西藏墨脫亞讓水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吳　磊，侯文茹，高　瞻（中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都 610072）

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西藏墨脫亞讓水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吳磊，侯文茹，高瞻（中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都 610072）

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是電站中電氣二次的核心部分，其保證了電站的安全運(yùn)行，改善了供電的質(zhì)量，提高了電站自動(dòng)化程度，提高了生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。但是，必須要根據(jù)電站的實(shí)際情況，采取合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，采用完備的軟件和控制功能，同時(shí)要考慮到電站中的各個(gè)電氣設(shè)備，各個(gè)系統(tǒng)的兼容問題，從而發(fā)揮出計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)勢。

水電站；計(jì)算機(jī)；監(jiān)控系統(tǒng)

1　引言

安全運(yùn)行是水電站最重要任務(wù)之一，控制系統(tǒng)關(guān)系到水電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行，計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，過去的模擬屏、常規(guī)的操作盤柜，已經(jīng)被計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)所取代，過去的日常監(jiān)測和頻繁操作，已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)控，大大減少了運(yùn)行人員的人數(shù)和工作量，水電站實(shí)現(xiàn)了“無人值班”（少人值守），當(dāng)今計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)是水電站必不可少的重要組成部分。

2　水電站監(jiān)控系統(tǒng)的主要任務(wù)與目的

水電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)能獨(dú)立運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對電站主要機(jī)電設(shè)備進(jìn)行控制，對所有機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行全面監(jiān)視的功能。能夠完成發(fā)電過程自動(dòng)控制、安全監(jiān)視、自動(dòng)處理事故、水庫的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等。具有多種調(diào)控方式，以滿足電廠運(yùn)行的需要。系統(tǒng)由廠站級和現(xiàn)地級組成。廠站級能對全廠主要機(jī)電設(shè)備進(jìn)行控制，對所有機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行全面監(jiān)視，并可接收消防監(jiān)控系統(tǒng)等信息，并可傳送有關(guān)數(shù)據(jù)到調(diào)度中心。電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過通信網(wǎng)關(guān)機(jī)與電力調(diào)度中心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，滿足電力調(diào)度中心的通信要求，包括通信規(guī)約、信息等，上送調(diào)度中心所需的電站信息，并接受其下達(dá)的指令?，F(xiàn)地控制單元（LCU）應(yīng)能向廠站級計(jì)算機(jī)發(fā)送信息，并執(zhí)行廠站級以上計(jì)算機(jī)系統(tǒng)下達(dá)的控制和調(diào)度命令，同時(shí)在脫離廠站級以上計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的狀態(tài)下能獨(dú)立完成其監(jiān)控范圍內(nèi)設(shè)備的監(jiān)控。LCU并能通過現(xiàn)地網(wǎng)絡(luò)總線（如MODBUS，MODBUS+或其它）與監(jiān)控范圍內(nèi)的保護(hù)設(shè)備、自動(dòng)裝置、現(xiàn)地PLC控制柜等進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

3　亞讓水電站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1電站概況

亞讓電站總裝機(jī)容量5000kW（4×1250kW），長期最大穩(wěn)定出力為4×1500kW。采取發(fā)電機(jī)組-變壓器兩機(jī)一變擴(kuò)大單元接線。發(fā)電機(jī)出口電壓為6.3kV，母線為單母線分段接線，兩段母線通過母聯(lián)斷路器聯(lián)接，通過兩臺(tái)4MVA變壓器升壓至35kV。35kV側(cè)為單母線接線方式，兩回變壓器進(jìn)線，兩回出線。首部樞紐距主廠房約2km，為徑流引水式電站。

3.2電站監(jiān)控系統(tǒng)配置

電站按照“無人值班”（少人值守）的原則設(shè)計(jì)。電站按能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地、遠(yuǎn)方監(jiān)控的要求進(jìn)行總體設(shè)計(jì)和配置。本電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，由廠站層和現(xiàn)地控制單元層兩部分組成。

