西龍池抽水蓄能電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

梁國(guó)才，仇雅靜，王 純

（北京國(guó)電水利電力工程有限公司，北京 100024）

西龍池抽水蓄能電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

梁國(guó)才，仇雅靜，王 純

（北京國(guó)電水利電力工程有限公司，北京 100024）

介紹西龍池抽水蓄能電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)原則、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與配置、系統(tǒng)功能及提高可靠性的措施。

西龍池；計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

0 工程概況

山西西龍池抽水蓄能電站位于山西省忻州市五臺(tái)縣境內(nèi)，滹沱河與清水河交匯處上游約3km處的滹沱河左岸，距忻州市及太原市直線距離分別為50km和100km，是目前國(guó)內(nèi)水頭最高的抽水蓄能電站。電站裝機(jī)容量為1200MW（4×300MW），額定水頭640.00m，年發(fā)電量 18.05×108kW·h，年抽水電量24.07×108kW·h，年發(fā)電利用小時(shí)數(shù)為1504h，年抽水利用小時(shí)數(shù)為2006h，電站綜合效率系數(shù)約為0.75。電站建成后，以500kV電壓并入山西電網(wǎng)，擔(dān)任系統(tǒng)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻及事故備用等任務(wù)。

西龍池抽水蓄能電站由上水庫(kù)、輸水系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)、下水庫(kù)、地面開關(guān)站及副廠房等附屬建筑物組成。西龍池抽水蓄能電站上、下水庫(kù)均為非河床開挖填筑而成的人工水庫(kù)，除降雨外，平常無天然補(bǔ)給水源。

本工程于2008年12月底第一臺(tái)機(jī)組發(fā)電，2009年4月第二臺(tái)機(jī)組發(fā)電，2009年10月底電站四臺(tái)機(jī)組全部建成投產(chǎn)。

1 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

根據(jù)“無人值班”（少人值守）設(shè)計(jì)原則，以及電站在當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的重要性，西龍池抽水蓄能電站監(jiān)控系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)原則如下：

（1）系統(tǒng)硬件配置先進(jìn)合理，廠站、網(wǎng)絡(luò)及控制器的性能協(xié)調(diào)一致，具有良好的可擴(kuò)充性。具有足夠的安全冗余度。

（2）系統(tǒng)采用全分布、全開放系統(tǒng)，具有良好的開放性、可維護(hù)性和可擴(kuò)充性。

（3）中控室模擬屏信息直接由監(jiān)控系統(tǒng)提供。

（4）在確保系統(tǒng)安全、可靠的條件下，采用先進(jìn)成熟的技術(shù)和系統(tǒng)，具有良好的經(jīng)濟(jì)性。

（5）LCU盡可能采用現(xiàn)場(chǎng)總線及遠(yuǎn)程測(cè)控單元。

2 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 現(xiàn)地控制單元

西龍池抽水蓄能電站LCU包括：機(jī)組4套（1～4LCU）、主變洞 1套（5LCU）、公用 1套（6LCU）、地面 550kV GIS開關(guān)樓及下庫(kù)1套（7LCU）和上庫(kù)1套（8LCU）。

機(jī)組1～4LCU主要承擔(dān)對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)、發(fā)變組保護(hù)等設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視及控制；公用6LCU除監(jiān)視電站公用設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，如：低壓及中壓氣系統(tǒng)、副廠房220V直流系統(tǒng)、400V和10kV廠用電系統(tǒng)等外，還承擔(dān)機(jī)組之間的背靠背啟動(dòng)控制；主變洞5LCU除承擔(dān)地下550kV GIS系統(tǒng)隔離開關(guān)、500kV短電纜保護(hù)、主變洞220V直流系統(tǒng)等設(shè)備的監(jiān)視及控制外，還承擔(dān)機(jī)組變頻啟動(dòng)SFC的控制；地面550kV GIS開關(guān)樓7LCU除承擔(dān)地面開關(guān)樓220V直流系統(tǒng)、500kV線路保護(hù)系統(tǒng)、開關(guān)樓400V和10kV廠用電系統(tǒng)、下水庫(kù)水位及溫度和下庫(kù)尾水閘門等設(shè)備的監(jiān)視及控制外，還通過遠(yuǎn)程I/O實(shí)現(xiàn)地面開關(guān)樓550kVGIS系統(tǒng)的斷路器、隔離開關(guān)及接地開關(guān)的監(jiān)視和控制；上庫(kù)8LCU承擔(dān)上庫(kù)水位及溫度、進(jìn)水口閘門、上庫(kù)220V直流系統(tǒng)、上庫(kù)400V和10kV廠用電系統(tǒng)的監(jiān)視及控制。

