小山口梯級(jí)水電站集中監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

趙鵬飛

（江河機(jī)電裝備工程有限公司，北京 100070）

0 水電站集中監(jiān)控技術(shù)發(fā)展及項(xiàng)目背景

水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)在歐美等一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家得到較早和廣泛采用。其基本理論是將計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)與水電站自動(dòng)控制功能等技術(shù)相結(jié)合運(yùn)用到水電站生產(chǎn)管理中，其特點(diǎn)是集成度高，能夠提高電站安全運(yùn)行管理水平，有效降低水電站的運(yùn)行成本。近年來(lái)在國(guó)內(nèi)新建項(xiàng)目上普遍應(yīng)用，隨著技術(shù)成熟和設(shè)備價(jià)格大幅下降，早期建成投產(chǎn)的水電站也逐漸進(jìn)行改造或升級(jí)換代。

自20世紀(jì)70年代水電站采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)以來(lái)從國(guó)內(nèi)外水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)幾十年的變化情況看，它的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了一個(gè)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從低級(jí)到高級(jí)、從集中式控制向分布式控制發(fā)展、從單計(jì)算機(jī)系統(tǒng)向多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)展、從單層網(wǎng)絡(luò)向多層網(wǎng)絡(luò)發(fā)展等。依據(jù)當(dāng)前水電站現(xiàn)狀，普遍認(rèn)為水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式主要分為集中式計(jì)算機(jī)監(jiān)控、分散式計(jì)算機(jī)監(jiān)控和分層分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)3種形式。因早期計(jì)算機(jī)比較貴多應(yīng)用集中式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。一般只能設(shè)1臺(tái)計(jì)算機(jī)對(duì)全廠(chǎng)進(jìn)行集中監(jiān)控，稱(chēng)作集中式監(jiān)控系統(tǒng)。這種系統(tǒng)的基本特點(diǎn)是簡(jiǎn)單、不分層、不設(shè)采用計(jì)算機(jī)的現(xiàn)地控制級(jí)設(shè)備，較易于實(shí)現(xiàn)。當(dāng)時(shí)，一切計(jì)算處理都要在集控機(jī)上進(jìn)行，所有信息都要送到集控機(jī)，所有操作、控制命令都要從集控機(jī)發(fā)出，因此一旦集控機(jī)出現(xiàn)故障整個(gè)控制系統(tǒng)將面臨癱瘓的危險(xiǎn)，只能改為手動(dòng)控制運(yùn)行。這是集中監(jiān)控系統(tǒng)的致命弱點(diǎn)。其次，由于所有信息都要送到集控機(jī)，現(xiàn)場(chǎng)需要敷設(shè)很多電纜，機(jī)組臺(tái)數(shù)越多，電纜也越多，這不但增加了投資，而且降低了系統(tǒng)的可靠性，電纜及其接頭容易發(fā)生故障?，F(xiàn)已經(jīng)不大采用，一般只在機(jī)組臺(tái)數(shù)較少、控制功能簡(jiǎn)單、總裝機(jī)容量在2 000 kW以下的小型水電站上采用。

