溪洛渡電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析

丁倫軍，夏建華，遲海龍

（1.溪洛渡水力發(fā)電廠，云南 永善 657300 2.北京中水科水電科技開發(fā)公司，北京 100038）

0 引言

溪洛渡電站位于四川省雷波縣與云南省永善縣接壤的金沙江干流上，距下游宜賓市約184km(河道里程)，左岸距四川省雷波縣城約15km，右岸距云南省永善縣城約8km。電站由攔河大壩、泄洪建筑物及引水發(fā)電建筑物組成。溪洛渡電站作為中國(guó)第二、世界第三水電站，總裝機(jī)容量13860MW，左右岸各安裝9臺(tái)770MW水輪發(fā)電機(jī)組，左岸以500kV等級(jí)電壓3回出線方式接入國(guó)家骨干電網(wǎng)，右岸以500kV等級(jí)電壓4回出線接入南方電網(wǎng)。電站監(jiān)控系統(tǒng)采用北京中水科水電科技開發(fā)公司H9000 V4.0監(jiān)控系統(tǒng)，肩負(fù)“一廠兩調(diào)”、“調(diào)控一體化”使命。

1 溪洛渡電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)概述

溪洛渡左、右岸電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用統(tǒng)一設(shè)計(jì)、統(tǒng)一實(shí)施的方案，即左、右岸電站采用一套全計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控，采用統(tǒng)一調(diào)度管理和“無人值班”的設(shè)計(jì)原則。系統(tǒng)按照應(yīng)能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地（LCU）、中控室、成都調(diào)控中心監(jiān)控的指導(dǎo)思想進(jìn)行總體設(shè)計(jì)和配置，并能實(shí)現(xiàn)成都調(diào)控中心對(duì)溪洛渡水電站的調(diào)控一體化。在監(jiān)控系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，溪洛渡電站分為左、右岸2個(gè)相對(duì)獨(dú)立的電站進(jìn)行設(shè)計(jì)，并由各自冗余配置的數(shù)據(jù)采集服務(wù)器完成數(shù)據(jù)采集；在數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)和功能設(shè)置上應(yīng)按2個(gè)電站獨(dú)立設(shè)置，但左、右岸電站各類數(shù)據(jù)相互共享，構(gòu)成統(tǒng)一完整的溪洛渡電站全廠數(shù)據(jù)庫(kù)，通過中控室的操作員站實(shí)現(xiàn)全廠集中監(jiān)控。

H9000 V4.0系列計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，是中國(guó)水利水電科學(xué)研究院自動(dòng)化所開發(fā)的新一代面向的分布開放水電站監(jiān)控系統(tǒng)，具備完善的水電站和遠(yuǎn)方集控中心的監(jiān)控系統(tǒng)軟件包。采用開放式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和成熟、可靠系統(tǒng)軟件，廠站層關(guān)鍵設(shè)備采用基于UNIX平臺(tái)的硬件，其它計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)采用WINDOWS平臺(tái)，進(jìn)一步提高了兩個(gè)平臺(tái)應(yīng)用軟件的兼容性。海量數(shù)據(jù)采集與傳輸技術(shù)，保證采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性指標(biāo)，完善的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)功能，滿足大型及特大型機(jī)組要求，提高系統(tǒng)的開放性，新型的人機(jī)聯(lián)系、報(bào)表、Web功能，充分考慮運(yùn)行人員習(xí)慣和需要，提高系統(tǒng)的友善性。

2 溪洛渡電站監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2.1 溪洛渡電站監(jiān)控系統(tǒng)三網(wǎng)四層結(jié)構(gòu)

溪洛渡電站監(jiān)控系統(tǒng)采用三網(wǎng)四層結(jié)構(gòu)，總體上分為廠站層和現(xiàn)地層，其中廠站層又分為廠站控制層、廠站信息層和生產(chǎn)信息查詢層；為保證溪洛渡電站監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的安全可靠性、信息分流，監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分為電站控制網(wǎng)、電站信息網(wǎng)和生產(chǎn)信息查詢網(wǎng)三網(wǎng)，即整個(gè)系統(tǒng)采用三網(wǎng)四層的全冗余分層分布開放系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)。