2.2 上位機(jī)系統(tǒng)

2 個(gè)數(shù)據(jù)服務(wù)器(主計(jì)算機(jī))，主要負(fù)責(zé)電廠的數(shù)據(jù)采集、處理、歸檔、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的生成與存儲(chǔ)、系統(tǒng)時(shí)鐘管理及其他應(yīng)用軟件運(yùn)行、報(bào)表生成等；

3 個(gè)操作員工作站，主要負(fù)責(zé)監(jiān)視、控制、調(diào)節(jié)、報(bào)表打??；

1 個(gè)工程師/培訓(xùn)工作站，主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的維護(hù)管理、功能與應(yīng)用開發(fā)；

2 個(gè)與調(diào)度中心冗余通信工作站，主要負(fù)責(zé)與華北網(wǎng)調(diào)和山西省調(diào)的通信；

1 個(gè)與廠內(nèi)其他系統(tǒng)通信的通信工作站，主要負(fù)責(zé)廠內(nèi)子系統(tǒng)通信，如電廠MIS系統(tǒng)等；

1 套馬賽克模擬屏(配有2臺(tái)等離子大屏幕）；

1 個(gè)大屏幕工作站，用于2臺(tái)等離子大屏幕的通信及控制；

1套語(yǔ)音電話報(bào)警裝置；

1套GPS時(shí)鐘同步系統(tǒng)；

2臺(tái)廠長(zhǎng)工作站；

2.3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

西龍池抽水蓄能電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用全開放的分層分布結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，詳見圖1。電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用二網(wǎng)即控制網(wǎng)和信息管理網(wǎng)。控制網(wǎng)主要連接現(xiàn)地控制單元和上位機(jī)有關(guān)設(shè)備，選用HP ProCurve Switch2524網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控有關(guān)的信息主要由控制網(wǎng)傳輸，如LCU上行信息和控制命令等。交換機(jī)端口到各個(gè)LCU的交換機(jī)通過光纖直接連接，形成相互冗余雙星形拓?fù)涞?00M以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。

信息管理網(wǎng)主要連接現(xiàn)地控制單元和上位機(jī)有關(guān)設(shè)備，選用HP ProCurve Switch2524工業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，與生產(chǎn)管理特別是歷史數(shù)據(jù)管理有關(guān)的信息主要由信息管理網(wǎng)傳輸，如后臺(tái)數(shù)據(jù)處理信息、歷史數(shù)據(jù)備份操作、報(bào)表打印數(shù)據(jù)，還包括工程師/培訓(xùn)工作站對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)軟件的開發(fā)、維護(hù)和培訓(xùn)等。交換機(jī)端口到各個(gè)LCU的交換機(jī)通過光纖直接連接，形成星形拓?fù)涞?00M以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。

圖1 西龍池抽水蓄能電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 安全措施

3.1 供電系統(tǒng)

電站地面開關(guān)樓的上位機(jī)及網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)設(shè)備由2臺(tái)互為熱備用的輸出20kW的UPS供電，另外包括給7LCU觸摸屏、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)設(shè)備供電；電站地下副廠房1～6LCU觸摸屏、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)設(shè)備供電由2臺(tái)互為熱備用的輸出10kW的UPS供電。上庫(kù)8LCU觸摸屏、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)設(shè)備供電由2臺(tái)互為熱備用的輸出1kW的UPS供電。