第2類(lèi)為分散式計(jì)算機(jī)監(jiān)控。隨著計(jì)算機(jī)價(jià)格的下降以及水電站對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)可靠性要求的提高，為了克服上述集中式監(jiān)控系統(tǒng)的缺點(diǎn)，出現(xiàn)了功能分散式監(jiān)控系統(tǒng)（Decentralized System）。對(duì)水電站的全部監(jiān)控任務(wù)不再由1臺(tái)計(jì)算機(jī)來(lái)完成，而是由多臺(tái)計(jì)算機(jī)共同完成。各臺(tái)計(jì)算機(jī)只負(fù)責(zé)完成某一項(xiàng)或一項(xiàng)以上的任務(wù)。如數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)、控制調(diào)節(jié)計(jì)算機(jī)、事件順序記錄計(jì)算機(jī)、通信計(jì)算機(jī)等。這是一種橫向的分散、功能的分散，當(dāng)某一臺(tái)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，只是某一功能受到影響，其他功能仍可以實(shí)施，可靠性在某種程度上有所提高。功能分散使得每臺(tái)計(jì)算機(jī)的負(fù)載可以減少，從而出現(xiàn)了多微機(jī)系統(tǒng)，即用多臺(tái)微機(jī)代替原來(lái)1臺(tái)高性能計(jì)算機(jī)去完成監(jiān)控任務(wù)，經(jīng)濟(jì)上也是合算的。但是，功能分散式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)仍沒(méi)有解決集中式監(jiān)控系統(tǒng)的所有問(wèn)題，從某種意義上說(shuō)仍然屬于集中式監(jiān)控系統(tǒng)。如某個(gè)功能裝置計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障則全廠(chǎng)的這部分功能均將喪失，影響較大，而且要用電纜將所有信息集中到一處所帶來(lái)的電纜連接復(fù)雜問(wèn)題仍然沒(méi)有解決，系統(tǒng)可靠性仍然不是很高，而投資卻增加很多。因此功能分散式監(jiān)控系統(tǒng)目前已經(jīng)很少采用。

第3類(lèi)為分層分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控。其控制形式是一個(gè)典型的正置三角形：中央——地方金字塔式、帶有一定程度中央集權(quán)性質(zhì)的系統(tǒng)。從水電站必須執(zhí)行的操作，如執(zhí)行網(wǎng)調(diào)的調(diào)度命令、正常及事故時(shí)電站操作員的操作控制、全站各臺(tái)機(jī)組的成組控制以及現(xiàn)地閉環(huán)控制等來(lái)看，采用分層控制結(jié)構(gòu)是符合水電站的生產(chǎn)特點(diǎn)的。目前廣泛應(yīng)用的為分層分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控。分層分布式系統(tǒng)可有效克服危險(xiǎn)集中、電纜敷設(shè)和連接復(fù)雜等缺點(diǎn)。典型的分層分布監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)見(jiàn)圖1。

圖1

大、中型水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)多采用分層分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)基本功能有：數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、控制調(diào)節(jié)、人機(jī)聯(lián)系、系統(tǒng)通信、遠(yuǎn)動(dòng)、系統(tǒng)自診斷、恢復(fù)、運(yùn)行管理統(tǒng)計(jì)及多媒體功能等。需滿(mǎn)足實(shí)時(shí)性、可靠性、安全性、可維護(hù)及擴(kuò)充等性能要求。

近年來(lái)，新開(kāi)發(fā)的水電站項(xiàng)目多在老、少、邊窮的地方，隨著社會(huì)進(jìn)步，人們工作、生活觀念發(fā)生了巨大的變化。傳統(tǒng)的單一水電站管控模式的弊端日益突出。①電站生產(chǎn)管理隊(duì)伍不穩(wěn)定,直接影響安全發(fā)電；②監(jiān)督保護(hù)手段落后和維護(hù)檢修及時(shí)性不夠；③每個(gè)電站配齊相應(yīng)人員管理成本較高。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、通訊技術(shù)和管理要求的發(fā)展，探索實(shí)踐電站群集中控制的建設(shè)和應(yīng)用已經(jīng)成為電力企業(yè)發(fā)展的必然選擇。實(shí)施水電站集群監(jiān)控，可在各分電站項(xiàng)目建設(shè)初期對(duì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、電力調(diào)度系統(tǒng)、辦公區(qū)建設(shè)等方面進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，將各個(gè)分散的電站監(jiān)控系統(tǒng)集中起來(lái)進(jìn)行有效的資源整合，大大降低投資成本。目前電力市場(chǎng)已經(jīng)實(shí)施峰谷、豐枯分段電價(jià)和競(jìng)價(jià)上網(wǎng)的電力市場(chǎng)機(jī)制，多元投資主體（混改）的改革也在電力行業(yè)先行先試，向管理要效益的形勢(shì)在全社會(huì)正在推進(jìn)。

