接線圖、油水風系統圖等），及趨勢曲線、各種一覽表、測點索引等，定時刷新畫面上的設備狀況和運行參數，使運行人員可清晰地監視全廠生產過程的運行狀態、操作動態過程和報警信息。
全廠運行實時監視及參數在線修改：運行值班人員通過CRT對全廠各主設備及輔助設備的運行狀態進行實時監視控制及在線修改參數。對職責不同的各級運行人員，其操作權限的內容也各不相同。對監控系統監控的所有設備，具有一定操作權限的運行值班人員能在線修改運行參數。
主控級接受現地控制單元的越限報警信號。
設備異常狀態分為兩類：一類為異常程度較輕，稱為I段越限；另一類為異常程度較重，稱為II段越限。I段越限只發報警信號，不作用於停機；II段越限除發報警信號外，還要作用於事故停機。I段和II段越限的音響和光字信號，要求能易於運行人員區別。
事故順序記錄(SOE)
當電站發生事故斷路器跳閘、重合閘動作等情況時，計算機監控系統將立即以中斷方式響應並自動顯示、記錄和打印事故名稱及時間；記錄，顯示和打印相關設備的動作情況；音響報警；自動彈出第一事故畫面；作事故原因分析並提出處理辦法，計算機監控系統能將發生的事故及設備的動作情況按其發生的先後順序記錄下來，事故順序記錄點的分辨率不超過1ms。
狀變監視：狀變分成兩類。一類為自動狀變即自動控制或保護裝置動作所導致的狀變，如斷路器事故跳閘，機組的自動起動等，另一類為受控狀變，即由來自人工控制的命令所引起的狀變。發生這兩種狀變時，均在顯示器上顯示。狀變量以數字量形式採入。
越限檢查：檢查設備異常狀態併發出報警，異常狀態信號在顯示器上顯示並記錄。主控級主要完成以下各參數的越限檢查：
1）機組三相電流不平衡度過大，轉子溫度過高及其它運行參數越限；
2）其它參數越限。
同時，主控級還接受現地控制單元的越限報警信號。
過程監視：監視機組各種運行工況（發電、調相、停機）的轉換過程所經歷的各主要操作步驟，並在顯示器上顯示；當發生過程阻滯時，在顯示器上給出阻滯原因，並由機組現地控制單元將機組轉換到安全狀態或停機
趨勢分析：分析機組運行參數的變化，及時發現故障徵兆，提高機組運行的安全性。
間歇運行的輔助設備的運行監視和分析：監視機組及電站各間歇運行的輔助設備（如壓油泵、排水泵、空壓機等）起動次數、運行時間和間歇時間。在機組及電站不同運行方式下，其起動及運行間隔有一定的規律，通過分析這些規律的變化情況，監視間歇運行設備及其對的主設備是否異常。
監控系統異常監視：監控系統的硬件或軟件發生事故則立即發出報警信號，並在顯示器及打印機上顯示記錄，指示故障部位。
2.2.10實時控制和調節
控制權限
遠方當地方式設定。設備的操作權一般分為遠方、中控室及現地三級。遠方操作命令來自上級網調、省調或梯調，根據電廠的實際情況而定，中控室操作屬於電廠一級的控制，而現地控制是在機盤完成。控制權限可以切換，一般在中控室設置。但現地控制具有優先權，以便於設備的檢修和調試，當處於遠方控制時，一旦發生事故或由於其他原因需要人為干預時，控制權自動切換到電廠端，以便事故的及時處理。
控制權設定。控制權的設定包括兩方面的內容，其一是操作員控制檯允許操作的設定，通常計算機監控系統設置兩到三臺控制端，但某一段時間內對於某臺設備只允許一個控制檯能操作，以免操作出錯或命令衝突，即只有一個控制檯為操作檯，其餘均為監視臺，當操作完畢或操作員離開時，可將另一控制檯設置成操作檯。
其二是操作員權限的設定，即根據系統管理員、維護人員、運行人員的責任，對監控系統的掌握及熟練程度分別給予一定的權限，以確保電廠設備及計算機監控系統的安全。本系統對操作員一共設置了十個級別。
控制與調節。操作員通過主機兼操作員工作站的顯示器、鍵盤等，對監控對象進行下列控制與調節。
機組啟動、停機
同步併網；
機組各種運行方式的選擇；
機組有功功率、無功功率增減；
全電站開關的合/分以及閉鎖；
各種整定值和限制值的設定；
顯示器的顯示圖形、表格、參數限值、報警信息、狀態量變化等畫面和表格、報表的選擇與調用；
在各個顯示屏間實行主操作屏和畫面顯示屏的分配；
打印記錄
計算機系統設備投/切；
報警復歸：當電站設備發生事故或事件後，在顯示器上自動推出事故或事件畫面發出報警信號，當運行人員已瞭解事故或事件的情況後，可對報警信號手動復歸；
