一、概述

    我国是世界上最早利用水能发电的国家之一。在我国电力发展初期，水电起到了举足轻重的作用。特别是在山区，农村水电厂的建设促进了山区县域经济的发展。

    随着改革开放的不断深入，人们对水能资源的利用产生了新的认识，民营资本也大量投入水电建设项目。特别是《可再生能源法》的颁布实施，水能资源作为优质的可再生能源，开始得到更加广泛的重视。

     二、农村水电厂的基本特征和存在的主要问题

    1、农村水电厂在电力系统中的作用

     九十年代前，山区县电网装机容量很小，与国家大电网的连接也很薄弱，县电网基本是独立运行，农村水电厂在县级电网中的地位显得十分重要。由于农村水电厂在县电网中起着非常重要的作用，当系统发生故障时，农村水电厂的首要任务往往是以确保系统稳定为主。

     随着我国电力建设的飞速发展，农村水电厂在县电网整体容量中所占比例已越来越小，山区县电网与国家电网之间的连接也逐渐加强，农村水电厂与整个电力系统的容量相比，已显得微不足道，电站的解列对系统的影响也很小，甚至可以忽略不计。因此，当系统发生故障时，农村水电厂首要的任务应是以确保电厂自身的安全、稳定为主。

     2、缺乏专用的农村水电设备和技术标准

      长期以来农村水电全行业一直沿用的都是按电力行业容量要求和技术配备标准生产的产品，不仅造成设备选型困难，并且由于现有设备在容量和体积上都偏大，使得设备布置和价格的优化成为难题，既增加了农村水电厂用户的经济负担，也给国家资源造成了极大的浪费。

    在技术标准方面，农村水电的技术标准、规程、规范的编制和更新都严重滞后，已有的农村水电的技术标准、规程、规范因没有统一的宣贯渠道，很难及时的贯彻到全行业。

    3、专业技术人员严重缺乏

由于农村水电厂大部分修建在偏远山区，工作条件和生活环境方面都十分艰苦，具有一定技能的职工很难在此安心工作，使得专业技术人员严重缺乏。在新产品、新技术大量应用的今天，农村水电厂对专业人员素质要求比以前大为提高，人才缺乏的直接后果是，新的设备不会使用，高科技技术不能充分发挥效益，IT产品无人维护，已经严重影响到现代化设备的正常工作和水电厂主设备的安全运行。

    4、经济承受能力较弱

    改革开放后，民办电站已成为农村水电厂的建设主流。由于银行贷款的支持力度不大，建设资金主要来自民营资本，经济承受能力较弱。建设资金的严重不足，直接影响到业主对设备投资成本的控制。

     因此，农村水电厂现代化设备必须做到实用、可靠、经济，在保证可靠性的前提下，应尽可能的降低设备成本，达到方便运行和维护的目的。

     三、现代化技术在农村水电的应用

     我国农村水电行业管理部门历来十分重视对新技术、新产品的推广。经济、实用的现代化技术在我国农村水电行业的推广和应用较快，例如：20世纪70年代在水电厂推广应用分离元件的保护和自动装置;20世纪80年代全行业推广变电站、水电厂小型化设备;到20世纪90年代广泛的使用计算机监控、保护技术。而且在无人值班水电厂、无人值班变电站、水电厂优化运行调度、梯级电站优化运行、塑料轴瓦、自动清污机等其他技术领域的新技术应用也处于国内领先地位。

     随着社会的不断发展，科学技术也在不断进步，使得对农村水电行业人才技术要求越来越高，水电投资主体的变化给农村水电管理提出了新的课题，而信息渠道不畅直接影响到农村水电行业对现代化技术的了解和应用。如何指导农村水电行业的职工应用和掌握现代化技术，科学的选择和使用高新技术设备，已经刻不容缓。

     四、农村水电厂计算机监控系统

     1、农村水电厂控制、保护的发展过程

     农村水电厂控制、保护系统经历了常规电磁式设备;分离元件设备;CMOS四合一集控台设备;计算机控制、保护系统设备。除了电磁式常规控制、保护设备有专门为小型水电厂设计的方案外,其他大部分是由大、中型电站控制、保护系统移植的，故而适应性一直不好。在农村水电厂计算机监控系统的上位机(主站级)控制方式上,还明显的保留有大、中型水电厂监控系统的痕迹。在网络结构上则受变电站综合自动化影响较大。

      2、水电厂计算机监控系统的概念

     水电厂综合自动化这一名词来源于电力变电站综合自动化。随着人们对计算机监控系统认识的逐步加深，综合自动化的提法已无法严格的定义和解释变电站、水电厂自动化，目前在正规的文件和文章上已不采用。如：DL/T 578-95的定义为：水电厂计算机监控系统基本技术条件;《国家电力公司农网自动化及通信系统建设技术指导意见(试行)》的定义为：变电站自动化系统; 国家新出版的教材也都采用变电站自动化和水电厂计算机监控系统。

