水电站智能管理系统的制作方法

本实用新型涉及一种水电站智能管理系统，属于水电站控制技术领域。

背景技术：

电力是现代化工业生产和生活不可或缺的动力能量，水力发电是电力工业的一个门类。公司各水电站的情况、设备、工艺数据集视频监控信息受到地域限制及通信服务普及程度不同的影响，无法全部实时反馈到公司总部，大多依靠定期向总部提交人工填写的纸质报表或电子报表方式进行管理，效率低下和准确性低，并且浪费时间和资源，为公司对各个水电站的统一管理造成了诸多不便。尤其是现场出现了设备故障或是生产环节出现问题时，公司总部也不能及时发现，存在严重的信息滞后、事故处理周期长等严重影响运营的问题。

为实现对公司所辖的各个水电站统一的生产运营管理以及实现无人值守，在各个公司总部即可实现掌握所有水电站的生产运营状况，提高公司信息化管理水平及对外展示窗口形象，降低生产运营成本，急需建立水电站远程监控管理系统。

技术实现要素：

针对上述现有技术中的不足之处，本实用新型旨在提供一种水电站智能管理系统，其设计科学合理，将分布在各地的水电站现场工作设备运行状态直观地展示给工作人员，以最大限度地降低设备操作工作量，减少人为失误和降低人员编制，集中统一管理，实现了自动化运营，降低了生产运营成本。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案：一种水电站智能管理系统，其包括有总部监控中心、及与该总部监控中心通过VPN通讯连接且分处于各地分部的电站中控中心，该电站中控中心依次通讯连接有站控层、间隔层，其中，所述间隔层的各保护测控单元包括有公用LCU屏、机组LCU屏、线路保护屏、微机励磁屏、液压调速器、厂用屏、测温屏、发变保护屏及交直流屏，该公用LCU屏、机组LCU屏、线路保护屏、微机励磁屏、液压调速器、厂用屏、测温屏、发变保护屏及交直流屏分别与所述站控层之间采用以太网通讯连接。

进一步的，所述总部监控中心上连接有网络服务终端。

进一步的，所述电站中控中心上连接有数个微机系统，该数个微机系统与所述电站中控中心通过有线或无线通信连接。

进一步的，所述机组LCU屏包括有与各地分部机组的机组主控制电路相连接的PLC、及分别与该PLC相连接的数据采集单元、触摸显示屏、储存器、I/O模块、通信模块，所述触摸显示屏、储存器、I/O模块、通信模块分别与所述PLC双向连接；所述数据采集单元的输出端与所述PLC的输入端口相连接，且该数据采集单元对所述机组的各项运行参数及运作环境状态进行实时采集；所述PLC的一输出端口与所述机组主控制电路的输入端相连接，其中，

所述触摸显示屏内包含有手自动同期控制触摸按钮、手动操作控制触摸按钮、有功、无功调节触摸按钮、故障诊断显示分屏、仪表显示分屏和运作同步显示分屏；所述PLC内包含有与所述数据采集单元输出端相连接的数据处理单元、及与该数据处理单元双向连接的手自动同期控制模块、手动操作控制模块、有功、无功调节模块、故障诊断处理模块、仪表数据处理模块、运作同步处理模块，所述手自动同期控制触摸按钮、手动操作控制触摸按钮、有功、无功调节触摸按钮的输出端与所述手自动同期控制模块、手动操作控制模块、有功、无功调节模块的输入端对应相连接；所述故障诊断显示分屏、仪表显示分屏和运作同步显示分屏的输入端与所述故障诊断处理模块、仪表数据处理模块、运作同步处理模块的输出端相连接。

进一步的，所述发变保护屏包括有与各地分部水力发电站的机组输出回路和主变压器回路电性连接的CPU控制系统，该CPU控制系统上并联连接有用于对所述机组输出回路和主变压器回路提供电气保护的复合电压过电流保护电路、差动速断保护电路、比例差动保护电路、零序过压保护电路、过负荷保护电路、过电压保护电路、低电压保护电路、超频保护电路及低频保护电路。

