上馬蒂水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控方案設(shè)計(jì)

李松森 蔣雨煊

摘要：根據(jù)尼泊爾上馬蒂水電站的工程概況，介紹了該電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、要求及主要配置，闡述了監(jiān)控系統(tǒng)中現(xiàn)地控制單位的功能及設(shè)備配置，分析了監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用軟件，為類似水電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控方案設(shè)計(jì)提供了參考。

關(guān)鍵詞：水電站;計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu);主要配置

1 工程概況

上馬蒂水電站位于尼泊爾西部卡斯基大區(qū)的馬蒂河上，處于馬蒂河上中游，壩址和廠址分別位于該段河流的上下游處，它們之間形成了120 m的可利用水頭。

該電站裝設(shè)了2臺(tái)立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組，機(jī)組引水方式為一管二機(jī)，設(shè)有調(diào)壓井。每臺(tái)機(jī)組設(shè)置蝴蝶閥作為進(jìn)水主閥。機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)選用具有PID調(diào)節(jié)規(guī)律的微機(jī)電液調(diào)速器。該電站總裝機(jī)容量為2×12.5 MW，根據(jù)電站接入系統(tǒng)方式，該電站采用132 kV單回路輸電線路，所發(fā)電量輸送到電站以南12 km處的博克拉市區(qū)東部變電站，并入尼泊爾綜合電力系統(tǒng)（INPS）國家電網(wǎng)。

2 上馬蒂電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及要求

2.1? ? 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

上馬蒂水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，設(shè)電站級(jí)和現(xiàn)地控制單元級(jí)。監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)采用10/100 M自適應(yīng)單模光纖交換式環(huán)形以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率不小于100 M/s。

電站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)2臺(tái)主機(jī)兼操作員工作站、1臺(tái)通信工作站、GPS時(shí)鐘系統(tǒng)、2臺(tái)UPS電源和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等，可完成整個(gè)工廠的監(jiān)視功能，并預(yù)留了與調(diào)度中心監(jiān)視系統(tǒng)通信的接口。

現(xiàn)地控制單元級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)每個(gè)單元、交換站、整個(gè)工廠的公共設(shè)備及壩區(qū)閘門等設(shè)置，配有2臺(tái)單元LCU、1臺(tái)交換站LCU、1臺(tái)公共LCU和1套壩區(qū)LCU。電站控制室電站級(jí)控制單元至壩區(qū)現(xiàn)地控制單元的距離按5 km遠(yuǎn)傳距離考慮。

2.2? ? 系統(tǒng)要求

2.2.1? ? 現(xiàn)地控制方式

現(xiàn)地控制單元應(yīng)設(shè)有“現(xiàn)地/遠(yuǎn)方”切換開關(guān)。當(dāng)切換開關(guān)處于“現(xiàn)地”位置時(shí)，能通過LCU的操作面板對(duì)其控制范圍內(nèi)的電站主輔設(shè)備進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。此時(shí)，遠(yuǎn)方控制功能被閉鎖，僅保留遙測和遙信功能。

2.2.2? ? 中控室控制方式

電站級(jí)設(shè)有“電站控制/調(diào)度控制”軟切換開關(guān)。當(dāng)開關(guān)切至“電站控制”時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)電站級(jí)可對(duì)控制方式切換開關(guān)處于“遠(yuǎn)方”位置的現(xiàn)地控制單元控制范圍內(nèi)的電站主輔設(shè)備發(fā)布控制命令，調(diào)度級(jí)則只能監(jiān)視。當(dāng)開關(guān)切至“調(diào)度控制”時(shí)，電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)接收到上級(jí)調(diào)度中心下達(dá)的調(diào)度命令，對(duì)132 kV斷路器和機(jī)組進(jìn)行控制。

2.2.3? ? 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)有符合“五防”要求的邏輯閉鎖條件

根據(jù)預(yù)定的決策原則和電廠操作員輸入的指令（或上層調(diào)度中心輸入的指令），該計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)單元工作條件的自動(dòng)切換、斷路器和隔離開關(guān)的打開和閉合、負(fù)載調(diào)節(jié)開關(guān)上變壓器的操作以及電線的自動(dòng)順序切換等。監(jiān)視系統(tǒng)應(yīng)配備符合“五預(yù)”要求的邏輯鎖定條件，以確保通過監(jiān)視系統(tǒng)進(jìn)行開關(guān)操作期間設(shè)備和人員的安全。

