湘投國際南片河流域水電站集控建設的思考

蘇文輝

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長沙410004）

1 云南臨滄鎮(zhèn)康南片河流域項目情況

1.1 項目基本情況

項目位于云南省臨滄市鎮(zhèn)康縣南片河流域，流域共布置5個梯級電站，總裝機為6.37萬kW，年平均利用小時為4 341 h，各水電站相距均在10 km以內。

圖1 南片河流域電站分布示意圖

南片河為怒江二級支流，全長約37.17 km，流域面積315 km2；全河流總落差達2 200 m，流域多年平均降水量2 458 mm。南片河流域布置木場（2×2.4 WM=0.48萬kW）、打窩（3×6.3 WM=1.89萬 kW）、板橋（2×4 WM=0.8萬kW）3個電站。

勐撒河為南片河一級支流，全長約32.75 kW，河道比降為63.7‰，流域面積126.5 km2；全河流總落差達2 087 m，流域多年平均降水量2 450 mm。勐撒河流域布置硝塘（2×4 WM=0.8萬kW）、營盤（3×8 WM=2.4萬kW）兩個電站。

項目主要工程特性指標見表1。

表1 項目工程特性指標

送電線路概況見表2。

表2 送電線路概況

南片河流域電站于2015年全部投產。

1.2 調度權限及方式

南片河流域電站有云南省中調及臨滄地調二級調度方式；云南省中調委托臨滄地調對各電站調度，臨滄地調為主的調度方式。

1.3 保護及自動化設備

110 kV系統(tǒng)保護設備由北京四方繼保自動化有限公司供貨；其他保護、直流系統(tǒng)、計算機監(jiān)控系統(tǒng)及LCU由長沙華自科技有限公司供貨；機組勵磁設備由武漢洪山電工科技有限公司供貨；水輪機調速器由武漢三聯(lián)水電設備有限公司供貨。

1.4 系統(tǒng)通信設備

打窩電站：電站設一條光纖線路OPGW和一套光纖通信設備，作為電站遠動信息及線路差動保護信息傳輸?shù)闹魍ǖ?。公用移動通信系統(tǒng)作為備用通信通道。

木場電站：在35 kV線路避雷線內有通信光纖OPGW，供電力系統(tǒng)的生產調度，并作為電站遠動信息傳輸?shù)膫溆猛ǖ馈?/p>

板橋電站：電站設一條光纖線路OPGW和一套光纖通信設備，作為電站遠動信息及線路差動保護信息傳輸?shù)闹魍ǖ?。公用移動通信系統(tǒng)作為備用通信通道。

營盤電站：電站設一條光纖線路OPGW和一套光纖通信設備，作為電站遠動信息及線路差動保護信息傳輸?shù)闹魍ǖ?。公用移動通信系統(tǒng)作為備用通信通道。

硝塘電站：在35 kV線路避雷線內有通信光纖，供電力系統(tǒng)的生產調度，并作為電站遠動信息傳輸?shù)膫溆猛ǖ馈?/p>

1.5 電站地理位置

營盤電站地處孟定鎮(zhèn)至臨滄的省級公路旁，地理位置優(yōu)越，交通方便，建設有功能比較齊全的辦公、生活、通信、檢修維護設施，繼電保護室及中控室比較寬敞。其他電站處于深山峽谷中，建設有簡單的辦公、生活、檢修維護設施、通信設施。

2 流域電站綜合自動化目前的情況

打窩電站、營盤電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用開放式分層分布結構，分電站級和現(xiàn)地控制單元(LCU)級兩級。電站級包括2臺熱備用的操作員工作站和1套維護工作站?，F(xiàn)地級包括3套機組LCU、1套公用LCU,系統(tǒng)結構見圖2。

木場電站、板橋電站、硝塘電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用開放式分層分布結構，分電站級和現(xiàn)地控制單元（LCU）級兩級。電站級包括2臺熱備用的操作員工作站和1套維護工作站?，F(xiàn)地級包括2套機組LCU、1套公用LCU,系統(tǒng)結構見圖3。

圖2 打窩、營盤電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡圖

圖3 木場、板橋、硝塘電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡圖

3 流域電站集控建設模式的設想

3.1 設計原則

集控中心計算機監(jiān)控系統(tǒng)總體設計原則如下：

（1）按照“無人值班”(少人值守)的原則進行計算機監(jiān)控系統(tǒng)的總體設計和系統(tǒng)配置。計算機監(jiān)控系統(tǒng)滿足電站無人值班遠程監(jiān)控的自動化運行管理要求。