3.2 冗余設(shè)計(jì)

為確保監(jiān)控系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，監(jiān)控系統(tǒng)各環(huán)節(jié)采用有效地冗余措施，提高系統(tǒng)的可靠性。主要冗余措施包括：電站控制網(wǎng)及信息管理網(wǎng)，兩個(gè)網(wǎng)同時(shí)工作，互為備用。現(xiàn)地控制單元LCU的各主要環(huán)節(jié)均采用冗余措施，如雙CPU、雙電源。同步采用自動(dòng)同步為主，手動(dòng)同步備用。

電站上位機(jī)各節(jié)點(diǎn)設(shè)備采用雙機(jī)熱備冗余配置。如主計(jì)算機(jī)、操作員工作站、通信工作站等。冗余配置的雙機(jī)系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行相同的任務(wù)，備機(jī)一般不輸出任何數(shù)據(jù)，相互自檢相互備用，當(dāng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)主機(jī)故障時(shí)，根據(jù)具體情況，備機(jī)可自動(dòng)轉(zhuǎn)換為主機(jī)運(yùn)行。

電站上位機(jī)及網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和地下網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)電源采用雙機(jī)熱備用UPS，無擾動(dòng)切換。

為保證現(xiàn)地控制單元LCU可靠運(yùn)行，現(xiàn)地控制單元工作電源采用交流220V和直流220V雙路供電，保證一路電源消失，另一路電源無擾動(dòng)切換。

4 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)功能

西龍池抽水蓄能電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用三菱公司開發(fā)的MELPLANNET系統(tǒng)。主計(jì)算機(jī)、操作員工作站、工程師/培訓(xùn)工作站和通信工作站應(yīng)用Windows OS。監(jiān)控系統(tǒng)具有如下功能：

數(shù)據(jù)采集和處理；安全運(yùn)行監(jiān)視；事件順序記錄；事故、故障報(bào)警及記錄；事故追憶和相關(guān)量記錄；控制操作和負(fù)荷調(diào)節(jié)；操作指導(dǎo)；自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）；自動(dòng)電壓控制（AVC）（與電站RTU裝置共同實(shí)現(xiàn)）；統(tǒng)計(jì)記錄與生產(chǎn)管理；人機(jī)接口；ON CALL功能；系統(tǒng)自診斷；歷史數(shù)據(jù)庫(kù)；操作培訓(xùn)軟件開發(fā)和維護(hù)。

監(jiān)控系統(tǒng)具有對(duì)外通信功能，與華北網(wǎng)調(diào)和山西省調(diào)實(shí)現(xiàn)了“四遙”功能。

大屏幕不僅可顯示電站監(jiān)控系統(tǒng)畫面，還可通過監(jiān)控系統(tǒng)切換，顯示電站工業(yè)電視系統(tǒng)畫面。

充分利用現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地控制單元與子系統(tǒng)的信息交換，如采用RS485接口MODBUS規(guī)約實(shí)現(xiàn)與電站10kV配電系統(tǒng)、電廠220V直流系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)和SFC系統(tǒng)的通信。

5 結(jié)語(yǔ)

西龍池蓄能電站第一臺(tái)機(jī)組與2008年12月底試運(yùn)行結(jié)束，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行正常，電站第二臺(tái)機(jī)組于2009年4月15日試運(yùn)行結(jié)束，目前正在進(jìn)行電站第三臺(tái)機(jī)組的調(diào)試。通過電站監(jiān)控系統(tǒng)這半年的運(yùn)行來看，監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，可靠、操作方便，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

TP273+.5

B

1672-5387（2010）03-0042-02

2010-04-28

梁國(guó)才，男，教授級(jí)高級(jí)工程師，從事水電站電氣二次設(shè)計(jì)工作。