水电厂计算机监控系统的结构与功能
水电站计算机监控系统
水电站计算机监控系统正文：1. 引言1.1 背景水电站是一种利用水能转化为电能的装置，是能源产业中重要的组成部分。
为了确保水电站的安全运行和高效运转，水电站计算机监控系统扮演着重要的角色。
本文档旨在介绍水电站计算机监控系统的功能、架构、配置和操作等方面的详细信息。
1.2 目的本文档的目的是为水电站管理人员、系统工程师和操作员提供水电站计算机监控系统的完整指南，以促进系统的高效管理和操作。
1.3 范围本文档涵盖了水电站计算机监控系统的各个方面，包括系统需求、系统架构、硬件配置、软件配置、网络配置、系统安全等。
此外，本文档还包含了一些常见问题的解决方案和维护指南。
2. 系统需求2.1 功能需求水电站计算机监控系统应具备以下基本功能：- 实时监测水电站的运行状态，包括水位、水流速度、发电量等。
- 支持远程监控和控制，使操作员可以远程调整系统参数和运行状态。
- 提供数据存储和分析功能，支持历史数据查询和报表。
- 支持报警和事件管理功能，能够在异常情况发生时及时发送报警通知。
- 具备系统维护和升级的能力，支持远程升级和故障排查。
2.2 硬件需求水电站计算机监控系统的硬件需求如下：- 主机服务器：配置高性能的服务器用于数据存储和处理。
- 数据采集设备：负责实时采集水电站各个参数的设备，如水位计、流速计等。
- 控制设备：用于远程控制水电站的设备，如发电机控制器、阀门控制器等。
- 网络设备：包括交换机、路由器和防火墙等用于构建局域网和互联网连接的设备。
2.3 软件需求水电站计算机监控系统的软件需求如下：- 操作系统：建议采用稳定可靠的操作系统，如WindowsServer或Linux。
- 数据采集软件：用于实时采集和存储水电站各个参数的软件。
- 远程监控软件：用于远程监控和控制水电站运行状态的软件。
- 数据分析软件：用于对采集的数据进行分析和报表的软件。
- 报警和事件管理软件：用于监测异常情况并发送报警通知的软件。
水电站计算机监控系统
水电站计算机监控系统1·引言1·1 目的本文档旨在详细介绍水电站计算机监控系统的设计和功能，以便于了解该系统的工作原理和操作流程。
1·2 背景水电站是利用水流能产生电能的设施。
为了提高水电站的安全性和运营效率，引入计算机监控系统是必要的。
该系统能够实时监测水电站的各项参数，并提供报警、记录和控制等功能。
2·系统概述2·1 系统架构该水电站计算机监控系统采用分布式架构，由若干个子系统组成。
主要分为数据采集子系统、数据处理子系统、数据存储子系统和用户界面子系统。
2·2 系统功能2·2·1 数据采集数据采集子系统负责实时采集水电站的各项参数数据，包括水位、水压、流量等。
采集设备包括传感器、数据采集仪和信号转换器等。
2·2·2 数据处理数据处理子系统负责对采集到的数据进行处理和分析。
它能够识别异常数据并提供报警功能。
数据处理算法包括数据滤波、统计分析等。
2·2·3 数据存储数据存储子系统负责将处理后的数据存储到数据库中。
它能够实现历史数据的查询和分析。
数据库采用关系型数据库。
2·2·4 用户界面用户界面子系统提供了一个直观、友好的界面，用于展示监控数据和操作系统功能。
用户可以通过该界面实时监测水电站运行状况，并进行系统配置和操作。
3·系统详细设计3·1 数据采集子系统设计3·1·1 传感器选型和布置根据水电站的具体情况，选择合适的传感器，并进行布置。
要保证传感器的准确度和可靠性。
3·1·2 采集设备选型和配置选择适合的数据采集仪和信号转换器，并根据实际需求进行配置。
3·2 数据处理子系统设计3·2·1 异常数据检测算法设计设计一套有效的算法，用于检测和识别异常数据，并触发报警。
水电厂计算机监控系统
水电厂计算机监控系统水电厂计算机监控系统一、引言1.1 目的本文档旨在介绍水电厂计算机监控系统的各项功能、技术架构、操作流程以及相关安全措施，为相关人员提供操作指南和技术支持。
1.2 范围本文档适用于水电厂计算机监控系统的管理人员、操作人员和技术支持人员，主要包括系统概述、硬件配置、软件功能、操作流程、安全措施等内容。
二、系统概述2.1 系统简介水电厂计算机监控系统是用于对水电厂生产设备进行监控和管理的一套计算机软硬件系统。
它能够实时监测设备状态、采集数据、报警处理，并提供各种报表和分析功能。