因此通過(guò)流域（區(qū)域）集中調(diào)度，合理利用水資源，可以有效提高水能利用效益。通過(guò)采用集中監(jiān)控，可以提高自動(dòng)控制水平，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度和減人增效、穩(wěn)定隊(duì)伍的目標(biāo)。

新疆巴州新華水電開(kāi)發(fā)有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)：巴州新華公司）已投產(chǎn)水電站項(xiàng)目有4個(gè)：分別為小山口水電站、小山口二級(jí)水電站、小山口三級(jí)水電站和哈爾莫墩水電站，4座電站均位于開(kāi)都河流域，巴音郭楞蒙古自治州和靜縣境內(nèi)。電站相鄰之間距離在4～10 km內(nèi)，為了充分利用小山口梯級(jí)電站特有的地理優(yōu)勢(shì)和水文特點(diǎn)，降低運(yùn)行成本、提高發(fā)電效益，提高員工歸屬感和隊(duì)伍的穩(wěn)定，公司申請(qǐng)?zhí)岢隽藢?duì)流域4座電站進(jìn)行集中監(jiān)控的需求，并得到上級(jí)公司批準(zhǔn)。該項(xiàng)目《新疆小山口梯級(jí)水電站集中控制系統(tǒng)設(shè)備采購(gòu)及安裝工程》主要分為計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、微機(jī)五防系統(tǒng)、繼電保護(hù)與故障分析系統(tǒng)、電能量計(jì)量系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、生產(chǎn)運(yùn)行管理系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)通道建設(shè)7大部分。該工程于2012年開(kāi)始進(jìn)行可行性研究及設(shè)計(jì)工作，于2014年11月8日簽訂合同。2015年12月20日整個(gè)項(xiàng)目完工，歷時(shí)3年余。

1 建設(shè)目標(biāo)

項(xiàng)目建設(shè)初期規(guī)劃在新疆小山口水電站建立集中運(yùn)行管理中心，對(duì)4座電站實(shí)行集中監(jiān)控和管理，達(dá)到“無(wú)人值班、少人值守、網(wǎng)絡(luò)控制、統(tǒng)一調(diào)度”建設(shè)目標(biāo)。初期系統(tǒng)建成后，通過(guò)逐步完善，遠(yuǎn)期實(shí)現(xiàn)在庫(kù)爾勒遠(yuǎn)程集中控制的目標(biāo)。通過(guò)不斷優(yōu)化完善集控運(yùn)行方案，最大限度地發(fā)揮工程投資效益，穩(wěn)定隊(duì)伍，提高管理水平和管理效率，為地方電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行服務(wù)。同時(shí)為集團(tuán)公司對(duì)各區(qū)域公司所屬電站，特別是對(duì)偏遠(yuǎn)電站實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理、集中控制提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

小山口水電廠(chǎng)共管理小山口梯級(jí)4座電站，4座電站首尾相連，一級(jí)站距四級(jí)站13 km，共裝機(jī)11臺(tái)水電機(jī)組，總裝機(jī)容量163.5 MW。電廠(chǎng)管理為總廠(chǎng)管理，一廠(chǎng)管4站。一期系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)將哈爾莫墩水電站（2×7.5 MW）、小山口三級(jí)水電站（3×16.5 MW）、小山口二級(jí)水電站（3×16.5 MW）以及小山口水電站（3×16.5 MW）各大系統(tǒng)接入小山口水電站集控中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)4個(gè)電站的集中監(jiān)控。

