大型水電廠監(jiān)控系統(tǒng)集控運行分析

羅 杰

（國家能源集團新疆吉林臺水電開發(fā)有限公司，新疆伊犁 835000）

0 引言

隨著計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機監(jiān)控系統(tǒng)在水電行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛。它采用由過程控制層和過程監(jiān)控層組成的多級通信網(wǎng)絡(luò)。計算機系統(tǒng)可以實時反映電廠運行狀態(tài)，有助于快速診斷系統(tǒng)故障，提高系統(tǒng)可靠性。電網(wǎng)的可靠性對電網(wǎng)的安全起著不可替代的作用，通過軟件系統(tǒng)的優(yōu)化達(dá)到提升運行的作用。

系統(tǒng)概述：吉林臺水電開發(fā)有限公司，現(xiàn)已建成2 庫5 級電站，共20 臺機組，總裝機容量108 萬千瓦。從上游到下游分別是：薩里科特水電站、塔勒德薩依水電站、吉林臺一級水電站、尼勒克一級水電站、溫泉水電站。其中吉林臺一級安裝4 臺單機容量12.5 萬千瓦的水輪發(fā)電機組，是目前新疆電網(wǎng)裝機容量最大的水電站。集控中心始建于2013 年，2015 年底最早投產(chǎn)的吉林臺一級水電站、溫泉水電站接入集控中心，開啟了“無人值班、少人值守、集中控制”模式。集控中心總?cè)藬?shù)29 名，其中運行值班人員24 人，實現(xiàn)五班三倒的倒班方式。目前已實現(xiàn)總裝機108 萬千瓦的統(tǒng)一調(diào)度、遠(yuǎn)方集控，以實現(xiàn)流域電站的統(tǒng)一調(diào)度，信號采集方式為“全采全送”。集控中心也是公司的經(jīng)濟運行中心，主要負(fù)責(zé)流域電站的電力調(diào)度、水庫調(diào)度、防洪調(diào)度、氣象預(yù)報、水情水文測報和經(jīng)濟運行等工作。接入到集控中心的5 座電站的機組的開停機、負(fù)荷調(diào)整、開關(guān)站設(shè)備倒閘操作、溢洪設(shè)施操作等都由集控中心實現(xiàn)遠(yuǎn)方調(diào)度。流域投產(chǎn)電站電能主要是通過220 kV 和750 kV 線路在新疆區(qū)內(nèi)消納，部分電量參于疆電外送。

1 集控運行

系統(tǒng)的可靠性在實際應(yīng)用中得到了驗證，通過不斷地改進，增強了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，其功能也日益增強。在此監(jiān)控平臺上實現(xiàn)了許多創(chuàng)新的設(shè)計理念。針對這一時期集中加強控制作業(yè)存在的問題和解決辦法，并采取了以下措施為了達(dá)到拋磚引玉的功能，對一個要點進行分析討論。

2 分層式結(jié)構(gòu)

分層控制系統(tǒng)按功能分為本地控制層、主控層和調(diào)度控制層。本地控制層的功能是收集本地數(shù)據(jù)并將其發(fā)送給主控層和調(diào)度控制層，或啟動順序控制過程。根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的操作，由現(xiàn)場設(shè)備操作員控制主站的控制層，或者根據(jù)負(fù)載曲線或電網(wǎng)頻率自動控制主站的控制層，負(fù)責(zé)梯級水電站的經(jīng)濟運行管理和協(xié)調(diào)運行。上層系統(tǒng)需要良好的人機接觸方式、完善的功能、快速的運行、長期穩(wěn)定的性能以及與其他系統(tǒng)或通信的緊密聯(lián)系。分級控制系統(tǒng)按功能分為就地控制層、主站控制層和調(diào)度控制層。根據(jù)各層的功能要求，充分發(fā)揮計算機設(shè)備的性能，使本地設(shè)備的控制獨立，有利于設(shè)備的獨立，垂直運行和維護方便。分布將本地控制層劃分為多個單元，每個單元建立一個相對獨立的LCU。

