小溶江水利樞紐綜合自動化系統(tǒng)簡介

韋世達(dá)

（廣西水利電力勘測設(shè)計研究院，南寧 530023）

小溶江水利樞紐綜合自動化系統(tǒng)簡介

韋世達(dá)

（廣西水利電力勘測設(shè)計研究院，南寧 530023）

小溶江水利樞紐綜合自動化系統(tǒng)按照“無人值班”（少人值守）的原則進(jìn)行設(shè)計，以樞紐調(diào)度運行管理系統(tǒng)為核心，具有遠(yuǎn)方和現(xiàn)地監(jiān)控功能，系統(tǒng)由遠(yuǎn)方控制級、主控制級和現(xiàn)地控制級構(gòu)成，采用基于交換式快速以太網(wǎng)的開放全分布式結(jié)構(gòu)。計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能完成對樞紐水電站和大壩泄水閘門設(shè)備的集中監(jiān)視和自動控制。各系統(tǒng)通過樞紐通信處理站進(jìn)行通信，實現(xiàn)信息共享。

綜合自動化系統(tǒng)；自動控制；監(jiān)控系統(tǒng)；小溶江水利樞紐

1 工程概述

小溶江水利樞紐位于漓江上游，是以防洪、補(bǔ)水為主，結(jié)合發(fā)電等綜合利用的水利工程。樞紐水電站總裝機(jī)容量為16.6 MW，裝機(jī)利用小時數(shù)為3 672 h，年平均發(fā)電量60.96 GW·h。

水電站發(fā)電機(jī)電壓側(cè)6.3 kV采用2組一機(jī)一變的發(fā)電機(jī)—變壓器單元接線，2臺雙圈變升高電壓，35 kV側(cè)采用單母線接線，以1回35 kV線路出線。主變壓器布置在副廠房上游墻外，發(fā)電機(jī)組、升壓配電裝置、廠用電和監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)均布置在水電站廠房內(nèi)。

2 樞紐綜合自動化系統(tǒng)

小溶江水利樞紐由設(shè)在前方營地的小溶江遠(yuǎn)方樞紐管理處進(jìn)行調(diào)度管理。根據(jù)小溶江水利樞紐在桂林市防洪及漓江補(bǔ)水工程中的地位及作用，樞紐按照“無人值班”（少人值守）的原則進(jìn)行設(shè)計，綜合自動化系統(tǒng)以樞紐調(diào)度運行管理系統(tǒng)為核心，具有遠(yuǎn)方和現(xiàn)地監(jiān)控功能。樞紐綜合自動化系統(tǒng)由電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、大壩閘門監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)等構(gòu)成，各系統(tǒng)通過樞紐通信處理站進(jìn)行通信，采用光纖通信，實現(xiàn)系統(tǒng)之間的信息共享。電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和大壩閘門監(jiān)控系統(tǒng)均能在監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)對進(jìn)水口快速閘門進(jìn)行直接啟/閉控制，但大壩閘門監(jiān)控系統(tǒng)操作優(yōu)先級低于電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

2.1 電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

2.1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

（1）電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用分布式（DCS）結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)由遠(yuǎn)方控制級、主控制級和現(xiàn)地控制級組成分布系統(tǒng)，遠(yuǎn)方控制級、主控制級和現(xiàn)地控制級之間采用交換式100 Mbps光纖以太網(wǎng)通信，各節(jié)點通過光纖連接到LAN上。局域網(wǎng)按IEEE802.3設(shè)計，采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；

（2）電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)方控制級設(shè)置1套主機(jī)操作員工作站、1套局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、1套UPS電源在小溶江遠(yuǎn)方樞紐管理處。主控制級設(shè)置2套主機(jī)操作員工作站、1套工程師站、1套通信處理站、1套GPS時鐘裝置、1臺打印機(jī)、1套局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等，為確保單個設(shè)備故障時，系統(tǒng)的主要功能不致喪失，操作員工作站冗余配置；

（3）電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地控制級按對象分布，包括2套機(jī)組現(xiàn)地控制單元（LCU1～LCU2）、1套升壓站/公用LCU（LCU3）及進(jìn)水口快速閘門LCU。

2.1.2 系統(tǒng)功能

電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能迅速、準(zhǔn)確、有效地完成整個電站的主要機(jī)電設(shè)備監(jiān)視及控制，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和處理，實時控制和調(diào)節(jié)，安全運行監(jiān)視，電站經(jīng)濟(jì)運行，屏幕顯示，數(shù)據(jù)通信，鍵盤操作，電站主要機(jī)電設(shè)備運行維護(hù)管理，系統(tǒng)診斷等功能，并具有遙測、遙信、遙控、遙調(diào)等功能。