其主要內(nèi)容包括網(wǎng)絡(luò)通道、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及擴(kuò)大的廠(chǎng)站模式設(shè)計(jì)等。遠(yuǎn)期實(shí)現(xiàn)在庫(kù)爾勒市對(duì)4座電站及周邊電站的集中監(jiān)控、遙控。根據(jù)小山口“一庫(kù)四站”獨(dú)特的地理位置優(yōu)勢(shì)、各站之間距離在4～10 km內(nèi)等特點(diǎn)，系統(tǒng)通訊網(wǎng)絡(luò)通道設(shè)計(jì)，優(yōu)先選用了開(kāi)放式雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)是目前工業(yè)應(yīng)用中非常先進(jìn)、安全可靠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之一，為保證數(shù)據(jù)高效的傳輸，各電站配置2臺(tái)千兆三層骨干網(wǎng)交換機(jī)，分別通過(guò)光纖連接，數(shù)據(jù)傳輸速率≥1 000 Mb/s，其中一路光纖是沿10 kV施工變線(xiàn)路自架的24芯ADSS光纖通道，該電纜是一種全絕緣介質(zhì)的自承式架空光纜，它的結(jié)構(gòu)中不含任何金屬材料；熱膨脹系數(shù)較小，在新疆地區(qū)溫度變化很大時(shí)，光纜線(xiàn)路的弧度變化較小，且其重量輕，履冰和風(fēng)荷也較小。另一路是選用原110 kV線(xiàn)路OPGW光纜備用芯，兩路光纖通道互為備用，構(gòu)成了具有高冗余、高可靠、高安全等特性的雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)小山口流域梯級(jí)水電站的設(shè)備情況，為小山口集控中心設(shè)計(jì)建設(shè)6個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，即計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、微機(jī)五防系統(tǒng)、電能量計(jì)量子系統(tǒng)、保護(hù)信息管理與故障分析子系統(tǒng)、生產(chǎn)運(yùn)行管理系統(tǒng)以及視頻監(jiān)控系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)通道建設(shè)7大系統(tǒng)相輔相成，構(gòu)成流域公司集中監(jiān)控的生產(chǎn)管理和信息化建設(shè)管控平臺(tái)。

各電站系統(tǒng)之間以流域骨干網(wǎng)為核心，流域骨干網(wǎng)以4個(gè)電站為節(jié)點(diǎn)，每個(gè)電站配置2臺(tái)華為S7703千兆以太網(wǎng)三層交換機(jī)，集控中心配置2臺(tái)華為S7706千兆三層核心交換機(jī)，組成雙通道冗余環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，4個(gè)電站視為地理位置擴(kuò)大的一個(gè)電廠(chǎng)(即擴(kuò)大廠(chǎng)站的理念)，各個(gè)電站根據(jù)機(jī)組臺(tái)數(shù)、公用設(shè)備和開(kāi)關(guān)站、閘首的設(shè)備分布等情況設(shè)置現(xiàn)地控制單元LCU，LCU具備其監(jiān)控范圍內(nèi)的完整功能，可脫網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行。

2.2 系統(tǒng)組網(wǎng)模式設(shè)計(jì)

梯級(jí)集控中心（以下簡(jiǎn)稱(chēng)集控中心）與各子站的組網(wǎng)方式，受流域內(nèi)通信通道帶寬、電站自動(dòng)化水平、廠(chǎng)內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及各設(shè)備供應(yīng)商之間的通信協(xié)調(diào)性等因素影響，通常有以下幾種模式：

（1）集控中心監(jiān)控系統(tǒng)直接控制到梯級(jí)電站的機(jī)組（即擴(kuò)大廠(chǎng)站模式），此模式的主要特點(diǎn)是流域上距離較近的幾個(gè)水電站作為一個(gè)獨(dú)立的整體電站，單獨(dú)設(shè)置一套計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通道與各梯級(jí)水電站的現(xiàn)地LCU單元直接連接。此模式主要適用于水電站位置相對(duì)集中，數(shù)量不多，可視為同一節(jié)點(diǎn)，可方便快速的進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)的電站。

（2）集控中心監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)遠(yuǎn)動(dòng)裝置控制到梯級(jí)電站的機(jī)組，通常不設(shè)或簡(jiǎn)化站級(jí)計(jì)算機(jī)，電站內(nèi)設(shè)置有微機(jī)遠(yuǎn)方終端，通過(guò)RTU采集電站的信息上送梯級(jí)集控中心監(jiān)控系統(tǒng)，并將接收到的命令直接下發(fā)到各LCU，此種模式因網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作繁瑣且通訊傳輸效率低下通常已不采用。