进一步的，所述液压调速器包括有液压调速器机械装置及控制该液压调速器机械装置的调速器机械液压柜，该调速器机械液压柜包括有可编程控制器、对所述液压调速器机械装置中的导水叶进行控制的导水叶机械控制端、对所述液压调速器机械装置进行数据采集的PC测频卡和位移传感器、及导水叶手动控制按钮、导水叶开度指示器、自动控制按钮，其中，所述PC测频卡、位移传感器的输出端分别与所述可编程控制器的任意两输入端口相连接；该可编程控制器的输出端与所述导水叶机械控制端的输入端相连接；所述导水叶手动控制按钮、自动控制按钮的输出端分别与所述可编程控制器的另两输入端口相连接；所述开度指示器与所述可编程控制器双向连接；

所述PC测频卡、位移传感器实时监测所述液压调速器机械装置，并将采集频率信号、位移信号传送至可编程控制器，经可编程控制器处理后由导水叶开度指示器显示导水叶开度，操作者可通过导水叶手动控制按钮对导水叶机械控制端进行手动控制，直至达到设定导水叶开度；

当按下自动控制按钮，由可编程控制器自动跟频到设定值，通过PC测频卡输入的采集频率经可编程控制器分析后，该可编程控制器对导水叶机械控制端进行实时修正，使之达到并网频率值。

进一步的，所述测温屏包括有与发电机组控制端双向连接的控制器、及设于该发电机组关键部位上的温度传感器，该温度传感器依次通过A/D转换器、比较器与所述控制器连接，该控制器分别连接有标准温度储存器、触摸屏及报警器；

其中，所述控制器与所述标准温度储存器双向连接；所述温度传感器的输出端与A/D转换器的输入端连接，A/D转换器的第一输出端与比较器的第一输入端连接，该比较器的第二输入端连接至所述控制器的标准温度输出端口，所述比较器的输出端与所述控制器的一输入端连接，该控制器的一输出端连接所述报警器的输入端；

温度传感器输出的信号经A/D转换器转换成一温度值并发送给比较器，该温度值与控制器输入的标准温度相比较，如果温度值小于等于标准温度，比较器向控制器输出第一电平信号，控制器向报警器输出停止工作信号，报警器不警报；如果温度值大于标准温度，比较器向控制器输出第二电平信号，控制器向报警器输出触发信号，报警器警报；

所述A/D转换器的第二输出端与控制器中的温度态势生成器输入端连接，该温度态势生成器的输出端与触摸屏的一输入端连接；该触摸屏的输出端与所述控制器的另一输入端连接。

进一步的，所述温度传感器包括有与所述发电机组上的发电机组铁芯相对应的第一温度传感器、与所述发电机组上的发电机组线圈相对应的第二温度传感器、与所述发电机组上的动力轴瓦相对应的第三温度传感器；所述比较器包括有分别与所述第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器对应相连接的第一比较器、第二比较器、第三比较器。

进一步的，所述控制器还连接有数据输入输出端口，该数据输入输出端口与控制器双向连接，控制器通过该数据输入输出端口可与外部设备或处理机相连接，并与其进行相互数据传输。

进一步的，所述控制器为集成有所述温度态势生成器的PLC单片机。

本实用新型的有益效果：设计科学合理，将分布在各地的水电站现场工作设备运行状态直观地展示给工作人员，以最大限度地降低设备操作工作量，减少人为失误和降低人员编制，集中统一管理，实现了自动化运营，降低了生产运营成本。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意简图；

图2是图1中机组LCU屏的结构示意简图；

图3是图2中PLC的内部功能模块示意简图；

图4是图1中发变保护屏的结构示意简图；

图5是图1中液压调速器的结构示意简图；

图6是图1中测温屏的结构示意简图。

具体实施方式

下面结合具体实施例及附图来进一步详细说明本实用新型。

一种如图1所述水电站智能管理系统，其包括有总部监控中心9、及与该总部监控中心9通过VPN通讯连接且分处于各地分部的电站中控中心10，该电站中控中心10依次通讯连接有站控层11、间隔层，其中，该间隔层的各保护测控单元包括有公用LCU屏12、机组LCU屏13、线路保护屏14、微机励磁屏15、液压调速器16、厂用屏17、测温屏18、发变保护屏19及交直流屏20，该公用LCU屏12、机组LCU屏13、线路保护屏14、微机励磁屏15、液压调速器16、厂用屏17、测温屏18、发变保护屏19及交直流屏20分别与站控层11之间采用以太网通讯连接。