（1）主機(jī)操作員工作站。負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)遠(yuǎn)方控制級、主控制級和現(xiàn)地控制單元的工作、收集有關(guān)信息并作相應(yīng)處理和存儲，自動周期性地從機(jī)組、升壓站/公用LCU采集實時數(shù)據(jù)，并進(jìn)行計算處理、更新實時數(shù)據(jù)庫、運行數(shù)據(jù)存盤、歷史數(shù)據(jù)保存；能進(jìn)行機(jī)組開、停機(jī)，斷路器分、合閘控制及進(jìn)水口、進(jìn)水口快速閘門的啟閉控制，并能進(jìn)行機(jī)組有功、無功調(diào)節(jié)；安全運行監(jiān)視包括狀態(tài)監(jiān)視、越限檢查、過程監(jiān)視、趨勢分析和監(jiān)控系統(tǒng)異常監(jiān)視；工作站TFT上能實時顯示電站主要機(jī)電設(shè)備及進(jìn)水口快速閘門的運行狀態(tài)，主要設(shè)備的操作動態(tài)過程、事故和報警以及有關(guān)參數(shù)，并在主要設(shè)備出現(xiàn)故障征兆或發(fā)生事故時，提出事故處理和恢復(fù)正常運行的指導(dǎo)性意見；同時具有監(jiān)控系統(tǒng)時鐘同步，監(jiān)控系統(tǒng)自診斷，通信功能，打印記錄、電站歷史資料管理等功能；

（2）工程師站。完成系統(tǒng)維護(hù)功能：軟件開發(fā)和修改，數(shù)據(jù)庫裝載和維護(hù)，報警和整定限值修改等。通過工程師站，可實現(xiàn)離線培訓(xùn)功能；

（3）通信處理站。通信處理站是電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的輸人/輸出接口，負(fù)責(zé)與桂林市電網(wǎng)地調(diào)的調(diào)度自動化系統(tǒng)、小溶江遠(yuǎn)方樞紐管理處及樞紐內(nèi)部其他計算機(jī)系統(tǒng)之間的通信，并完成On-Call功能；

（4）機(jī)組LCU。機(jī)組LCU作為分布式系統(tǒng)的一個節(jié)點，負(fù)責(zé)機(jī)組及其附屬設(shè)備的自動監(jiān)視與控制。具備數(shù)據(jù)采集和處理，控制、操作和調(diào)節(jié)，機(jī)組事故跳閘、故障報警，手動緊急停機(jī)，水力機(jī)械保護(hù)，同期，通信，人機(jī)聯(lián)系，時鐘同步，自檢及自診斷等功能；

（5）升壓站/公用LCU。升壓站/公用LCU作為分布式系統(tǒng)的一個節(jié)點，負(fù)責(zé)升壓站主變壓器、廠用變壓器、35 kV線路、400 V備自投、斷路器等主要電氣設(shè)備的自動監(jiān)視和控制，同時負(fù)責(zé)電站直流電源系統(tǒng)、壩內(nèi)滲漏排水泵、檢修排水泵、低壓空壓機(jī)、固定錐形閥等輔助設(shè)備的自動監(jiān)視和控制。具有運行監(jiān)視，控制、操作和調(diào)節(jié)，同期，通信，電壓采集，人機(jī)聯(lián)系，時鐘同步，自檢及自診斷等功能；

（6）進(jìn)水口快速閘門LCU。負(fù)責(zé)進(jìn)水口快速工作閘門啟閉全過程的控制以及工作液壓泵與備用泵的切換、監(jiān)視和控制，具有運行監(jiān)視，操作、控制及調(diào)節(jié)，通信功能，人機(jī)聯(lián)系，自檢及自診斷等功能。

2.1.3 系統(tǒng)硬件設(shè)備

（1）遠(yuǎn)方控制級設(shè)備。①遠(yuǎn)方主機(jī)操作員工作站。采用高性能、多任務(wù)、多用戶型的工業(yè)控制計算機(jī)。主機(jī)工作站主要硬件配置：CPU Intel Xeon系列3.16 GHz×2（雙四核），內(nèi)存4GB，SAS接口硬盤1TB，1臺22英寸TFT彩色液晶顯示器；②網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。包括1套100 Mbps網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)；③UPS電源。UPS電源內(nèi)使用閥控式鉛酸免維護(hù)蓄電池，容量5 kVA/2 h；