（3）集控中心監(jiān)控系統(tǒng)與流域梯級(jí)各電站監(jiān)控系統(tǒng)站級(jí)計(jì)算機(jī)通信。采用此方式時(shí)集控中心和站級(jí)的監(jiān)控系統(tǒng)分工明確、接線(xiàn)簡(jiǎn)單、功能層次分明，需上下級(jí)配合協(xié)調(diào)工作。集控中心通過(guò)站級(jí)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)電站的控制，此種模式當(dāng)水電站脫離集控后，廠(chǎng)站監(jiān)控系統(tǒng)仍可獨(dú)立運(yùn)行，適用于相對(duì)分散、數(shù)量較多、距離較遠(yuǎn)、交通不便且不易快速到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)的梯級(jí)水電站，但此模式投資較高，調(diào)度審批繁瑣。

上述3種方式均有一定的特點(diǎn)，各自適應(yīng)于一定的地域和電站特點(diǎn)。本系統(tǒng)工程采用第1種方式即擴(kuò)大廠(chǎng)站模式，各LCU直接受控于流域集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，廠(chǎng)內(nèi)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)同時(shí)與現(xiàn)地LCU進(jìn)行通信，彼此相互獨(dú)立又可相互關(guān)聯(lián)。這種方式既能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目焖?、安全、可靠，又能?jié)約成本，減少數(shù)據(jù)中間流轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)。各站數(shù)據(jù)流示意圖如圖3所示。

圖3 通訊數(shù)據(jù)流向示意圖

為較好的發(fā)揮擴(kuò)大廠(chǎng)站模式在該流域梯級(jí)集中監(jiān)控系統(tǒng)的作用，早先在最初的一、二、三級(jí)水電站監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，就考慮了現(xiàn)地LCU單元的配置，各電站現(xiàn)地LCU單元皆選用互為雙冗余結(jié)構(gòu)的PAC 3I系統(tǒng)PLC，為適應(yīng)集控要求，哈爾莫墩水電站建設(shè)較早，其原單網(wǎng)GE 9030系列PLC本次改造為雙冗余結(jié)構(gòu)的PAC 3I系列PLC，實(shí)現(xiàn)4個(gè)電站現(xiàn)地LCU單元控制器的一致，為小山口流域梯級(jí)集控?cái)U(kuò)大廠(chǎng)站模式的應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的硬件基礎(chǔ)，集控中心直接控制到各站現(xiàn)地LCU單元示意圖如圖4所示。

另一方面，為避免各電站與集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致，不同步等問(wèn)題，保證各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)的統(tǒng)一性，采取了以下措施：

（1）哈爾莫墩水電站原YBK-2000工控組態(tài)軟件監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)更換為江河股份公司Jtech工控組態(tài)軟件V1.0產(chǎn)品；

（2）小山口三級(jí)水電站直接采用江河股份公司Jtech工控組態(tài)軟件V1.0產(chǎn)品；

小山口水電站和小山口二級(jí)水電站原IFIX5.5監(jiān)控軟件進(jìn)行程序升級(jí)，滿(mǎn)足與梯級(jí)集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件及數(shù)據(jù)的同步刷新和一致；

（3）各電站LCU單元根據(jù)規(guī)劃設(shè)計(jì)的IP地址和劃分的VLAN區(qū)重新進(jìn)行設(shè)定，將PLC程序進(jìn)行統(tǒng)一升級(jí)優(yōu)化，為實(shí)現(xiàn)廠(chǎng)站和集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)同時(shí)與PLC進(jìn)行通信建立數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，站級(jí)監(jiān)控和集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與PLC通信緩沖區(qū)通過(guò)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約TCP/IP通訊方式實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。