2.2 系统架构水电厂计算机监控系统由以下几个主要组成部分构成：●前端采集设备：包括传感器、数据采集仪器等，用于采集设备状态和环境参数。
●数据传输设备：用于将采集到的数据传输到中央处理服务器。
●中央处理服务器：用于接收、存储和处理采集到的数据，并提供各种功能和接口给用户访问。
●操作终端：包括个人电脑、移动设备等，用于用户登录系统进行操作和监控。
2.3 系统功能水电厂计算机监控系统具有以下主要功能：●实时监测设备工作状态：包括设备温度、压力、电流等参数。
●数据采集和存储：对设备采集到的数据进行处理和存储，形成历史数据。
●报警处理：根据设备状态和设定的阈值，及时报警并进行相应处理。
●远程操作和控制：通过网络远程操作和控制设备。
●数据统计和分析：对历史数据进行统计分析，各种报表和图表。
三、硬件配置3.1 传感器和数据采集仪器传感器和数据采集仪器是水电厂计算机监控系统的基础设备，用于采集各种设备参数。
常用的传感器包括温度传感器、压力传感器、电流传感器等。
3.2 数据传输设备数据传输设备是将采集到的数据传输到中央处理服务器的关键设备。
常见的数据传输设备有以太网交换机、无线通信设备等。
3.3 中央处理服务器中央处理服务器是水电厂计算机监控系统的核心部分，用于接收、存储和处理采集到的数据。
服务器的配置要求包括处理器性能、内存容量、存储容量等。
水电站计算机监控系统
4）远方通信缺陷 由于变电站均采用无人值班模式，因此保证与远方的通信 畅通，确保信息的正常传输就显得尤为重要。 远方通信缺陷主要由以下两方面组成：其一是远动工作站 自身的设备问题。由于大部分监控系统的远动工作站采用 工控机等设备，因此也存在和后台系统相类似的情况，由 硬件故障造成的信息传输中断屡见不鲜。
此类缺陷严格来讲不属于监控系统自身的问题，处理时涉 及一、二次设备，消缺难度较大，特别是开关柜的小车行 程开关质量等问题结合停电处理等，缺陷延续时间长；在 某些情况下可能会导致信号接点频繁动作，造成监控系统 连续频繁报警，严重影响运行人员的正常监视，必须立即 处理。
3）网络设备缺陷 从统计数据看，目前网络通信设备的故障数量尚不大，但 其一旦发生故障则影响较大，涉及面也广，通常会造成多 个装置通信异常或全站数据采集的中断，后果非常严重， 因此必须立即处理。分析网络设备的故障原因，通常由产 品质量不良引起，尤其是各类交换机、集线器等网络通信 设备的电源问题表现尤为突出。
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目前，总装机容量为2000kW及以上的水电站多采用分层分 布式监控系统，如某电站有两台机组，采用分层分布式监 控系统，则其网络拓扑结构简图如图4-2所示。
2、计算机监控系统的优点 1）减员增效，改革水电站值班方式。 2）提高水电站的自动化水平。 3）提高水电站的供电质量。 4）提高水电站的安全运行水平。 5）提高水电站的劳动生产率和经济效益
二是总控或前置机等负责全站通信任务的关键设备。这部 分设备在较早的系统多采用工控机等设备，因此也存在和 后台系统相类似的情况，尤其是因硬件问题造成的死机现 象相对更多一些。
总之，站控层缺陷基本由软硬件问题引起，且比例大体相 当，而GPS对时系统、UPS电源等问题相对少一些。
水电厂计算机监控系统
一、水电站监控系统的体系结构1、系统整体结构简介2、系统特点3、典型网络结构1、系统整体结构简介水电厂计算机监控系统目前均按对象设计，采用分层分布、开放式网络系统结构，具有典型的三层结构：主控层、通信层、现地层。
如下图所示主控层通信层线地层①主控层主控层又称上位机管理层或站控层，采用以太网等通信结构，根据需要可设置操作员站、工程师站、数据服务器、通信工作站、打印机、卫星时钟等，形成电气系统的监控、管理中心。
主控层按设备划分为计算机设备（工作站），通讯网络接口设备、打印设备，不见断电源设备，卫星同步对时设备，中文语音报警设备等。
计算机设备（工作站）数目随电厂情况而定，都选用高档工控机,实现站内监视，控制操作。
网络打印机可选用激光、喷墨或针式打印机。
通信工作站上还可配置马赛克返回屏控制软件，实时刷新返回屏信号及数据。