在水電站監(jiān)測系統(tǒng)中，機組、開關(guān)站、輔助供電、公用事業(yè)各按控制裝置和裝置的數(shù)量進行對項目布局和資本狀態(tài)，設(shè)置一個或多個LCU 分布，分散了監(jiān)測系統(tǒng)的功能，每一層都有自己的分工，每一層設(shè)備根據(jù)每一層的功能要求設(shè)置，充分發(fā)揮不同層計算機設(shè)備的性能，有利于獨立運作。

3 多樣化數(shù)據(jù)規(guī)約

在局域網(wǎng)（LAN）的框架下，光纖主要是傳輸數(shù)據(jù)，而數(shù)據(jù)傳輸是保證系統(tǒng)順利運行的基礎(chǔ)，TCP/P 通信協(xié)議已成為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)，TCP 是頂層，是一種連接方式，它保證了數(shù)據(jù)包和正常的傳輸順序，確認(rèn)了數(shù)據(jù)包頭和數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，以及TCP 在傳輸過程中是否負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的傳輸錯誤，從而保證了TCP/IP 協(xié)議在會話中的可靠性，充分應(yīng)用和發(fā)展了運輸。例如隨叫隨到工作站的語音報警通信，因為它不是重要數(shù)據(jù)，如采用UDP（UserDatagr 協(xié)議）用戶數(shù)據(jù)協(xié)議，其效果比TCP協(xié)議效果差，但是優(yōu)勢在于網(wǎng)絡(luò)負(fù)載資源消化相對較少，另一方面，在信息傳輸方面采用級聯(lián)調(diào)度表面上是使用IEC104，實際上是IEC101 運動協(xié)議是早期使用TC 助手P 提供的網(wǎng)絡(luò)傳輸功能被組合起來，以使IEC101 能夠在TC 助手P 內(nèi)使用各種網(wǎng)絡(luò)類型，它為運動信息的網(wǎng)絡(luò)傳輸提供了通信協(xié)議基礎(chǔ)，采用IECC104 協(xié)議可以很好地保證協(xié)議，通信的標(biāo)準(zhǔn)化和可靠性。集控運行所涉及到的設(shè)備繽紛復(fù)雜，無論是總線現(xiàn)場，還是多系統(tǒng)主站層的接入方面，都有大的利用價值。

4 監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

由于各種功能的限制，工業(yè)控制計算機的APC 將負(fù)責(zé)集中控制環(huán)境下的現(xiàn)狀，現(xiàn)場總線通信沒有足夠簡潔的系統(tǒng)。在強干擾環(huán)境下，通信軟件工作的穩(wěn)定性和協(xié)調(diào)性是根據(jù)通信軟件來協(xié)調(diào)。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，工業(yè)控制廠商和系統(tǒng)集成商正在大力開發(fā)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)系列產(chǎn)品。目前，國際知名廠商的產(chǎn)品可直接造成人員傷亡。PLC 直接接入互聯(lián)網(wǎng)，消除工控機在系統(tǒng)中的故障，可能會對改善數(shù)據(jù)定位和管理的可靠性和實時性。利用PLC 直接連接到Internet 的結(jié)構(gòu)，有必要在PLC 直接連接到Internet 后正確解決智能儀器訪問的問題。LCU 通常需要一定量的智能儀器通信，在具有工業(yè)計算機結(jié)構(gòu)的LCU 結(jié)構(gòu)中，通信相對容易和靈活。但是，使用PLC 直接訪問互聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，必須考慮LCU 智能儀表的各種PLC 產(chǎn)品特性。解決LCU 智能儀表接入的方法有兩種，一種是直接或通過轉(zhuǎn)換到PLC 另一種是直接進入到以太網(wǎng)，因為出自不同的公司，所以特性也不同，因此需要通過特性中找到合適的方法進行完善。智能儀器的信息主要是通過RS232 melon 5485 串口通信發(fā)送，LCU 的特點是結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試方便，電廠監(jiān)控系統(tǒng)、智能交通信號采集單元和SOE 序列的事件記錄設(shè)備通信采用RS-485 通信方式（遵循Medbus 通信協(xié)議，傳輸速率9600 BPS）。由于PLC 通信模塊采用IMBPS 高傳輸速率，接口采用EM 85 多端口橋，作為PLC 與設(shè)備的通信橋梁，近年來，它可以滿足控制和調(diào)整的需要。其主要問題是抗干擾能力差，傳輸速度慢。同時，由于通信完全依賴于軟件，因此不可能觀察到相同的通信狀態(tài)。對于監(jiān)測控制來說，這是一個非常不利于發(fā)展的因素。