3 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)電站級(jí)主要配置

3.1? ? 主機(jī)兼操作員工作站

2臺(tái)主機(jī)兼操作員工作站同時(shí)接收和處理各種信息，只要主工作站有信號(hào)輸出，2臺(tái)主機(jī)兼操作員工作站能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)和手動(dòng)切換，保證切換過程數(shù)據(jù)不丟失，實(shí)時(shí)任務(wù)不中斷。每個(gè)操作員工作站配置2臺(tái)顯示器，鍵盤及鼠標(biāo)的光標(biāo)可在顯示器間任意移動(dòng)。主機(jī)兼操作員工作站選用國際知名品牌，打造成熟的高性能工作站。

3.2? ? 工程師工作站

工程師工作站用于維護(hù)和管理整個(gè)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，可以完成數(shù)據(jù)庫以及系統(tǒng)參數(shù)的定義和修改、報(bào)表的生成和修改、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)和系統(tǒng)診斷。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的維護(hù)只能在工程師工作站上進(jìn)行，并且必須提供可靠的登錄保護(hù)功能。工程師工作站布置在中控室計(jì)算機(jī)室，其相關(guān)功能由其中一臺(tái)主機(jī)兼操作員工站兼任。

3.3? ? 通信工作站

通信工作站主要負(fù)責(zé)對(duì)外通信，并與電站內(nèi)其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。在電站載波設(shè)備的輔助下，通過載波通道，支持多種通信規(guī)約，以滿足尼泊爾電力頒布的通信規(guī)約要求，實(shí)現(xiàn)電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與調(diào)度系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。供應(yīng)商應(yīng)配合并協(xié)調(diào)電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和調(diào)度工作，包括軟件及硬件連接、通道的調(diào)試等，并保證與調(diào)度的通信能與電站的機(jī)組發(fā)電同時(shí)完成。

通信工作站連接到主控級(jí)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，可以與網(wǎng)絡(luò)上的所有聯(lián)系人直接交換數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)信息的直接獲取和傳輸遙控。工作站配備多個(gè)數(shù)字通信接口，并且每個(gè)接口都可以配置各種通信協(xié)議。

3.4? ? 時(shí)鐘系統(tǒng)及顯示裝置

系統(tǒng)采用GPS時(shí)鐘信號(hào)為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，構(gòu)建時(shí)鐘系統(tǒng)，GPS時(shí)鐘裝置的輸出接口除滿足計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)要求外，還需滿足繼電保護(hù)裝置、現(xiàn)地控制單元、所有系統(tǒng)的控制裝置及其他智能裝置的需要。在中控室和發(fā)電機(jī)層放置顯示裝置，顯示來自GPS裝置的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間。

3.5? ? 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)采用單模光纖環(huán)形以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，配置工業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)以太網(wǎng)交換機(jī)。站控層與各現(xiàn)地控制單元間的各交換機(jī)均采用單模光纖連接。

4 現(xiàn)地控制單元

4.1? ? 現(xiàn)地控制單元功能

上馬蒂水電站現(xiàn)地控制單元的功能主要為對(duì)監(jiān)控對(duì)象進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理、控制和調(diào)節(jié)、通信、自我診斷及恢復(fù)、掉電保護(hù)和人機(jī)聯(lián)系。

4.2? ? 現(xiàn)地控制單元級(jí)設(shè)備配置

電站LCU包括2套機(jī)組LCU、1套開關(guān)站、1套公用LCU和1套壩區(qū)LCU。現(xiàn)地控制單元采用施耐德Premium系列，CPU為TSXP573634。人機(jī)界面采用一體化的12英寸彩色LCD觸摸屏（觸摸屏與PLC同廠家）。LCU應(yīng)有專用的便攜式調(diào)試計(jì)算機(jī)的接口。LCU應(yīng)能實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步校正，其精度應(yīng)與SOE分辨率配合。現(xiàn)地控制單元的設(shè)備應(yīng)能在無空調(diào)、無凈化設(shè)施和無專門屏蔽措施的電站主副廠房、壩區(qū)電氣室中運(yùn)行。