该实用新型设计科学合理，将分布在各地的水电站现场工作设备运行状态直观地展示给工作人员，以最大限度地降低设备操作工作量，减少人为失误和降低人员编制，集中统一管理，实现了自动化运营，降低了生产运营成本。通过VPN、以太网等通讯网络实现对水电站的统一监控及智能控制管理，在总部监控中心9上连接有网络服务终端8，便于操作者或监控者远程对话。

通过站控层11、间隔层之间的梯级调度系统进行数据交换，实现远程监控，并采用分散式的微机监控系统，具备完善的通信功能，做到系统资源、数据共享、运行高效、实时，功能全面，且通信协议满足调度系统的自动化要求。

具体地，公用LCU屏12、机组LCU屏13、线路保护屏14、微机励磁屏15、液压调速器16、厂用屏17、测温屏18、发变保护屏19及交直流屏20中均包括有数据采集模块比如传感器、摄像仪等、及各机组智能控制模块、触摸屏，用于对各机组的智能监控及智能远程控制。而电站中控中心10将各机组的保护测控单元提供以太网等通讯工具进行统一中控监控及智能控制，自动化程度极高，且真正实现了远程自动化控制作业。

电站中控中心10包括一台操作工作站兼数据库服务器，在操作工作站内具有基本的配套软件等，用于对整个水电站的监控及远程控制，至少需具有数据采集与处理、安全运行监视、实时控制和调整、监视记录及报告、事件顺序记录、事故追忆和相关量记录、正常操作指导和事故处理操作指导、数据通信、屏幕显示及视频监控等功能。在电站中控中心10上设置有远程通信端口22，用于更远程通信比如VPN或网络通讯等。

在电站中控中心10上连接有数个微机系统21，该数个微机系统21与电站中控中心10通过有线或无线通信连接，比如无线WIFI、蓝牙、微波或网线等均可，用于不同监控机组或区域的分组，采用多台微机系统21进行针对性监控及智能控制，提高整个系统运行的准确性。

如图2、3所示，机组LCU屏13包括有与各地分部机组的机组主控制电路130相连接的PLC131、及分别与该PLC131相连接的数据采集单元132、触摸显示屏133、储存器134、I/O模块135、通信模块136，所述触摸显示屏133、储存器134、I/O模块135、通信模块136分别与PLC131双向连接；数据采集单元132的输出端与PLC131的输入端口相连接，且该数据采集单元132对机组的各项运行参数及运作环境状态进行实时采集；PLC131的一输出端口与机组主控制电路130的输入端相连接，其中，

触摸显示屏133内包含有手自动同期控制触摸按钮1331、手动操作控制触摸按钮1332、有功、无功调节触摸按钮1333、故障诊断显示分屏1334、仪表显示分屏1335和运作同步显示分屏1336；PLC131内包含有与所述数据采集单元132输出端相连接的数据处理单元1310、及与该数据处理单元1310双向连接的手自动同期控制模块1311、手动操作控制模块1312、有功、无功调节模块1313、故障诊断处理模块1314、仪表数据处理模块1315、运作同步处理模块1316，手自动同期控制触摸按钮1331、手动操作控制触摸按钮1332、有功、无功调节触摸按钮1333的输出端与手自动同期控制模块1311、手动操作控制模块1312、有功、无功调节模块1313的输入端对应相连接；故障诊断显示分屏1334、仪表显示分屏1335和运作同步显示分屏1336的输入端与故障诊断处理模块1314、仪表数据处理模块1315、运作同步处理模块1316的输出端相连接。

该机组LCU屏13结构简单，针对水电站中的水轮发电机组及其附属设备、发电机配电设备等关键区域进行监控，并实现智能启停、调节、诊断等功能，以保证整个水电站的安全作业生产。