5 水電站梯級調(diào)度運行

為了更好地實現(xiàn)我國水電站調(diào)度創(chuàng)新的目標(biāo)，對水電站以及變電站SCAD 功能進行不斷地完善，以此來提升調(diào)度自動化系統(tǒng)的完善性和智能性是必然的選擇。只有結(jié)合水電站的實際情況并加以創(chuàng)新，最終構(gòu)建出既具備SCADA 的數(shù)據(jù)深化功能，又可以滿足一體化調(diào)度的整體系統(tǒng)，并不斷依靠網(wǎng)絡(luò)拓補、狀態(tài)估計以及符合預(yù)測等一系列功能的應(yīng)用，才可以保證不同梯級電站都保持在最優(yōu)的工作狀態(tài)，以此來更好的對各個梯級電站的安全性以及經(jīng)濟效益進行提升。在此基礎(chǔ)上，工作人員還需要不斷對通信系統(tǒng)的智能化技術(shù)進行調(diào)整和完善，通過這樣的方式來更好地搭建SDH 環(huán)網(wǎng)通信平臺，充分發(fā)揮電廠以及樞紐變電站的主要作用，以此來更好地提升發(fā)電設(shè)備的管理效益。在這個過程中，工作人員需要應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及智能技術(shù)，建立起科學(xué)可靠的監(jiān)控系統(tǒng)，并將設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控可視化，以此來更好地保證電站的安全性。為了更好地實現(xiàn)這個目標(biāo)，建立良好的流域梯級電站聯(lián)合調(diào)度制度。首先需要在梯級電站之中設(shè)置一個流域調(diào)度機構(gòu)，通過直接接收相關(guān)部門的調(diào)度指令，在梯級電站群中承擔(dān)起調(diào)度的工作。通過將各個梯級電站與調(diào)度機構(gòu)進行穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接，就可以保證調(diào)度中心的指令可以快速準(zhǔn)確地傳達(dá)到各個梯級電站，從而更好地保證電站的穩(wěn)定運行和安全運行。

6 加強監(jiān)控系統(tǒng)的管理

在監(jiān)控系統(tǒng)安全運行維護過程中，由于工作管理制度的不完善，使得監(jiān)控中心管理制度不能夠很好地監(jiān)督管理，因此要加強并健全系統(tǒng)安全監(jiān)測管控制度，將日常的保護工作分成幾個層次，并分配給每個監(jiān)督人員。建立責(zé)任制，糾正有關(guān)工作人員的態(tài)度。及時監(jiān)測電路監(jiān)控情況，應(yīng)及時發(fā)現(xiàn)和處理老化電路監(jiān)測系統(tǒng)，并制定各種事故的應(yīng)急解決方案。避免意外事故的發(fā)生，從而形成有效地監(jiān)測安全系統(tǒng)的措施。集中監(jiān)控中心監(jiān)控系統(tǒng)是水電站監(jiān)控中心系統(tǒng)，它能最大限度地提高值班人員的監(jiān)控效率。是提高水電站經(jīng)濟效益和社會效益的重要因素。在日益成熟的人工智能技術(shù)中，需要加強集中控制，加強并完善心臟監(jiān)測系統(tǒng)的高級功能設(shè)計及其具體應(yīng)用，與此同時，在各個方面各級系統(tǒng)完善的同時還應(yīng)當(dāng)進一步加強采集水電站控制中心監(jiān)控功能的監(jiān)測。

7 結(jié)語

在集中控制中計算機監(jiān)控系統(tǒng)是一個狹隘的概念。如果將監(jiān)控的集中控制視為生產(chǎn)過程中的自動系統(tǒng)，從而導(dǎo)致錯誤的結(jié)論，目前計算機控制系統(tǒng)的定義得到了極大的擴展。對于過去，傳統(tǒng)的監(jiān)測系統(tǒng)只是生產(chǎn)過程控制自動化的一部分，而集中控制系統(tǒng)的概念是定位發(fā)電廠的綜合解決方案。問題只有從四面八方問才能解決。只有這樣，才能使計算機監(jiān)控系統(tǒng)真正發(fā)揮作用。