主控层采用开放的Windows2003 Professional（专业版）或server（服务器）操作系统,数据库采用分布式数据库结构,根据节点的不同功能配置相应的数据库,应用软件采用模块化、对象化、结构化设计，具有一定的完整性和独立性,软件另有维护诊断工具,可对人机界面进行维护以满足不同用户对显示画面、打印图表的不同格式的要求。
②通信层通信层又称通信管理层或通信网络层，采用通信管理机、交换机等实现规约转换和装置通信。
由于现场保护测控装置等智能设备数量多，一般机组、主变、线路、厂用电、公用子系统和其他智能设备可分别组网，保证了系统的实时性和稳定性。
各子系统可分别设置通信管理机，根据需要可为双机冗余设计。
各通信管理机接于上位机层以太网，同时可以经以太网/CAN/RS-485/232 通信口直接与相应机组LCU的电气控制器PLC相联，实现数据交换。
通讯网络结构采用以太网、CAN、RS-485总线，可配置成双网冗余结构方式，网络介质可为同轴电缆线，屏蔽双绞线，光纤等。
③现地层现地层又称现地控制单元，现地控制单元(LCU)具备保护、测量及控制等所有功能,并遵循保护相对独立和动作可靠性的原则,现地控制单元不依赖于通讯网络和上位机管理层,能独立完成监控和保护的功能,符合部分标准要求。
第2章：水电厂计算机监控系统的结构与功能分析
一、水电厂计算机监控系统的基本类型
小浪底水电厂 河南省洛阳市以北； 长期有效库容51亿m3； 引水式电站； 6台30万KW混流机组； 总装机180万kW； 年均发电51亿kW·h。
意大利英波吉罗公司承建大坝工程；德国旭普林公司为责任方的中德 意联营体中标承建泄洪工程；法国杜美兹公司为责任方的小浪底联营体中 标承建引水发电设施工程；水轮机由美国VOITH公司制造，发电机由哈尔滨 电机和东方电机股份有限公司联合制造；机电安装工程由水电十四局、水 电四局、水电三局组成的FFT联营体中标。
适用对象：早期水电厂和中小型水电厂的分
步技术改造
典型应用：富春水电厂一期工程
一、水电厂计算机监控系统的基本类型
富春江电厂
浙江省桐庐县；库容 4.4亿m3；总装机29．72万kW；
二、水电厂计算机监控系统的基本结构
基本结构类型
1
2
3
集中式 计算机 监控系统
分散式 计算机 监控系统
分层 分布式 计算机 监控系统
江西省赣江中游万安县； 大坝全长11 04 m； 最大坝高68．1m； 总库容22．16亿m3。 装机容量510万kW； 初期装机 410万kW； 年发电量11．50亿kW· h。
一、水电厂计算机监控系统的基本类型
3
以计算机为辅、常规设备为主的监控系统 特 点：控制操作主要由常规设备完成； 过渡模式
3
分层分布式计算机监控系统
水电厂控制层次的划分 （2）功能组控制层
任务：独立完成某一特定功能 特征：自治性自动控制子系统 内容：微机调速器 微机励磁调节器 微机同期并列装置 温度巡检装置 事件顺序记录装置等 要求：稳定、简单、可靠
二、水电厂计算机监控系统的基本结构
第2章：水电厂计算机监控系统的结构与功能概述
• 热备用（Hot Standby）
特征：主控机和备用机并列运行； 备用机不输出控制； 主控机故障时自动投入备用机。
二、水电厂计算机监控系统的基本结构
实例：集中式计算机监控系统 新安江水电厂早期采用的单计算机系统 机型：DJS-131 字长16位 内存32KB 美国的石河段水电厂 装机11台 总容量1300MW 1977年装设了一台PDP-11/35小型计算机 字长16位 内存80KB 美国田纳西州的拉孔山抽水蓄能水电厂 一套计算机系统 4台425MW抽水蓄能机组
1
取消常规设备的全计算机监控系统 特 点：取消全部常规设备
适用对象：新建大、中型水电厂
典型应用：隔河岩水电厂
五强溪水电厂
小浪底水电厂
一、水电厂计算机监控系统的基本类型
隔河岩水电厂 最大坝高151m； 坝顶长653．5m； 坝顶高程206m； 正常蓄水位为200 m； 总库容34亿m3； 4台30万kW机组； 年发电30.4亿 kW·h。
一、水电厂计算机监控系统的基本类型
大广坝水电厂
海南省东方市境内昌化江中游河段，最大库容17．1亿 m3， 电厂装有4台6万 kW混流式机组，设计年发电量5.04亿kW· h。 工程于1990年6月正式开工，1993年第一台机组发电，1995 年竣工。
一、水电厂计算机监控系统的基本类型
万安水电厂
机组台数少，容量小、主接线简单的小型水电厂