由数据采集单元132对水电站中的水轮发电机组及其附属设备或发电机配电设备等机组进行实时数据采集，比如机组运作各参数数据，可采用传感器、仪表、摄像头等进行直接采集。数据采集单元132将所采集的数据输入至数据处理单元1310进行处理分析、归类，再由各功能模块进行调取使用，比如，故障诊断处理模块1314,根据所采集的数据与事先储存在PLC131内的数据进行比对，可诊断出整个机组的运行是否出现故障，并最终在触摸显示屏133中的故障诊断显示分屏1334中显示出来；同样的，仪表数据处理模块1315、运作同步处理模块1316可根据各采集数据进行处理后在仪表显示分屏1335和运作同步显示分屏1336中显示出来，为了保证该仪表数据处理模块1315、运作同步处理模块1316对各采集数据的正确处理，在仪表数据处理模块1315、运作同步处理模块1316内均具有编码处理模块。特殊地，运作同步处理模块1316可采用处理监控画面作为运作同步，也可采用模拟机组运作状态，将各采集数据转化为模拟量，再在模拟机组上进行实时动态监控显示。手自动同期控制模块1311、手动操作控制模块1312、有功、无功调节模块1313用于对机组的手自动同期控制、开停机智能控制、有功、无功调节等。

最后，数据处理单元1310分别与储存器14、I/O模块135、通信模块136均双向连接，该数据处理单元的一输出端口与机组主控制电路10相连接。通过储存器134对各采集数据及处理信息、操作控制信、诊断过程等进行有效地储存，可通过I/O模块135进行近程，通过通信模块136进行远程数据传输，或者进行智能近程、远程控制，比如本例中通过以太网与站控层11通讯连接。

如图4所示，发变保护屏19包括有与各地分部水力发电站的机组输出回路191和主变压器回路192电性连接的CPU控制系统190，该CPU控制系统190上并联连接有用于对机组输出回路191和主变压器回路192提供电气保护的复合电压过电流保护电路195、差动速断保护电路196、比例差动保护电路197、零序过压保护电路198、过负荷保护电路199、过电压保护电路200、低电压保护电路201、超频保护电路202及低频保护电路203。

该CPU控制系统190上接有远程通信模块(未图示)，用于与站控层11通讯连接。通过CPU控制系统智能调配复合电压过电流保护电路195、差动速断保护电路196、比例差动保护电路197、零序过压保护电路198、过负荷保护电路199、过电压保护电路200、低电压保护电路201、超频保护电路202及低频保护电路203等，针对整个电站机组输出回路和主变压器回路提供完整的电气保护，消除安全隐患，实用便捷。

具体地，复合电压过电流保护电路195、差动速断保护电路196、比例差动保护电路197、零序过压保护电路198、过负荷保护电路199、过电压保护电路200、低电压保护电路201、超频保护电路202及低频保护电路203，以上单个电路结构本身均属于现有技术保护电路，在此各保护电路的功能及原理不进行一一阐述，本结构主要是通过CPU控制系统190整合各保护电路，以实现对整个水力发电站的机组输出回路和主变压器回路提供完整的电气保护，非常实用，且功能整合，易于统一管理及线路布局。

最后，CPU控制系统190上具有串行通信端口193，用于与外部设备或智能控制设备进行远程通信用，以实现后期的远程控制及通话；在CPU控制系统190上连接有储存器194，用于储存整个水力发电站的运行数据及整个保护屏的运作日志等数据，以便后续做到可查及维护。

如图5所示，液压调速器16包括有液压调速器机械装置及控制该液压调速器机械装置的调速器机械液压柜，该调速器机械液压柜包括有可编程控制器160、对液压调速器机械装置中的导水叶进行控制的导水叶机械控制端162、对液压调速器机械装置进行数据采集的PC测频卡163和位移传感器164、及导水叶手动控制按钮166、导水叶开度指示器167、自动控制按钮168，其中，PC测频卡163、位移传感器164的输出端分别与可编程控制器160的任意两输入端口相连接；该可编程控制器160的输出端与导水叶机械控制端162的输入端相连接；导水叶手动控制按钮166、自动控制按钮168的输出端分别与可编程控制器160的另两输入端口相连接；开度指示器167与可编程控制器160双向连接；

PC测频卡163、位移传感器164实时监测液压调速器机械装置，并将采集频率信号、位移信号传送至可编程控制器160，经可编程控制器160处理后由导水叶开度指示器167显示导水叶开度，操作者可通过导水叶手动控制按钮166对导水叶机械控制端162进行手动控制，直至达到设定导水叶开度；

当按下自动控制按钮168，由可编程控制器160自动跟频到设定值，通过PC测频卡163输入的采集频率经可编程控制器160分析后，该可编程控制器160对导水叶机械控制端162进行实时修正，使之达到并网频率值。