機組現地控制單元能自動完成開、停機操作和有功、無功功率的調節，而不需依賴於電站控制中心。在接受電站控制中心命令後，工況轉換及調節能自動完成，也能分步自動完成。機組現地控制單元也能執行現地人機接口發出的現場命令。
機旁設控制權切換開關（上行信息不受切換開關位置影響）。開關置於"中控室"時，則機組僅受控於電站控制中心，置於"現地"時則僅可由運行人員通過現地控制單元對機組進行控制。
機組同步併網：發電機出口斷路器和主變高壓側斷路器均可作為機組的同步併網點，機組同步併網方式為自動準同步
機組輔助設備的自動控制、監視。
2.2.11監視、記錄、報告
監視
在中控室裝有彩色顯示器，用於顯示電站的運行情況。
主要的監視內容有：
發電機運行工況
發電機組輔助設備運行情況
變壓器運行工況
全電站斷路器、隔離開關、接地開關的位置。
線路運行工況
公用設備運行工況
機組冷卻水控制閥位置
廠用電運行方式
越復限、故障、事故的顯示、報警並自動顯示有關參數並推出相關畫面。
過程監視：監視機組運行工況的轉換過程，並在顯示器上顯示。當發生過程阻滯時，在顯示器上給出阻滯原因，並可由操作員改變運行工況，如實行停機。
監控系統異常監視：監控系統的硬件或軟件發生事故則立即發出報警信號，並在顯示器及打印機上顯示記錄，指示故障部位。
其它重要的運行參數。
記錄、報告
全廠所有監控對象的操作、報警事件及實時參數報表等記錄下來，並能以中文格式在顯示器上顯示，在打印機上打印。打印記錄分為定時打印記錄、事故故障打印記錄、操作打印記錄及召喚打印記錄等工作方式。
記錄、報告的主要內容列於下。
操作事件記錄
報警事件記錄
定值變更記錄
自動將所有的定值變更情況作記錄，包括變更對象、變更數值、操作員的姓名等，以備隨時查詢。
報告
按時、日、月生成各種統計報表，也可根據操作員的指令隨時生成各種報表。
趨勢記錄
記錄重要監視量的運行變化趨勢。
2.2.12事件順序記錄
在電站發生事故時，由各現地控制單元採集繼電保護、自動裝置及電站主設備的狀態量，並上送電站控制中心，完成事件順序排列，顯示、打印和存檔。每個事件的記錄和打印包括點名稱、狀變描述和時標，記錄的分辨率不大於5ms。
2.2.13數據通信
與調度中心的通訊
將電廠的有關數據和信息送往調度中心。
接收調度中心下發的各種命令。
提供通訊協議文本，負責接口配合。
監控系統內部主機與各設備的數據通信由設計的系統結構及配置所決定。計算機之間的數據通信，其基本原則是速度快、數據處理能力強、安全可靠性較高。
2.2.14屏幕顯示
畫面顯示是計算機監控系統的主要功能之一，畫面調用將允許以自動或召喚方式實現。自動方式是指當有事故發生時或進行某些操作時有關畫面能夠自動推出，召喚方式則指操作某些功能鍵或以菜單方式調用所需畫面。畫面種類包括各種系統圖、棒形圖、曲線、表格、提示語句等。畫面清晰穩定、構圖合理、刷新速度快且操作簡單。
系統圖類
包括各種電氣接線圖，油、氣、水系統圖。在這類畫面上還實時顯示出運行設備的實時狀態及某些重要參數的實時值，必要時可通過窗口顯示其它有關信息。
棒圖類
機組的有功功率、無功功率及其它一些適合用棒圖表示的參數。
曲線圖類
包括運行電壓曲線、頻率曲線、給定日負荷曲線以及各類模擬量變化曲線。監控系統能按運行人員的要求自動地組織相應時間區間的有關數據以曲線的形式顯示在屏幕上。
表格類
包括各種運行參數、參數給定值、特性表、各種整定值及整定值變更統計表、各類報警信息統計表、操作統計表、各類運行報表、運行日誌、操作票等。
提示語句
包括開、停機操作指導，電廠一次設備操作指導，廠用電系統操作指導畫面，各類提示信息等。
3 畫面組成
系統主界面左邊為導航欄，分一級導航和二級導航，頁眉為項目名稱信息，顯示系統時間，當前用戶，通信狀態和報警狀態。當有系統通信故障時，通信狀態實時閃爍，點擊通信狀態按鈕，進入通信狀態頁面，監視設備狀態。當有任一報警產生時，報警信息狀態實時閃爍，點擊進入報警信息頁面。
4 應用案例展示
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