二、水电厂计算机监控系统的基本结构
问题：如何提高集中式监控系统可靠性 （1）以常规控制为备用的集中式计算机监控系统 （2）采用双机备用方式 • 冷备用（Cold Standby）
水电厂计算机监控系统、高速器控制、水导机构故障等
水电厂计算机监控系统本系统主要适用于中、小型水力发电厂的运行监视、控制调节和运行管理自动化。
一：特点可靠性高功能强大人机界面友好可扩性好设备无关性二：系统功能数据采集和处理各种开关量、模拟量、脉冲量、温度量的输入处理，状态监视，故障登录、报警，相应的保护功能。
生产过程的操作控制自动完成机组开机、停机过程，辅机设备的启停，开关、电动刀闸的分合。
机组有功、无功、频率的自动调节运行监视和事件报警远动通讯统计记录操作票管理辅机监控系统一：系统简介本公司研制的发电厂辅机监控系统是以可编程控制器（以下简称PLC）为控制核心，配有友好的人机界面，。
并能和发电厂各种微机应用系统良好对接的开放式系统。
它是发电厂常规继电器辅助设备控制系统的最佳升级替代产品，可全面提高发电厂的设备技术水平和设备安全运行状况，是我公司技术人员结合了最新的PLC控制技术和多年电厂运行经验开发出来高科技产品，已在多个电厂得到应用，得到用户的一致好评。
二：系统功能及结构简介1、系统功能实时信号采集功能系统实时采集发电厂辅助设备运行过程中的各种开关量信号和模拟量信号，并进行相应的处理。
设备运行自动控制功能系统根据设备运行的技术要求和预先设定的运行方式实现对设备运行的自动控制。
图形显示功能系统将实时采集到的各类信号，通过人机界面用图形的方式直观的显示出来，使运行巡视人员能快速的掌握发电厂各辅助设备的状态。
设备信号报警及自检功能当系统监测到设备发生异常或故障时，能通过PLC输出点信号和现地信号灯报警，提醒运行监视人员注意，报警信号详细具体。
同时，该系统具有自检功能，能自动检测并报告系统本身的状态。
数据传送通讯功能该系统具有数据通讯功能。
能通过通讯接口和发电厂的各种微机应用系统连接进行数据交换，将辅助设备系统的各类信息传送到其他应用系统，并接收其它应用系统的信息和指令。
设备运行管理功能通过友好的人机界面能实现各种需要的运行管理功能。
2、系统结构系统分为自动控制单元、现地手动控制单元、一次部分、人机接口及通讯单元。
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水电厂计算机监控系统
长春工程学院能源动力工程学院
二、水电厂计算机监控系统的基本结构
3
分层分布式计算机监控系统
水电厂控制层次的划分 （1）驱动层
任务：机组油、水、风、电 系统数据据采集及设备 驱动 特征： 最底层， 与生产设备直接连接 要求： 高安全性 高可靠性
水电厂计算机监控系统
长春工程学院能源动力工程学院
二、水电厂计算机监控系统的基本结构
3
分层分布式计算机监控系统
水电厂控制层次的划分 （3）机组控制层
任务：工况的转换、有功、无功 调整、数据采集处理、运 行参数 检测报警、与上一 层信息交换等 特征：监控子系统，按设备分布 要求：稳定可靠 可独立工作
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CBSC:
以计算机为主，常规设备为辅的监控系统
水电厂计算机监控系统 长春工程学院能源动力工程学院
一、水电厂计算机监控系统的基本类型
1
取消常规设备的全计算机监控系统 特 点：取消全部常规设备
适用对象：新建大、中型水电厂
典型应用：隔河岩水电厂
五强溪水电厂
小浪底水电厂
水电厂计算机监控系统
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二、水电厂计算机监控系统的基本结构
3
分层分布式计算机监控系统
简单的分层分布式监控系统
水电厂计算机监控系统
长春工程学院能源动力工程学院
二、水电厂计算机监控系统的基本结构
3
分层分布式计算机监控系统 点：主控机1～2台 双机互为备用
简单的分层分布式监控系统 特
应用范围：机组台数较少的电厂 存在问题：主机承担的任务过多
大广坝水电厂
海南省东方市境内昌化江中游河段，最大库容17．1亿 m3， 电厂装有4台6万 kW混流式机组，设计年发电量5.04亿kW· h。 工程于1990年6月正式开工，1993年第一台机组发电，1995 年竣工。