同時(shí)，站級(jí)監(jiān)控和集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)同時(shí)監(jiān)控現(xiàn)地LCU單元，彼此相互獨(dú)立又互相關(guān)聯(lián)，通過(guò)軟硬結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)三級(jí)控制權(quán)限的切換操控模式，現(xiàn)地LCU單元具有最高控制權(quán)限，其次是站級(jí)、集控級(jí)。當(dāng)現(xiàn)地級(jí)將權(quán)限切換至廠(chǎng)站級(jí)后，廠(chǎng)站級(jí)可將權(quán)限切換至集控中心，此時(shí)集控中心可進(jìn)行操控，直接下發(fā)命令至現(xiàn)地LCU單元，廠(chǎng)站級(jí)不能進(jìn)行控制操作，但可將控制權(quán)限切回廠(chǎng)站，而當(dāng)控制權(quán)限切回至廠(chǎng)站級(jí)時(shí)，集控中心只能進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)視不能進(jìn)行操控，也不能對(duì)控制權(quán)限進(jìn)行切換，廠(chǎng)站級(jí)可進(jìn)行操控。同時(shí)在任何情況下，無(wú)論在集控級(jí)、廠(chǎng)站級(jí)、現(xiàn)地級(jí)，現(xiàn)地LCU單元都可直接將控制權(quán)限切回現(xiàn)地級(jí)，由現(xiàn)地LCU單元進(jìn)行獨(dú)立操作，以實(shí)現(xiàn)高安全、高可靠的控制方式。

圖4 集控中心直接控制到現(xiàn)地LCU單元示意圖

圖5 控制權(quán)限示意圖

集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)直接與各電站層LCU通信，直接讀取電站各套LCU緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，并直接將控制命令下達(dá)到LCU緩沖區(qū)中，完成對(duì)受控電站的監(jiān)控，通信協(xié)議采用電力標(biāo)準(zhǔn)MODBUS TCP/IP通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)電力監(jiān)控系統(tǒng)的“四遙”功能，同時(shí)各子系統(tǒng)也與各電站層對(duì)應(yīng)設(shè)備直接通訊，可讀取和修改站內(nèi)各子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，集控中心各系統(tǒng)都是直接作用到對(duì)應(yīng)設(shè)備單元，與站內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)互不干擾，皆可獨(dú)立運(yùn)行。

3 系統(tǒng)實(shí)踐及經(jīng)驗(yàn)

該系統(tǒng)工程的實(shí)施按照“統(tǒng)籌規(guī)劃，分步實(shí)施”的原則進(jìn)行，基本沒(méi)有影響電廠(chǎng)的正常安全生產(chǎn)。各電站根據(jù)發(fā)電計(jì)劃，合理安排具有針對(duì)性的系統(tǒng)實(shí)施方案，同時(shí)依據(jù)不斷發(fā)生變化的電站發(fā)電計(jì)劃，在滿(mǎn)足正常生產(chǎn)前提下及時(shí)修正工程實(shí)施措施和方案，確保了安裝調(diào)試任務(wù)高效優(yōu)質(zhì)的完成，工程建設(shè)中，沒(méi)有發(fā)生影響電廠(chǎng)安全生產(chǎn)的事件，項(xiàng)目實(shí)施安全圓滿(mǎn)完成。

該工程總體劃分為5個(gè)部分：

（1）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通道規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)，集控中心平臺(tái)搭建；

（2）小山口水電站以及哈爾莫墩水電站設(shè)備升級(jí)改造及接入集控中心；

（3）小山口二級(jí)水電站升級(jí)改造和小山口三級(jí)水電站接入集控中心；

（4）各站與集控中心設(shè)備聯(lián)合試驗(yàn)、聯(lián)調(diào)和試運(yùn)行；

（5）系統(tǒng)試運(yùn)行及工程驗(yàn)收。

網(wǎng)絡(luò)通道完成建設(shè)和測(cè)試后，將4個(gè)電站各系統(tǒng)按劃分的VLAN（IP規(guī)劃）分配到各站連接到集控中心對(duì)應(yīng)的終端設(shè)備上，集控中心監(jiān)控系統(tǒng)及各子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)可直接與電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)集聯(lián)，構(gòu)成兼有雙星型和雙環(huán)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。2015年12月，小山口集控中心已完成建設(shè)，系統(tǒng)試運(yùn)行安全、穩(wěn)定、可靠，2016年9月通過(guò)驗(yàn)收。該項(xiàng)目的實(shí)施，為后期規(guī)劃建設(shè)庫(kù)爾勒遠(yuǎn)程集控中心奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