廠站層系統(tǒng)設(shè)備主要包括：數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、應(yīng)用程序服務(wù)器、操作員工作站、工程師工作站、培訓(xùn)工作站、維護(hù)工作站、電網(wǎng)檢修申請(qǐng)工作站、廠內(nèi)通信服務(wù)器、調(diào)度通信服務(wù)器、生產(chǎn)信息查詢服務(wù)器、WEB發(fā)布服務(wù)器、報(bào)表服務(wù)器、語音報(bào)警及短信服務(wù)工作站、主設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)趨勢(shì)分析服務(wù)器、打印機(jī)等外設(shè)、模擬屏及其驅(qū)動(dòng)器、大屏幕液晶顯示器及其控制器、衛(wèi)星時(shí)鐘同步裝置、UPS電源及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。另外還包括左、右岸地下電站副廠房廠站層設(shè)備。

左/右岸電站現(xiàn)地控制級(jí)設(shè)備各包括：機(jī)組現(xiàn)地控制單元（9套）、500 kV開關(guān)站現(xiàn)地控制單元（1套）、公用現(xiàn)地控制單元（3套），在大壩上還設(shè)置1套大壩現(xiàn)地控制單元及1套操作員站。

2.2 溪洛渡電站現(xiàn)地層與廠站層通信

溪洛渡電站現(xiàn)地層01-18F機(jī)組LCU均采用Schneider Quantum系列CPU67261作為主控制器，冗余控制器結(jié)構(gòu)配置4塊140NOE77111以太網(wǎng)模板，采用TCP/IPModbus作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，左岸各LCU通過控制網(wǎng)雙星型結(jié)構(gòu)與左岸副廠房主干控制網(wǎng)交換機(jī)連接，右岸各LCU通過控制網(wǎng)雙星型結(jié)構(gòu)與右岸副廠房主干控制網(wǎng)交換機(jī)連接，左右岸主干控制網(wǎng)交換機(jī)與控制管理樓機(jī)房主干控制網(wǎng)交換機(jī)采用千兆雙環(huán)結(jié)構(gòu)連接，全廠控制網(wǎng)采用星型網(wǎng)絡(luò)和環(huán)形網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，既具有星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的靈活性，又保證了網(wǎng)絡(luò)自愈功能?，F(xiàn)地層機(jī)組LCU與廠站層之間同時(shí)具備信息網(wǎng)通信功能，全廠控制網(wǎng)與信息網(wǎng)的分離，將與LCU無關(guān)的網(wǎng)絡(luò)信息均分流到信息網(wǎng)，控制網(wǎng)僅連接與LCU直接相關(guān)設(shè)備，與其他系統(tǒng)和信息隔離，減少相互干擾，保證網(wǎng)絡(luò)的安全性、可靠性，通過實(shí)現(xiàn)信息分流，系統(tǒng)實(shí)時(shí)性能和網(wǎng)絡(luò)的靈活性也得到了提高，但使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜。

2.3 現(xiàn)地層與現(xiàn)地智能設(shè)備通信

溪洛渡電站監(jiān)控系統(tǒng)肩負(fù)整個(gè)電站設(shè)備設(shè)施監(jiān)控任務(wù)，在保證對(duì)現(xiàn)地設(shè)備可靠穩(wěn)定控制情況下，與現(xiàn)地智能設(shè)備之間采用智能通信方式，最大可能的保證數(shù)據(jù)采集的完整性和全面性，簡(jiǎn)化現(xiàn)場(chǎng)施工的復(fù)雜性。