水电厂计算机监控系统 长春工程学院能源动力工程学院
一、水电厂计算机监控系统的基本类型
长春工程学院能源动力工程学院
水电厂计算机监控系统
二、水电厂计算机监控系统的基本结构
实例：集中式计算机监控系统 新安江水电厂早期采用的单计算机系统 机型：DJS-131 字长16位 内存32KB 美国的石河段水电厂 装机11台 总容量1300MW 1977年装设了一台PDP-11/35小型计算机 字长16位 内存80KB 美国田纳西州的拉孔山抽水蓄能水电厂 一套计算机系统 4台425MW抽水蓄能机组
百色水电厂计算机监控系统结构示意图
至地调 至中调 至水情系统 至防汛系统 至火灾系统 至闸门系统 至升船系统 至通风系统 厂长终端
CRT1
CRT1
打印机1
打印机2
CRT2
键盘1 键盘2 打印机
CRT2
键盘1 键盘2 打印机
双机切换装置 主控计 算机站1 主控计 算机2 工程师 工作站
通信工 作站
操作员 工作站1
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二、水电厂计算机监控系统的基本结构
实例：葛洲坝二江电厂分散式计算机监控系统
水电厂计算机监控系统
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二、水电厂计算机监控系统的基本结构
实例：葛洲坝二江电厂分散式计算机监控系统
水电厂计算机监控系统
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二、水电厂计算机监控系统的基本结构
二、水电厂计算机监控系统的基本结构
3
分层分布式计算机监控系统
水电厂控制层次的划分 （2）功能组控制层
任务：独立完成某一特定功能 特征：自治性自动控制子系统 内容：微机调速器 微机励磁调节器 微机同期并列装臵 温度巡检装臵 事件顺序记录装臵等 要求：稳定、简单、可靠
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基本结构类型
1
2
3
集中式 计算机 监控系统
分散式 计算机 监控系统
分层 分布式 计算机 监控系统
水电厂计算机监控系统
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二、水电厂计算机监控系统的基本结构
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集中式计算机监控系统
基本结构 基本概念
所谓集中式监控系统，就 是用一台计算机对整个水电厂 的各种电量和非电量的信息进 行采集、分析、处理，并由这 台计算机发出所有的控制命令。
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一、水电厂计算机监控系统的基本类型
2
以计算机为主、常规设备为辅的监控系统 特 点：保留部分常规设备作为备用
适用对象：新建大、中型水电厂
老电厂的技术改造 典型应用：新安江水电厂 大广坝水电厂 万安水电厂
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二、水电厂计算机监控系统的基本结构
改进：总线型分散式计算机监控系统
水电厂计算机监控系统
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二、水电厂计算机监控系统的基本结构
实例：葛洲坝二江电厂分散式计算机监控系统
位臵：长江西陵峡出口； 装机：96.5万kW； 17万KW*2 12.5万KW*5
(1) 问题的提出： 随着装机容量越来越大，功能越来越复杂，计算机系统的 规模也越来越大。由单一厂商包揽控制系统的全部硬件和软件 已越来越困难。 随着生产技术的发展，原有计算机监控系统的规模和功能 也需要扩充，新增加的硬件设备如何与原有系统接口就是个大 问题。 随着系统的扩充，有时需要开发一些新的软件，原有软件 怎么办，能不能保留，如何接口，都是需要解决的问题。
一、水电厂计算机监控系统的基本类型
隔河岩水电厂 最大坝高151m； 坝顶长653．5m； 坝顶高程206m； 正常蓄水位为200 m； 总库容34亿m3； 4台30万kW机组； 年发电30.4亿 kW·h。