（2）系統(tǒng)為全分布、全開放的系統(tǒng)，系統(tǒng)結構應保證監(jiān)控系統(tǒng)在長期運行中的先進性、可維護性、可擴充性、兼容性和應用軟件的可移植性，既便于功能和硬件的擴充，又能充分保護系統(tǒng)資源和投資。

（3）集控中心計算機監(jiān)控系統(tǒng)屬于生產控制大區(qū)中的控制I區(qū)，應嚴格執(zhí)行國家經貿委[2002]第30號令《電網(wǎng)和電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)及調度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡安全防護規(guī)定》、[2004]電監(jiān)會5號令《電力二次系統(tǒng)安全防護規(guī)定》及電監(jiān)安全[2006]34號文“關于印發(fā)《電力二次系統(tǒng)安全防護總體方案》等安全防護方案的通知”的要求，進行安全防護。

（4）系統(tǒng)配置和選型在保證系統(tǒng)可靠性、安全性、實時性和實用性的前提下，充分利用計算機領域的先進技術，采用具有成熟運行經驗且嚴格遵守當今工業(yè)標準的著名廠商的產品，保證系統(tǒng)具有良好的開放性，符合計算機發(fā)展迅速、更新周期短的特點，系統(tǒng)達到當前的國際先進水平，并具有向上兼容性。

（5）系統(tǒng)應高度可靠、冗余，其本身的局部故障不應影響現(xiàn)場設備的正常運行，系統(tǒng)的各項指標均應滿足《水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)基本技術條件(DL/T578)》和《水力發(fā)電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)設計規(guī)定（DL/T5065）》的規(guī)定。

（6）系統(tǒng)軟件平臺應采用模塊化、結構化設計，保證系統(tǒng)的可擴性，滿足功能增加及規(guī)模擴充的需要。

（7）計算機監(jiān)控系統(tǒng)與工業(yè)電視系統(tǒng)按相互獨立的方案考慮，工業(yè)電視系統(tǒng)與計算機監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動。

（8）集控中心計算機監(jiān)控系統(tǒng)支持各種應用軟件及功能的二次開發(fā)應用，并能方便地與其他系統(tǒng)通信。

（9）系統(tǒng)能實現(xiàn)與調度機構電力數(shù)據(jù)網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)通信。預留將來可能出現(xiàn)的與其他電站監(jiān)控系統(tǒng)的接口。

（10）系統(tǒng)具備提供給其他系統(tǒng)數(shù)據(jù)的通信接口。

圖4 湘投國際南片河流域水電站集控中心計算機監(jiān)控系統(tǒng)總體結構圖

3.2 流域水電站集控系統(tǒng)的結構模式

流域各水電站相距均在10 km以內，集控中心計算機監(jiān)控系統(tǒng)宜采用“擴大廠站直采直控”模式，采用分層分布式結構。集控中心計算機監(jiān)控系統(tǒng)通過冗余光纖通道與各電站現(xiàn)地LCU連接，實現(xiàn)對電站信息的實時采集、處理、運行監(jiān)視和遠方控制。整個監(jiān)控系統(tǒng)設備分電廠層和集控層，電廠層分為電廠控制層和現(xiàn)地控制層，集控層分為集控控制層、集控信息層和信息查詢層。集控中心采用“擴大廠站直采直控”模式，簡化電廠控制層（設置一臺應急操作員站），將現(xiàn)地控制層直接接入集控控制層。集控中心監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡直接與電站監(jiān)控網(wǎng)絡集聯(lián)，構成星型或環(huán)型網(wǎng)絡，集控中心監(jiān)控系統(tǒng)直接與各電站現(xiàn)地LCU的PLC通信，實現(xiàn)集控與現(xiàn)地LCU數(shù)據(jù)的直接交互，完成集控中心監(jiān)控系統(tǒng)對受控各站中各LCU的監(jiān)控。通信協(xié)議采用電力通信標準規(guī)約要求的TCP/IP協(xié)議和MODBUSRTU協(xié)議。此模式下，統(tǒng)一在集控中心設置2臺數(shù)據(jù)服務器（互為冗余）、2臺操作員站（雙顯示器、互為冗余）、工程師兼維護工作站、報表兼語音報警ONCALL工作站、調度通信服務器等設備，由集控中心對各站進行統(tǒng)一監(jiān)視和控制，電站中控室僅保留一臺操作員站作為主備用通道全部中斷后的應急站。其結構圖見圖4所示。