（1）廠站層節(jié)點(diǎn)配置如下：主機(jī)兼操作員工作站；通信網(wǎng)關(guān)機(jī)；移動(dòng)工程師工作站；打印機(jī)；時(shí)鐘同步系統(tǒng)；主交換機(jī)。

（2）現(xiàn)地控制單元節(jié)點(diǎn)分別有如下配置：①機(jī)組現(xiàn)地控制單元裝置（1LCU～4LCU），本單元控制范圍包括：水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)出口斷路器、調(diào)速器系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置、機(jī)組輔助設(shè)備控制系統(tǒng)等機(jī)組范圍內(nèi)的所有設(shè)備。②公用及開關(guān)站控制單元裝置（5LCU），本單元的控制對象包括：電站公用油、氣、水系統(tǒng)、6.3kV/35kV/0.4kV廠用電系統(tǒng)、采暖通風(fēng)系統(tǒng)、交/直流電源、主變壓器、35kV線路等。③閘首現(xiàn)地控制單元裝置（6LCU），本單元的控制對象包括：大壩閘門啟閉機(jī)。

3.3系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

本電站監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，由廠站層和現(xiàn)地層組成，采用不低于100Mbps交換式以太網(wǎng)，通過兩臺(tái)主交換機(jī)將廠站層與現(xiàn)地層聯(lián)結(jié)，采用雙星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。傳輸介質(zhì)為雙絞線/光纖結(jié)合方式，距離超過100m的連接采用光纜連接。LCU以下將采用現(xiàn)場總線或串口方式用以連接其它現(xiàn)地設(shè)備。宜采用開放、通用的協(xié)議；傳輸介質(zhì)一般采用雙絞線，距離超過100m須采用光纖。本監(jiān)控系統(tǒng)局域網(wǎng)采用全開放的分布式結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)采用網(wǎng)線、光纖電纜，通信規(guī)約TCP/ IP，網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率不小于100Mbps。

3.4控制層次與調(diào)節(jié)方式

（1）控制層次：①遠(yuǎn)方調(diào)度控制級：本電站接受墨脫縣電力調(diào)度中心的調(diào)度和控制，向調(diào)度中心上送相關(guān)信息，并接受其下達(dá)的控制命令。并可完成對全站所有機(jī)電設(shè)備的監(jiān)視及重要設(shè)備的控制。②廠站控制級：可完成對全站所有機(jī)電設(shè)備的監(jiān)視及重要設(shè)備的控制，運(yùn)行人員通過中控室的操作員站通過LCU向現(xiàn)地設(shè)備下發(fā)相關(guān)的控制命令，并采集、分析、處理各LCU上送信息，完成與上級調(diào)度的通信等。③現(xiàn)地控制級：通過LCU完成對相應(yīng)現(xiàn)地設(shè)備的監(jiān)控和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并將信息上送廠站級，同時(shí)接受廠站級的控制命令。運(yùn)行人員還可通過LCU的人機(jī)界面進(jìn)行監(jiān)視和控制。④直接控制級：運(yùn)行人員通過現(xiàn)地控制柜，如勵(lì)磁、調(diào)速、輔控系統(tǒng)等屏柜上的人機(jī)界面（包括觸摸屏、控制開關(guān)、按鈕等），直接實(shí)現(xiàn)對被控設(shè)備的現(xiàn)地監(jiān)視和控制。部分設(shè)備的本控制級不屬于本合同范疇，但與本合同的現(xiàn)地控制級進(jìn)行通信和IO數(shù)據(jù)交換。