（1）勵(lì)磁控制系統(tǒng)（Modbus）

（2）調(diào)速器及其油壓裝置控制系統(tǒng)（Modbus和MB+總線）

（3）主變冷卻器控制系統(tǒng)（MB+總線）

（4）主變技術(shù)供水控制系統(tǒng)（Profibus-DP總線）

（5）筒形閥電氣同步控制系統(tǒng)及其油壓裝置控制系統(tǒng)（Modbus）

（6）機(jī)組頂蓋排水控制系統(tǒng)（Modbus）

（7）機(jī)組技術(shù)供水控制系統(tǒng)（Profibus-DP總線）

（8）水輪發(fā)電機(jī)輔助設(shè)備控制系統(tǒng)（Modbus）

（9）超聲波流量計(jì)（僅 1，6，9，10，14，18 號(hào)機(jī)組）（Modbus）

3 溪洛渡電站監(jiān)控系統(tǒng)外部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

溪洛渡電站監(jiān)控系統(tǒng)與外圍通信，主要有成都調(diào)控中心、國(guó)家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)，電站監(jiān)控全部數(shù)據(jù)上送成都調(diào)控中心，由成都調(diào)控中心中控室集中監(jiān)控溪洛渡電站運(yùn)行情況；左岸電站部分?jǐn)?shù)據(jù)直接傳送至國(guó)調(diào)及備調(diào)、四川省調(diào)及備調(diào)、華中網(wǎng)調(diào)；右岸電站部分?jǐn)?shù)據(jù)直接傳送南網(wǎng)及備調(diào)、云南省調(diào)及備調(diào)。正常情況下，國(guó)網(wǎng)及南網(wǎng)調(diào)度部門通過成都調(diào)控分別調(diào)度到溪洛渡左、右岸電站母線，緊急情況下，電網(wǎng)調(diào)度部門可直接調(diào)度到電站機(jī)組。

3.1 與成都調(diào)控中心的通信（圖1）

圖1 溪洛渡電站與成都調(diào)控中心通信

溪洛渡電站為了滿足成都調(diào)控對(duì)電站的遙測(cè)、遙信、遙調(diào)及遙控功能，監(jiān)控系統(tǒng)隨時(shí)準(zhǔn)備接受調(diào)控的調(diào)度命令，調(diào)控一體化的實(shí)施，要求監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送電站全數(shù)據(jù)，含設(shè)備運(yùn)行工況、運(yùn)行參數(shù)及相關(guān)信息等。溪洛渡電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與成都調(diào)控采用金沙江光傳輸網(wǎng)雙通道作為主用通信方式，采用租用的電力通道為備用通信方式，采用衛(wèi)星通信作為應(yīng)急通信方式。四通道相對(duì)獨(dú)立，盡可能的保證成都調(diào)控監(jiān)控系統(tǒng)與溪洛渡電站監(jiān)控系統(tǒng)通信的暢通。

（1）主用通道雙通道（金沙江光傳輸網(wǎng)，A/B通道），采用100Mb/s以太網(wǎng)連接，通信協(xié)議采用IEC60870-5-104。

（2）備用通道（租用電力傳輸通道，C通道），采用10Mb/s以太網(wǎng)連接，通信規(guī)約為IEC60870-6-TASE.2。

（3）衛(wèi)星應(yīng)急通信通道（D通道），采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，通信速率64Kb/s，通信規(guī)約為IEC60870-5-104。已配置兩臺(tái)冗余的通信工作站提供備用通道的路由切換裝置。

3.2 電站與電力調(diào)度部門的通信

溪洛渡電站左岸與國(guó)調(diào)通信采用雙平面方式（見圖2），數(shù)據(jù)A網(wǎng)與數(shù)據(jù)B網(wǎng)相對(duì)獨(dú)立，左岸電站地下副廠房調(diào)度通信服務(wù)器1和調(diào)度通信服務(wù)器2直接通過實(shí)時(shí)VPN實(shí)現(xiàn)電站與國(guó)調(diào)之間實(shí)時(shí)通信；電站檢修工作采用電網(wǎng)申請(qǐng)檢修工作站通過文件網(wǎng)關(guān)、非實(shí)時(shí)VPN與網(wǎng)調(diào)通信，保證網(wǎng)絡(luò)的安全性。

右岸電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與南方總調(diào)及備調(diào)、云南省調(diào)及備調(diào)之間的通信。溪洛渡右岸水電站遠(yuǎn)動(dòng)信息向南方總調(diào)和云南省調(diào)的傳輸以電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（雙網(wǎng)）傳輸方式為主，以常規(guī)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸方式為輔。此外，遠(yuǎn)動(dòng)信息采用調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)方式傳輸至南方總調(diào)備調(diào)和云南省調(diào)備調(diào)。

圖2 溪洛渡左岸電站與國(guó)網(wǎng)通信

4 溪洛渡電站時(shí)鐘同步系統(tǒng)

4.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

根據(jù)溪洛渡電站的工程布置和光纖敷設(shè)情況，衛(wèi)星時(shí)鐘同步系統(tǒng)采用一、二、三級(jí)時(shí)鐘的方案。一級(jí)時(shí)鐘布置在電站控制管理樓計(jì)算機(jī)室，由2臺(tái)衛(wèi)星同步時(shí)鐘主機(jī)構(gòu)成。在左、右岸電站地下副廠房和大壩分別設(shè)置一套雙機(jī)互備的二級(jí)時(shí)鐘擴(kuò)展單元和一套單機(jī)的二級(jí)時(shí)鐘擴(kuò)展單元，三級(jí)時(shí)鐘設(shè)置在LCU，為左、右岸各LCU提供衛(wèi)星時(shí)鐘同步信號(hào)。