擴大廠站式集控模式優(yōu)點：

（1）節(jié)約投資。擴大廠站式集控模式可取消各電站廠站層數(shù)據(jù)服務器、工程師站、通信工作站、操作員站（冗余）、報表工作站、ONCALL等設備，既減少了設備的重復投入，又減少了維護工作量，節(jié)省了開支。

（2）減員增效。南片河流域電站位置相對集中，可等值為同一電源點，調度等值為一廠，采用擴大廠站式集控模式后，各電站中控室只需設置一臺應急操作員站，日常不再需要人員監(jiān)屏和操作，減少大量運行人員，減少了相關人員的費用支出。采用該模式后，集控運行人員實時掌握著各個電站的各種工況，更利于機組的統(tǒng)一調度和充分利用，增加了各電站機組的利用率，增加了效益。

（3）優(yōu)化設備管理。采用擴大廠站式集控模式后，集控運行人員實時掌握著各個電站的各種工況，更加利于對各個電站設備的管理。

（4）優(yōu)化業(yè)務管理。集控信息層由數(shù)據(jù)服務器、報表兼語音報警ONCALL工作站及報表打印機等構成，完成全流域電站設備運行信息管理和整理任務。

集控中心監(jiān)控系統(tǒng)與電站監(jiān)控系統(tǒng)按分層分布式設計，集控中心和站級的監(jiān)控系統(tǒng)分工明確，接線簡單、功能層次分明，相互配合協(xié)調工作。集控中心和電站監(jiān)控系統(tǒng)通信的方式，對帶寬的要求較低，系統(tǒng)層次和功能分工明確，設備配置靈活，可根據(jù)應用需要逐步擴充，并充分發(fā)揮了站級計算機的作用，減輕了集控中心監(jiān)控系統(tǒng)計算機的工作量，便于將來電站的接入。

4 現(xiàn)場實施方案的設想

（1）選擇地理位置優(yōu)越、交通方便的營盤電站作為南片河流域集控中心的建設地點。

（2）在營盤電站中控室設置大屏幕及控制器，利用原有的中控室操作臺，增設操作員工作站A/B、工程師兼維護工作站、報表兼語音報警工作站、打印機等設備。

（3）在繼電保護室增設調度通信服務器機柜、數(shù)據(jù)服務器機柜、GPS對時機柜等及其他設備。

5 需要改造的設備

5.1 數(shù)據(jù)通道的改造

5.1.1 原有的數(shù)據(jù)通道結構

打窩電站數(shù)據(jù)直接上送調度；木場電站數(shù)據(jù)通過5.596 km OPGW經打窩電站轉接上送調度；板橋電站數(shù)據(jù)通過5.9 km OPGW經打窩電站轉接上送調度；營盤電站數(shù)據(jù)通過13.184 km OPGW經打窩電站轉接上送調度；硝塘電站數(shù)據(jù)通過6.4 km OPGW經營盤電站上送調度。

5.1.2 改造方案

增設打窩電站至營盤電站專用光纜，與OPGW光纜共同構成打窩電站至營盤電站的數(shù)據(jù)雙通道，以增加可靠性。打窩電站、木場電站、板橋電站可以經OPGW或專用光纜與集控中心進行數(shù)據(jù)交換。集控中心可以經OPGW或專用光纜與調度進行數(shù)據(jù)交換，如圖5。

圖5 南片河流域電站改造后的數(shù)據(jù)通道示意圖

5.2 其他設備的改造

（1）流域電站LCU及自動化設備質量較好，改造工作量不大。只需要完善部分輔助設備的信號接入集控系統(tǒng)。

（2）由于大壩、進水口及前池都離打窩電站較遠，實現(xiàn)自動控制較困難，且投資大、作用有限，故閘門控制設計采用通信指揮現(xiàn)場操作方式較適宜。

（3）預留水情自動化系統(tǒng)接口，如果條件成熟，也可以將水情數(shù)據(jù)接入集控系統(tǒng)。

（4）預留其他接口。

6 結束語

湘投國際南片河流域電站集控系統(tǒng)采用“擴大廠站直采直控”模式，簡化電廠控制層，將現(xiàn)地控制層直接接入集控控制層?，F(xiàn)場改造工作量小，投資省、見效快。對流域小水電站的集控模式具有參考價值。

參考文獻：

[1] DL/T 1313-2013流域梯級水電站集中控制規(guī)程[S].

[2] DL/T 5345-2006梯級水電廠集中監(jiān)控工程設計規(guī)范[S].