（2）調(diào)節(jié)控制方式：①LCU現(xiàn)地：包括自動(dòng)控制、自動(dòng)分步控制，運(yùn)行人員通過控制柜上的彩色觸摸屏或控制開關(guān)、按鈕等，能實(shí)現(xiàn)機(jī)組的自動(dòng)運(yùn)行和分步運(yùn)行及開關(guān)設(shè)備的遠(yuǎn)方操作等。在機(jī)組LCU屏上還應(yīng)設(shè)置有帶保護(hù)罩的緊急停機(jī)按鈕。②中控室：全自動(dòng)控制，自動(dòng)分步控制，通過操作員站向LCU給出自動(dòng)開、停機(jī)命令或分步控制命令，開關(guān)操作命令以及重要輔機(jī)設(shè)備啟停和閘門開關(guān)命令等。③調(diào)度中心遠(yuǎn)方控制：全自動(dòng)控制，自動(dòng)分步控制，通過墨脫縣電力調(diào)度中心直接控制到單臺(tái)機(jī)組或開關(guān)設(shè)備。④中控室“遠(yuǎn)方/現(xiàn)地”方式轉(zhuǎn)換開關(guān)設(shè)在LCU處。只有當(dāng)LCU方式轉(zhuǎn)換開關(guān)切至 “遠(yuǎn)方”時(shí)，才能由電站中控室控制；調(diào)度“遠(yuǎn)方/現(xiàn)地”轉(zhuǎn)換開關(guān)（軟開關(guān)）設(shè)在中控室站控級計(jì)算機(jī)上。當(dāng)LCU轉(zhuǎn)換開關(guān)切至“遠(yuǎn)方”時(shí)，調(diào)度方式轉(zhuǎn)換開關(guān)切至“現(xiàn)地”才能由中控室控制；當(dāng)LCU轉(zhuǎn)換開關(guān)切至“遠(yuǎn)方”時(shí)，調(diào)度方式轉(zhuǎn)換開關(guān)切至“遠(yuǎn)方”時(shí)，則接受墨脫縣電力調(diào)度中心的控制。⑤為了保證控制和調(diào)節(jié)的正確、可靠，操作步驟應(yīng)按“選擇－確認(rèn)－監(jiān)護(hù)－執(zhí)行”的方式進(jìn)行，并且每一步驟都應(yīng)有嚴(yán)格的軟件校核、檢錯(cuò)和安全閉鎖邏輯功能，硬件方面也應(yīng)有防誤措施。

4　監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的問題

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，是水電站的中樞系統(tǒng)，所以必須考慮到電站中其他設(shè)備和系統(tǒng)與之兼容。統(tǒng)籌設(shè)計(jì)好系統(tǒng)之間的通信方式，包括通信接口、通信規(guī)約等，才能使整個(gè)電站中的各個(gè)系統(tǒng)，融為一體，達(dá)到安全穩(wěn)定的要求。

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，能提高電站運(yùn)行自動(dòng)化程度，但需要合理的控制流程設(shè)計(jì)，不僅能使電站自動(dòng)運(yùn)行，還能在故障情況下，做出相應(yīng)的保護(hù)措施和應(yīng)急操作，防止運(yùn)行人員誤操作的可能性，真正達(dá)到無人值班少人值守的程度。

5　結(jié)束語

監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)系到水電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行，合理的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，優(yōu)質(zhì)的設(shè)備質(zhì)量，完備的控制流程，都對電站至關(guān)重要。高度自動(dòng)化的程度，大大減少了運(yùn)行人員的人數(shù)和工作量，同時(shí)必須要考慮電站中的各個(gè)機(jī)電設(shè)備、其他的系統(tǒng)，與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的兼容性，從而提高水電站的安全穩(wěn)定。

［1］凌洪政.亭子口水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及設(shè)備配置［J］.水力發(fā)電，2014，09：71～74.

［2］張仁貢，王光華，盛其成.水電站和光伏電站共享型計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.人民黃河，2013，05：92～95.

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［4］張強(qiáng).贊比亞伊泰茲水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)介紹［J］.水電廠自動(dòng)化，2015，04：17～20.

［5］饒志波.基于網(wǎng)絡(luò)的小型水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究［D］.重慶大學(xué)，2012.

吳 磊（1986-），男，工程師，碩士研究生，主要從事水電站電氣二次設(shè)計(jì)等相關(guān)工作。

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2095-2066（2016）10-0224-02

2016-3-8