     3、关于水电厂计算机监控、保护系统

     监控和保护本属二个完全不同的专业。在学科上保护应为继电保护及安全自动装置，在教学属电力系统及其自动化专业，不属水电厂自动化设备的范畴。在我们所使用的水电厂计算机监控、保护系统设备中，微机继电保护及安全自动装置本身就是完全独立于水电厂监控系统，它们的采集、运行、执行都是相对独立的。

水电厂计算机监控、保护系统实际是两套设备：一套是水电厂计算机监控系统，另一套是继电保护及安全自动装置，它们通过通信相互连接。作为两个相对独立的产品，水电厂监控系统属水电厂专用设备，继电保护及安全自动装置属电力通用设备。

     4、农村水电厂计算机监控系统的组成

    农村水电厂计算机监控系统大多数由主站级和现地控制单元(现地级)组成，它们之间依靠不同的通信介质及相关网络设备加以联接。主站级大多由一台或多台计算机组成，辅以打印机、不间断电源(UPS)、调制解调器(MODEM)、卫星同步对时装置(GPS)，其主要功能就是替代人工值班。现地级则由PLC或集中采集装置、常规仪表、常规控制开关、同期装置、温巡、转速信号装置、剪断销信号装置等组成;在信息量较大的水电厂还装有一体化计算机或带触摸屏的数字处理单元。

      5、农村水电厂计算机监控系统的功能划分

     主站级计算机的主要功能是完成对全厂主要设备的监视、控制、调节、运行记录，兼有与上级调度、闸门监控系统、大坝监测系统、视频监控、火灾报警系统、水情测报系统、水库调度及船闸控制等的通信。

     现地级的主要功能是完成对水轮发电机组的自动控制、监视和调节。规范要求当主站级或网络无法正常工作的情况下，现地级仍然能独立完成对水轮发电机组的自动控制、监视和调节。这些操作可以是自动的也可以是手动的。

     6、水电厂计算机监控系统通信

     通信主要分为内部通信和外部通信。内部通信主要是主站级工作站、服务器及现地级LCU、调速器、励磁装置、继电保护及安全自动装置、水力机械保护、事故录波等相互之间的通信。外部通信主要有水电厂微机计算机监控系统与上级调度、闸门监控系统、大坝监测系统、视频监控、火灾报警系统、水情测报系统、水库调度及船闸控制等的通信。

      水电厂计算机监控系统的通信主干网络使用最广泛的是10Mbps或 100Mbps的以太网(Ethernet)，监控系统与调速器、励磁装置、继电保护及安全自动装置、直流等的通信多采用串行通信(RS485、RS232、RS422)、总线(如CAN总线)通信等。监控系统常用的接口方式：串行接口、网络接口(RJ45或光纤)、总线。

监控系统的通信载体有双绞线及双绞屏蔽电缆、同轴电缆、光纤、无线传输等。

     7、水电厂计算机监控系统的基本配置

     水电厂计算机监控系统一般只包括主站级计算机及其相关设备和现地级LCU。它的设备范围为计算机及其相关设备，网络设备，LCU。

     主站级计算机的配置依赖于市场的流行趋势和用户的资金投入。客观地说，对于农村水电厂计算机监控系统，市场流行的工业控制机或品牌机按标准配置都可满足需要。

      水电厂机组的顺控主要由现地级LCU的PLC来完成，PLC配置档次的高低主要取决于设计院的选型，LCU屏里的其它装置都是配套设备。目前，在农村水电厂计算机监控系统中广泛采用的PLC有：施耐德的Quantum系列;GE的9030、VersaMax;AB的SLC-500、MicroLojix1200和1500;欧姆龙的CPM1A、CPM2A等。只要选择适合的点数，以上任一种产品都能满足运行要求。主站级计算机、网络设备、PLC是决定监控系统价格的主要设备。

     8、农村水电厂计算机监控系统的结构

     水电厂计算机监控系统结构的描述里，讲述最多的是分层分布式结构。实际上大家讲述的监控系统结构只是计算机系统网络结构形式。水电厂计算机监控系统的结构应该按智能装置的相对物理位置划分较为合理。不管是集中式还是分层分布式结构，都可以满足农村水电厂的运行需求，只是分层分布式结构比集中式在造价上要贵很多。

    9、农村水电厂自动化与计算机监控系统

     20世纪20年代在美国、瑞士等国家的水电厂就已采用自动化控制模式。40年代，国外水电厂运行采用在中控室和机旁两级值班;到50年代后期，就已开始实现无人值班。所以说，水电厂自动化控制不是现在才有的，也并非一定要采用计算机监控系统才能实现。