現(xiàn)地控制單元LCU應(yīng)提供多個(gè)接口，如ModBus Plus和ModBus以及供貨商認(rèn)為有必要配置的接口及相關(guān)轉(zhuǎn)換接口設(shè)備，并實(shí)現(xiàn)規(guī)約轉(zhuǎn)換，以便與其他控制設(shè)備進(jìn)行通信，包括勵(lì)磁系統(tǒng)的微機(jī)調(diào)節(jié)器、調(diào)速系統(tǒng)的PLC調(diào)速器、微機(jī)保護(hù)裝置、自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置、閘門現(xiàn)地控制設(shè)備、主變現(xiàn)地控制設(shè)備、現(xiàn)地PLC控制屏、電度表計(jì)、測量表計(jì)以及其他設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場總線通信，還應(yīng)提供主控級(jí)和上述設(shè)備之間進(jìn)行信息交換的通信軟件。

5 操作系統(tǒng)應(yīng)用軟件

5.1? ? 數(shù)據(jù)采集軟件

數(shù)據(jù)采集軟件可自動(dòng)采集各現(xiàn)地控制單元和智能裝置的各類實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，接收調(diào)度的命令信息。按要求對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并發(fā)送電站相關(guān)數(shù)據(jù)給調(diào)度中心。

5.2? ? 人機(jī)接口軟件

人機(jī)接口軟件包括顯示和打印軟件、電話語音報(bào)警和查詢軟件，采用中/英文切換界面。人機(jī)界面軟件應(yīng)允許操作員在不詳細(xì)了解計(jì)算機(jī)的情況下添加或修改操作員命令。操作員應(yīng)該能夠直接在屏幕上選擇某個(gè)設(shè)備，然后系統(tǒng)會(huì)彈出控制面板以直接控制系統(tǒng)設(shè)備。人機(jī)界面軟件還應(yīng)提供交互式圖形編輯軟件供用戶生成人機(jī)界面圖像，且圖形和數(shù)據(jù)之間的連接可由用戶定義。

5.3? ? 通信軟件

通信軟件包括計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部各節(jié)點(diǎn)之間的通信，包括通信工作站和廠內(nèi)其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及上級(jí)調(diào)度系統(tǒng)的通信，現(xiàn)地控制單元與繼電保護(hù)裝置、智能裝置、智能監(jiān)控設(shè)備的通信等。

5.4? ? 診斷軟件

供貨商應(yīng)提供完備的診斷軟件，以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、計(jì)算機(jī)設(shè)備和I/O模塊的診斷功能，診斷結(jié)果應(yīng)精確到模塊和通道。

5.5? ? 控制軟件

控制軟件主要包括機(jī)組開停機(jī)流程、廠用電控制流程、斷路器控制流程等。

5.6? ? AGC軟件

電站計(jì)算機(jī)根據(jù)調(diào)度給定的總有功功率或日負(fù)荷曲線，按最優(yōu)發(fā)電運(yùn)算（EDC）確定開機(jī)臺(tái)數(shù)及機(jī)組間的負(fù)荷分配，實(shí)現(xiàn)成組控制。

5.7? ? AVC軟件

電站計(jì)算機(jī)根據(jù)調(diào)度或運(yùn)行人員給定的全站無功功率給定值或負(fù)荷曲線及安全運(yùn)行約束條件，并考慮機(jī)組的限制條件，確定機(jī)組開機(jī)臺(tái)數(shù)。AVC軟件按照等無功功率或等功率因數(shù)分配機(jī)組間的無功功率，也可提出指導(dǎo)性的數(shù)據(jù)供運(yùn)行人員參考。

電站計(jì)算機(jī)根據(jù)調(diào)度或運(yùn)行人員給定的132 kV母線電壓或日調(diào)節(jié)曲線，計(jì)算得出電站無功功率目標(biāo)值，并分配給參加聯(lián)合調(diào)節(jié)的機(jī)組。在特殊電氣故障情況下能實(shí)現(xiàn)高周切機(jī)，防止系統(tǒng)崩潰。

6 結(jié)語

上馬蒂水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)無人值班、少人值守的設(shè)計(jì)原則，采用開放式分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集和處理、計(jì)算和交換。監(jiān)控系統(tǒng)能夠有效地監(jiān)控整個(gè)水電站運(yùn)行情況，提高了上馬蒂水電站乃至整個(gè)電網(wǎng)的自動(dòng)化運(yùn)行和管理水平。

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