1993年6月首台机组发电，1994年11月4台机组全部投产，1998年4月整个 工程除升船机外，通过国家竣工验收。
基本特点
（1）价格便宜； （2）危险比较集中； （3）电缆敷设多、长；
适用范围
水电厂计算机监控系统
机组台数少，容量小、主接线简单的小型水电厂
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二、水电厂计算机监控系统的基本结构
问题：如何提高集中式监控系统可靠性 （1）以常规控制为备用的集中式计算机监控系统 （2）采用双机备用方式 • 冷备用（Cold Standby）
操作员 主机站2
#1机组 LCU
#1机组 LCU
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一、水电厂计算机监控系统的基本类型
小浪底水电厂 河南省洛阳市以北； 长期有效库容51亿m3； 引水式电站； 6台30万KW混流机组； 总装机180万kW； 年均发电51亿kW·h。
意大利英波吉罗公司承建大坝工程；德国旭普林公司为责任方的中德 意联营体中标承建泄洪工程；法国杜美兹公司为责任方的小浪底联营体中 标承建引水发电设施工程；水轮机由美国VOITH公司制造，发电机由哈尔滨 电机和东方电机股份有限公司联合制造；机电安装工程由水电十四局、水 电四局、水电三局组成的FFT联营体中标。
CASC: Computer-Aided Supervisory Control 计算机辅助监控系统
CCSC:Computer-Conventional Supervisory Control 计算机与常规装臵双重监控系统 CBSC: Computer-Based Supervisory Control 以计算机为基础的监控系统 全计算机监控系统
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二、水电厂计算机监控系统的基本结构
开放式分层分布监控系统
(2) 开放式分层分布监控系统的特点
A、模块化的体系结构 B、标准化的模块接口 C、分布化的功能处理 D、可移植的应用软件 E、不同系统之间的相互操作
F、分布数据库的应用
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特征：备用机平时处于空闲状态； 主机故障时人工投入。
备用方式
• 温备用（Warm Standby）
特征：正常运行时，备用机也处于运转状态； 存储器被主控机的实时刷新； 主控机机故障时人工投入。
• 热备用（Hot Standby）
特征：主控机和备用机并列运行； 备用机不输出控制； 主控机故障时自动投入备用机。
水电厂计算机监控系统
主讲：贾振国
长春工程学院能源动力工程学院 电站控制教研室
第二章：水电厂计算机监控系统的结构与功能
一
二 三 四
计算机监控系统的基本类型 计算机监控系统的基本结构
计算机监控系统的基本功能
计算机监控系统的性能指标
水电厂计算机监控系统
长春工程学院能源动力工程学院
一、水电厂计算机监控系统的基本类型
适用对象：早期水电厂和中小型水电厂的分
步技术改造
典型应用：富春水电厂一期工程
水电厂计算机监控系统
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一、水电厂计算机监控系统的基本类型
富春江电厂
浙江省桐庐县；库容 4.4亿m3；总装机29．72万kW；
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二、水电厂计算机监控系统的基本结构
水电厂计算机监控系统 长春工程学院能源动力工程学院
二、水电厂计算机监控系统的基本结构
2
分散式计算机监控系统
问题的提出 基本结构
水电厂计算机监控系统
长春工程学院能源动力工程学院
二、水电厂计算机监控系统的基本结构
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分散式计算机监控系统
基本特征 （1）按功能分散构成多个 计算机的子系统； （2）子系统由专项功能计 算机构成； 特点 （1）有效缩小故障影响； （2）可靠性高； （3）降低设备性能要求； （4）连接复杂；