總結(jié)項(xiàng)目實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為未來(lái)同類(lèi)項(xiàng)目?jī)?yōu)質(zhì)、高效開(kāi)展工作，以下幾點(diǎn)供同行借鑒：①應(yīng)盡早排查各電站自動(dòng)控制元件、系統(tǒng)軟硬件兼容性并進(jìn)行深度調(diào)查研究，對(duì)不符合控制要求的設(shè)備等提前進(jìn)行優(yōu)化、改造，滿(mǎn)足集控中心對(duì)電站現(xiàn)地控制設(shè)備的性能要求，可以有效縮短項(xiàng)目建設(shè)時(shí)間；②此類(lèi)項(xiàng)目多數(shù)地處偏遠(yuǎn)，應(yīng)重視廠(chǎng)內(nèi)調(diào)試和驗(yàn)收，嚴(yán)格按試驗(yàn)大綱中的項(xiàng)目和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，減少電站現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間；③重視設(shè)計(jì)咨詢(xún)和選擇可靠、穩(wěn)定的GPS網(wǎng)絡(luò)校時(shí)系統(tǒng)，集中監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、電力系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)時(shí)鐘的一致性要求很高，保證保護(hù)、監(jiān)控（含視頻監(jiān)控）、故障錄波等控制單元時(shí)鐘一致性對(duì)保障系統(tǒng)設(shè)備安全運(yùn)行和故障分析準(zhǔn)確尤為重要。

4 結(jié)束語(yǔ)

新疆小山口流域梯級(jí)集中監(jiān)控系統(tǒng)工程的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用了江河股份公司自主研發(fā)的梯級(jí)集控Jtech 2.0工控組態(tài)監(jiān)控軟件，該軟件滿(mǎn)足用戶(hù)“無(wú)人值班、少人值守、網(wǎng)絡(luò)控制、統(tǒng)一調(diào)度”的要求。項(xiàng)目的實(shí)施，大大的減輕了電站運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,優(yōu)化了電站人力資源配置。通過(guò)梯級(jí)集中調(diào)度，有效的挖掘了發(fā)電潛力，穩(wěn)定了隊(duì)伍，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。同時(shí)為電站安全生產(chǎn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，項(xiàng)目的實(shí)施具有一定的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，對(duì)國(guó)內(nèi)中、小水電站規(guī)劃和建設(shè)集控中心具有一定的借鑒意義。

[1]王連華，周二保，查敏，等.梯級(jí)水電站保護(hù)信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[C]//水電站機(jī)電技術(shù)2004年年會(huì)論文集，2004.

[2]郭鵬慧.黃河上游梯級(jí)電站調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)可行性研究[C]//中國(guó)水利水電科學(xué)研究院自動(dòng)化所論文專(zhuān)集，2004.

[3]王國(guó)華，單文坤.跨流域梯級(jí)水電站水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)踐[J].云南水力發(fā)電，2010（06）.

[4]趙勇飛，王森，王飛，等.蘇帕河多流域梯級(jí)電站集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].水電站機(jī)電技術(shù)，2010，33（3）.

[5]曹偉，許英堅(jiān)，王勁夫，等.擴(kuò)大廠(chǎng)站模式的火溪河梯級(jí)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)[J].水電站設(shè)計(jì)，2006，22（2）.

[6]徐瀚，李汶青.雙環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在田灣河流域梯級(jí)水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].四川水力發(fā)電，2008，27（3）.