调速器机械液压柜还包括有紧急停机按钮161及触摸屏165，该紧急停机按钮161的输出端与可编程控制器160的一输入端口相连接，无论是在自动工况还是在手动工况下运行，当机组过速或出现严重的电气和机械故障，必须紧急停机时，按下该紧急停机按钮161，可编程控制器160自动控制整机停机。而触摸屏165与可编程控制器160双向连接，用于显示整个装置运作状态及进行人机对话。

如图6所示，测温屏18包括有与发电机组控制端181双向连接的控制器185、及设于该发电机组关键部位上的温度传感器，该温度传感器依次通过A/D转换器183、比较器184与控制器185连接，该控制器185分别连接有标准温度储存器186、触摸屏187及报警器188；

其中，控制器185与标准温度储存器186双向连接；温度传感器的输出端与A/D转换器183的输入端连接，A/D转换器183的第一输出端与比较器184的第一输入端连接，该比较器184的第二输入端连接至控制器185的标准温度输出端口，比较器184的输出端与控制器185的一输入端连接，该控制器185的一输出端连接报警器188的输入端；

温度传感器输出的信号经A/D转换器183转换成一温度值并发送给比较器184，该温度值与控制器185输入的标准温度相比较，如果温度值小于等于标准温度，比较器184向控制器185输出第一电平信号，控制器185向报警器188输出停止工作信号，报警器188不警报；如果温度值大于标准温度，比较器184向控制器185输出第二电平信号，控制器185向报警器188输出触发信号，报警器188警报；

A/D转换器183的第二输出端与控制器185中的温度态势生成器1800输入端连接，该温度态势生成器1800的输出端与触摸屏187的一输入端连接；该触摸屏187的输出端与控制器185的另一输入端连接。

控制器185为集成有温度态势生成器1800的PLC单片机。通过该控制器185、温度传感器、A/D转换器183、比较器184、标准温度储存器186、触摸屏187及报警器188进行有机整合，针对水电站的发电机组各关键部位进行实时温度监测，并针对该温度监测数据进行超温报警、故障停机、交换数据等应用，以保证发电机组的安全作业生产。

温度传感器包括有与发电机组上的发电机组铁芯2相对应的第一温度传感器1、与发电机组上的发电机组线圈4相对应的第二温度传感器3、与发电机组上的动力轴瓦6相对应的第三温度传感器5；比较器184包括有分别与所述第一温度传感器1、第二温度传感器3、第三温度传感器5对应相连接的第一比较器、第二比较器、第三比较器。使用时，A/D转换器183也可以分别设置第一A/D转换器、第二A/D转换器和第三A/D转换器，即第一温度传感器1通过第一A/D转换器与第一比较器相连接，第二温度传感器3通过第二A/D转换器与第二比较器相连接，第三温度传感器5通过第三A/D转换器与第三比较器相连接，通过单独设置，使得针对发电机组的铁芯、线圈及动力轴瓦三个关键部位的温度分别通过第一比较器、第二比较器、第三比较器与相应的标准温度相比较，得出不同的比较结果，最后，可通过报警器188相应设置成三个，即针对不同关键部位的故障选取不同的报警器进行报警，进而可通过报警器188直接找出相应的故障部位进行维修，方便快捷。

控制器185还连接有数据输入输出端口189，该数据输入输出端口189与控制器185双向连接，控制器185通过该数据输入输出端口189可与外部设备或处理机相连接，并与其进行相互数据传输。

使用时，除了进行故障报警及排查外，还可：

A/D转换器183将相应的温度信号转换为数字信号发送至温度态势生成器1800中，温度态势生成器1800通过一定时间段的连续温度信号生成诸如曲线、柱状等态势图，然后在触摸屏187中进行显示，方便操作人员监查；

操作人员可直接通过触摸屏187对发电机组控制端200进行操作控制；同时，还可通过触摸屏187对标准温度储存器186中的标准温度进行调整，以适应不同季节、不同环境下的使用；

最后，整个测温屏还可与外部设备或处理机进行直接数据连接传输，进行其它的功能模块延伸或机机交互作业。

最后，液压调速器的可编程控制器160、测温屏的控制器180上均接有远程通信模块(未图示)，用于与站控层11通讯连接。

以上对本实用新型实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本实用新型实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。