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。
水电厂计算机监控系统的结构与功能
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
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
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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
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
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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 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
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
水电站计算机监控系统的结构和工作原理-2023年学习资料
电网调度中心-001-101-01000-001001-防火墙-电站层结构简图-操作员工作站-通讯工作站-01101-培训 作站-中央控制中心-通讯/打印服务器-以太网
现地控制单元层-LCU的主要组成部分-PLC:可以对电站开关量或模拟量的采集与控制-2-智能电参数测量仪：可代替交直流电量 送器-3-温度巡检仪：用于测量轴、定子铁芯、风冷等的温度-4-微机准同期装置：完成发电机自动同期并网；-5-微机调速器：调 水轮发电机组在备种工况下运行-6-微机保护装置：完成机组、升压站及公用设备的保护。
GPs同步时钟-通讯工作站-培训工作站-操作工作站2-电网层-PLC-睏-00▣-可g可-0口0-000-现地工控机-剪断 信号器-手动同期装置-微机同期装置-温度巡检装置-变送器-智能电参数测-双供电源-量仪-1#机组-2#机组-公用-LCU屏 柜-LCU屏A柜-1#机组调速器装置-2#机组调速器装置-变压器保护装置-1#机组励磁装置与微机测速装置-2#机组励磁装置 微机测速装置-1#机组微机保护装置-2#机组微机保护装置-线路保护装置
电站主控层工作原理-数据库管理系统-监控系统软件-现地控制单元层
电网层-电站主控层-现地控制层-上行信文-监测-数据库-电此层据库-下行信文-1三-监控数据
中央控制主机-控制台-远动通讯-1#机组自动化装置-2#机组自动化装置-升压站及公用设备自动化装置
GPS同步时钟-通讯工作站-培训工作站-操作工作站1-操作工作站2-电网层-100▣-口0可-1▣▣▣-0▣▣-PLC-1 0-▣▣0-现地工控机-自动化装置
水电站计算机监控系统的结构与工作原理-层次结构-监控系统总体层次构架；-监控系统各层结构剖析：-日水电站计算机监控系统原理 绍；-现地控制单元工作原理；
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。
3-2-2 数据滤波算法设计设计一套滤波算法，对采集到的数据进行平滑处理，提高数据的稳定性和准确性。
3-3 数据存储子系统设计3-3-1 数据库设计设计数据库表结构，存储监控数据和其他相关信息。
3-3-2 数据库管理和维护制定数据库管理和维护计划，保证数据库的稳定运行和数据的完整性。
水电站计算机监控技术
2、数据库的功能 数据库管理系统的功能除了数据库生成、访问、检索、恢 复得以外，还有两个重要的任务，既保证数据库的安全性 和数据库的完整性。 3、数据库的特点与设计要求 特点：迅速、全局实用性、灵活性、完整性
3、数据库的特点与设计要求
数据库的设计要求是：保证数据的独立性，减少数据冗余， 提高数据的共享能力，使得用户与系统的接口尽量简单， 容易为用户掌握和使用。
水电站计算机网络结构
一，计算机局域网络
二、水电站计算机网络应用
三、计算机监控系统的厂站控制层
四、计算机监控系统的现地控制层
一，计算机局域网机网络的传输介质
计算机局域网络指在地理上距离较近的网络。
计算机网络的传输介质常用的有双绞线、同轴电缆和光导纤 维。
1、以计算机为基础的监控技术
2、计算机辅助监控系统
采用计算机辅助监控系统时，水电站的控制操作主要仍由常 规的自动装置来完成，计算机监控系统主要实行运行监视、 数据采集、数据处理、事件记录、打印制表和经济运行计算 等功能。
3、计算机与常规装置双重监控系统
采用计算机与常规装置双重监控系统，水电站具有两套各自 独立的监控系统可以相互备用。
计算机监控系统的现地控制层在分布式控制系统中，主要 是指针对某一特定的控制对象而设置的终端设备，又称现 地控制单元。 现地控制单元是计算机监控系统非常重要的环节之一。 现地控制单元也是分布式计算机监控系统的重要组成部分。
水电站计算机监控系统数据库基础
数据库技术是什么？
数据库急速是计算机科学领域中发展最快的重要分支之一， 已成为应用系统的重要技术支柱。
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水电厂计算机监控系统
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。
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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：葛洲坝二江电厂分散式计算机监控系统
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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
3 分层分布式计算机监控系统
❖ 问题的提出 ❖ 基本特征
❖ 基本结构
• 具有多个分布的资源 • 具有统一的操作系统 • 分布的资源独立而又相互一作用 • 系统内部不存在层次控制关系
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水电厂计算机监控系统
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
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
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水电厂计算机监控系统
一、水电厂计算机监控系统的基本类型
1 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。
❖ 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
机组台数少，容量小、主接线简单的小型水电厂
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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
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
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水电厂计算机监控系统
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水电厂计算机监控系统
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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水电厂计算机监控系统
一、水电厂计算机监控系统的基本类型