衛(wèi)星時(shí)鐘同步系統(tǒng)由2套主時(shí)鐘、3套二級(jí)子時(shí)鐘以及24套三級(jí)子時(shí)鐘及相關(guān)附件組成，其結(jié)構(gòu)參見圖3。

圖3 溪洛渡時(shí)鐘同步系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

衛(wèi)星時(shí)鐘同步系統(tǒng)采用冗余配置，兩臺(tái)時(shí)鐘主機(jī)互連構(gòu)成雙機(jī)熱備一級(jí)時(shí)鐘，主機(jī)箱分別配置雙電源模塊供電，能分別接收GPS和北斗星授時(shí)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)GPS和北斗兩種衛(wèi)星時(shí)鐘信息共享，互為熱備用，并具有自動(dòng)恒溫守時(shí)功能。時(shí)鐘主機(jī)分別通過以太網(wǎng)接口接入2套監(jiān)控系統(tǒng)信息網(wǎng)交換機(jī)，采用NTP（網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議）通過生產(chǎn)控制網(wǎng)絡(luò)，對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行時(shí)鐘對(duì)時(shí)。

雙機(jī)熱備的二級(jí)時(shí)鐘擴(kuò)展單元同時(shí)接入兩臺(tái)主時(shí)鐘分別輸出的同步信號(hào)，且2路外部時(shí)鐘基準(zhǔn)信號(hào)互為熱備用。主時(shí)鐘與擴(kuò)展單元之間采用單模光纜連接。

二級(jí)擴(kuò)展單元的2臺(tái)主機(jī)分別通過擴(kuò)展光纖時(shí)鐘信號(hào)接口，與分布在各LCU內(nèi)的三級(jí)子時(shí)鐘相連接?？筛鶕?jù)距離選用單模或多模光纜。

二級(jí)和三級(jí)衛(wèi)星時(shí)鐘同步系統(tǒng)具有多種輸出接口，包括：PPS，PPM，串口 RS-232，RS-422/RS485，以太網(wǎng)、IRIG-B；空接點(diǎn)（有源、無源），TTL、差分電平等能適各種保護(hù)裝置及自動(dòng)化設(shè)備的接口要求。各種輸出接口能靈活配置，能滿足電站所有自動(dòng)裝置所的各種時(shí)間同步信號(hào)。輸出至其它系統(tǒng)的時(shí)鐘信號(hào)在本側(cè)有電源隔離。

4.2 主時(shí)鐘

主時(shí)鐘由CPU模塊、接收模塊、接收天線、電源模塊、LED顯示器、時(shí)間信號(hào)輸出模塊等設(shè)備組成。主時(shí)鐘同步源輸入信號(hào)為：1路GPS天線，1路北斗天線。

4.3 擴(kuò)展子時(shí)鐘

每臺(tái)擴(kuò)展子時(shí)鐘均能接入來自2個(gè)上級(jí)時(shí)鐘的2路IRIG-B(DC)時(shí)碼輸入信號(hào)，互為備用。擴(kuò)展子時(shí)鐘包括信號(hào)擴(kuò)展單元、擴(kuò)展時(shí)鐘裝置、電源裝置、LED顯示器、時(shí)間信號(hào)輸出模塊等模塊。子時(shí)鐘與主時(shí)鐘之間采用光纖連接。每臺(tái)子時(shí)鐘同步源輸入信號(hào)為：2路。

5 結(jié)束語

溪洛渡電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)肩負(fù)監(jiān)控溪洛渡左右岸機(jī)組、公用、大壩、泄洪等所有設(shè)備，機(jī)組容量大，設(shè)備分布廣，整個(gè)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)80 000點(diǎn)以上，也使得溪洛渡電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)成為世界上單站規(guī)模最大的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。其海量的數(shù)據(jù)，對(duì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通信提出了更高的要求。監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)所采用的多通道分類型的數(shù)據(jù)通訊方式，解決了數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性，為系統(tǒng)的可靠運(yùn)行提供了保證。

[1]王德寬，袁 宏，王崢瀛，等.H9000 V4.0計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)概要[J].水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測(cè)，2007,31（3）.

[2]王桂平，姚維達(dá)，鐘 衛(wèi)，等.H9000 V4.0計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)及在水電站的應(yīng)用[J].水電廠自動(dòng)化，2008,9.

[3]DLT 578-2008，水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)基本條件[S].