（2）主控制級設(shè)備。①主機(jī)操作員工作站及工程師站。采用高性能、多任務(wù)、多用戶型的工業(yè)控制計算機(jī)。主機(jī)工作站主要硬件配置：CPU Intel Xeon系列3.16 GHz×2（雙四核），內(nèi)存4 GB，SAS接口硬盤1TB，2臺22英寸TFT彩色液晶顯示器；②通信處理站。主要硬件配置：CPU Intel Xeon 2.83 GHz（四核），內(nèi)存4GB，SAS接口硬盤1TB，1臺14英寸TFT彩色液晶觸摸顯示器；③GPS時鐘裝置。配置1套高精度系統(tǒng)主時鐘，準(zhǔn)確度優(yōu)于0.5μs；④網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。包括1套100 Mbps網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)；

（3）現(xiàn)地控制級設(shè)備。①機(jī)組LCU及升壓站/公用LCU。每套機(jī)組LCU配置包括1臺可編程序控制器（PLC），I/O模塊為192點開關(guān)量輸入，24點模擬量輸入，16點RTD溫度量輸入，64點開關(guān)量輸出，4點模擬量輸出；升壓站/公用LCU配置包括1臺可編程序控制器（PLC），I/O模塊為192點開關(guān)量輸入，16點模擬量輸入，8點RTD溫度量輸入，64點開關(guān)量輸出。PLC均采用施耐德公司的M580系列，控制器中的CPU通過安裝在系統(tǒng)機(jī)架上的以太網(wǎng)模塊來與各分站進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊及交換；②進(jìn)水口快速閘門LCU。配置包括1臺GE公司的PACSystems RX3i可編程序控制器（PLC），I/O模塊為64點開關(guān)量輸入，8點模擬量輸入，32點開關(guān)量輸出。

2.2 大壩閘門監(jiān)控系統(tǒng)

2.2.1 系統(tǒng)構(gòu)成

（1）大壩閘門監(jiān)控系統(tǒng)采用分布式（DCS）結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)由主控制級和現(xiàn)地控制級組成分布系統(tǒng)，主控制級和現(xiàn)地控制級采用交換式100 Mbps光纖以太網(wǎng)通信，各節(jié)點通過光纖連接到LAN上。局域網(wǎng)按IEEE802.3設(shè)計，采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；

（2）大壩閘門監(jiān)控系統(tǒng)主控制級設(shè)置2套主機(jī)操作員工作站、1套UPS電源、1臺打印機(jī)、1套局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等，為確保單個設(shè)備故障時，系統(tǒng)的主要功能不致喪失，操作員工作站雙重冗余配置?，F(xiàn)地控制級按對象分布，包括3套溢流壩閘門現(xiàn)地控制單元（LCU）。

2.2.2 系統(tǒng)功能

大壩閘門監(jiān)控系統(tǒng)能完成各閘門工況參數(shù)的自動采集、按防汛調(diào)度要求編制具體泄洪方案，并對各泄水閘門進(jìn)行遠(yuǎn)方集中監(jiān)視和控制。

（1）主機(jī)操作員工作站。負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)主控制級和現(xiàn)地控制單元的工作、收集有關(guān)信息并作相應(yīng)處理和存儲，自動周期性地從各閘門LCU采集實時數(shù)據(jù)，并進(jìn)行計算處理、更新實時數(shù)據(jù)庫、運行數(shù)據(jù)存盤、歷史數(shù)據(jù)保存；能完成對溢流壩、進(jìn)水口快速閘門的啟/閉控制；進(jìn)行安全運行監(jiān)視包括狀態(tài)監(jiān)視、越限檢查、過程監(jiān)視、趨勢分析和監(jiān)控系統(tǒng)異常監(jiān)視；工作站TFT上能實時顯示溢流壩閘門的運行狀態(tài)，主要設(shè)備的操作動態(tài)過程、事故和報警以及有關(guān)參數(shù)，并在主要設(shè)備出現(xiàn)故障征兆或發(fā)生事故時，提出事故處理和恢復(fù)正常運行的指導(dǎo)性意見；同時具有監(jiān)控系統(tǒng)時鐘同步，監(jiān)控系統(tǒng)自診斷，通信功能、打印記錄等功能；

（2）溢流壩閘門LCU。負(fù)責(zé)溢流壩工作閘門啟閉全過程的控制以及工作液壓泵與備用泵的切換、監(jiān)視和控制。閘門LCU具有運行監(jiān)視，操作、控制及調(diào)節(jié)，通信功能，人機(jī)聯(lián)系，自檢及自診斷等功能。