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 计算机监控系统的基本类型 二 计算机监控系统的基本结构 三 计算机监控系统的基本功能 四 计算机监控系统的性能指标
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水电厂计算机监控系统
一、水电厂计算机监控系统的基本类型
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
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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
特 点：主控机1～2台 双机互为备用
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
解决办法：将主机的任务分散到多台计算机中去
#1机组 LCU
水电厂计算机监控系统
水口水电厂计算机监控系统结构图
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水电厂计算机监控系统
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水电厂计算机监控系统
三、水电厂计算机监控系统的基本功能
位置：长江西陵峡出口； 装机：96.5万kW；
17万KW*2 12.5万KW*5
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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
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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：葛洲坝二江电厂分散式计算机监控系统
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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 ❖ 基于局域网技术的分层分布式监控系统
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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
(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。
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 微机同期并列装置 温度巡检装置 事件顺序记录装置等 要求：稳定、简单、可靠
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厂长终端 打印机1 打印机2
双机切换装置
通信工作站 主控计算机 主控计算机 工程师工作
站1
2
站
CRT1 CRT2 键盘1 键盘2 打印机
操作员工作 站1
CRT1 CRT2 键盘1 键盘2 打印机
操作员主机 站2
#1机组
#1机组
LCU
LCU
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#1机组 LCU
#1机组 LCU
#1机组 LCU
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。
水电厂计算机监控系统
• 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。
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Hale Waihona Puke 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
❖ 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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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
基本结构类型
1
集中式 计算机 监控系统
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2
分散式 计算机 监控系统
3
分层 分布式 计算机 监控系统
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
CBSC:
全计算机监控系统 以计算机为主，常规设备为辅的监控系统
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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
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水电厂计算机监控系统
一、水电厂计算机监控系统的基本类型
❖ 五强溪水电厂
湖南省沅陵县境内； 混凝土重力坝； 坝高85.5m； 5台24万kW混流式机组； 年发电53.7亿kW·h。
工程成功地应用了大型表孔弧门（高23m，宽19m）、水轮机大转轮（直径8.3m）、大面积通仓 薄层浇筑、蠕变高边坡治理等10项国内、国际领先的新技术，为中国大型水电站新技术的推广和应 用作出了贡献。
3 分层分布式计算机监控系统 ❖ 水电厂控制层次的划分 （4）电厂控制层
在独立水电厂中，这一层是控 制系统 中的最高层，用于控制 整个水电厂的运 行。
（5）梯级调度层
制定发电计划，实现负荷频率控制，协 调各梯级电厂的运行。
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二、水电厂计算机监控系统的基本结构
❖ 新安江水电厂
浙江省钱塘江上游新安江上，距杭州市170km,混凝土宽缝重力坝，最大坝高 105m，水库总库容220亿m3。总装9台，总容量66.25万kW，1960年首台投产， 1977年全部投产。
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水电厂计算机监控系统
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。
位于广西郁江上游的右江 河段。是一座以防洪为主，结 合航运、发电、灌溉、供水等 综合利用的大型水利枢纽。
百色水电厂装机4台，单机 135MW 。 在 系 统 中 承 担 调 峰 作用。
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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
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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）
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；
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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
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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