2.2.3 系統(tǒng)硬件設(shè)備

（1）主控制級設(shè)備。①主機(jī)操作員工作站。采用高性能、多任務(wù)、多用戶型的工業(yè)控制計算機(jī)。主機(jī)工作站主要硬件配置：CPU Intel Xeon系列3.16 GHz×2（雙四核），內(nèi)存4GB，SAS接口硬盤1TB，2臺22英寸TFT彩色液晶顯示器；②UPS電源。UPS電源內(nèi)使用閥控式鉛酸免維護(hù)蓄電池，容量3 kVA/2 h；③網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。包括1套100 Mbps網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)；

（2）現(xiàn)地控制級設(shè)備溢流壩閘門LCU。每套閘門LCU配置包括1臺GE公司的PACSystems RX3i可編程序控制器（PLC），I/O模塊為64點開關(guān)量輸入，8點模擬量輸入，32點開關(guān)量輸出。

2.3 視頻監(jiān)視系統(tǒng)

根據(jù)樞紐防洪、補(bǔ)水、發(fā)電的運行管理需要，設(shè)置1套視頻監(jiān)視系統(tǒng)，采用完全基于計算機(jī)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)多媒體監(jiān)視系統(tǒng)，由3套視頻工作站、34套前端設(shè)備、2套NVR、1臺投影機(jī)、2套網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、1面視頻網(wǎng)絡(luò)供電箱等組成。

視頻監(jiān)視系統(tǒng)能完成樞紐大壩及廠房等重要工程部位和場所的目標(biāo)全方位連續(xù)監(jiān)視、警示聯(lián)動、遠(yuǎn)方集中監(jiān)控、圖像網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)裙δ堋z像機(jī)的視頻信號以點對點方式實時傳輸?shù)絅VR，由NVR進(jìn)行視頻切換、采集和編碼，由視頻監(jiān)視主機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)傳輸。視頻監(jiān)視系統(tǒng)具有良好的擴(kuò)展能力，不但可隨時增加前端設(shè)備，而且根據(jù)需要還能增加分控站，以滿足樞紐其他部門圖像遠(yuǎn)程監(jiān)視的要求。

2.4 系統(tǒng)電源

為保證電站控制電源的可靠性，設(shè)置1套直流系統(tǒng)，額定電壓為DC220 V，直流系統(tǒng)接線方式為單母線分段接線，配置2組閥控式密封鉛酸蓄電池組，單組容量為150 Ah，設(shè)有合閘和控制回路，分別給控制保護(hù)設(shè)備、斷路器操作機(jī)構(gòu)和事故照明負(fù)荷提供電源，還提供綜合自動化系統(tǒng)用的逆變AC220 V電源。

3 結(jié)語

小溶江水利樞紐綜合自動化系統(tǒng)設(shè)計利用先進(jìn)的計算機(jī)和通信技術(shù)將傳統(tǒng)水電站自動化系統(tǒng)中的監(jiān)控、保護(hù)、調(diào)速、勵磁、視頻等系統(tǒng)全部或部分整合在一起，減少了維護(hù)工作量，使其成本更低，配置更加簡單，網(wǎng)絡(luò)更加清晰。提高了整個樞紐的運行管理水平，為樞紐的長期安全可靠、穩(wěn)定運行提供了有力保證，是水利樞紐現(xiàn)代化管理的發(fā)展方向。

（責(zé)任編輯：劉征湛）

Comprehensive automation system of Xiaorongjiang Hydraulic Complex

WEI Shi-da

（Guangxi Water and Power Design Institute,Nanning 530023,China）

The comprehensive automation system of Xiaorongjiang Hydraulic Complex is designed according to the principle of unattended operating mode.With the complex dispatching and operating management system as core,the system has the functions of remote and local supervision and control；consists of remote control level，master control level and local control level;adopts a open fully distributed architecture based on switched fast Ethernet.The computer supervision and control system permits centralized monitoring and automatic control of equipment in power station and gates of main dam.Communication processing station connects various systems and permits infor?mation sharing.

Comprehensive automation system;automatic control;supervision and control system;Xiaorongjiang Hydraulic Complex

TV736

B

1003-1510（2016）01-0037-04

2015-12-07

韋世達(dá)（1987-），男（壯族），廣西隆林人，廣西水利電力勘測設(shè)計研究院助理工程師，學(xué)士，主要從事電氣工程設(shè)計工作。