老口水電站及泄水閘壩計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

韋世達(dá)

（廣西水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，南寧 530023）

1 工程概述

老口航運(yùn)樞紐是一座以航運(yùn)、防洪為主，結(jié)合發(fā)電，兼顧改善南寧市水環(huán)境等效益的水資源綜合利用工程，位于郁江上游廣西壯族自治區(qū)南寧市區(qū)，是郁江綜合利用規(guī)劃十個(gè)梯級(jí)中的第七個(gè)梯級(jí)。老口壩址位于左、右江匯合口下游4.7 km，往上游分別距離左江山秀壩址84 km和右江金雞灘壩址121 km，往下游距離西津壩址198 km，控制集水面積為72 368 km2。

電站總裝機(jī)容量為5×30 MW，多年平均發(fā)電量6.4 億kW·h，裝機(jī)利用小時(shí)數(shù)4265 h；電站以2 回110 kV 出線接入220 kV 石西變向南寧市區(qū)電網(wǎng)供電，線路長(zhǎng)約為2×8 km。泄水閘壩設(shè)有13個(gè)閘孔，每個(gè)閘孔均設(shè)有1 扇弧形閘門及1 臺(tái)液壓?jiǎn)㈤]機(jī)。船閘等級(jí)為Ⅲ級(jí)，通航標(biāo)準(zhǔn)為2×1000 t 級(jí)頂推船隊(duì)及1000 t級(jí)貨船。

2 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）監(jiān)控系統(tǒng)符合開放式（OSF）環(huán)境，采用UNIX操作系統(tǒng)。人機(jī)界面采用OSF/MOTIF窗口管理和X-WINDOWS支持的全圖像技術(shù)，編程語(yǔ)言采用C++語(yǔ)言及其它標(biāo)準(zhǔn)編程語(yǔ)言如FORTRAN等。

（2）功能和相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)分布在各計(jì)算機(jī)上，實(shí)行數(shù)據(jù)采集和處理功能分布在每個(gè)計(jì)算機(jī)上；局網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)分布在各結(jié)點(diǎn)上。

（3）系統(tǒng)可靠且冗余。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用冗余交換式以太網(wǎng)通信，且各LCU 的PLC 采用冗余CPU、電源模塊冗余的設(shè)計(jì)。主機(jī)/操作員工作站采用一臺(tái)工作、另一臺(tái)為熱備用的方式來實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，電站控制級(jí)采用冗余逆變電源供電。

2.2 系統(tǒng)構(gòu)成

電站按照“無人值班”（少人值守）的管理模式設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為全開放的分布式結(jié)構(gòu)，分電廠控制級(jí)和現(xiàn)地控制級(jí)[1]；泄水閘壩計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由電站遠(yuǎn)控級(jí)、壩頂變電所控制級(jí)和現(xiàn)地控制級(jí)構(gòu)成，其中電站遠(yuǎn)控級(jí)不單獨(dú)設(shè)置，與電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)共用上位機(jī)。泄水閘壩計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)二層交換機(jī)通過光纖接入電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)千兆交換機(jī)，搭建電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)泄水閘壩計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程管理的網(wǎng)絡(luò)通道，并發(fā)送電站對(duì)時(shí)信號(hào)。

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通信規(guī)約采用TCP/IP協(xié)議，通信介質(zhì)采用光纖，電站控制級(jí)設(shè)備和各LCU采用冗余交換式以太網(wǎng)通信，系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)通過光纖電纜連接到LAN 上。局域網(wǎng)支持全開放的分布式結(jié)構(gòu)并按IEEE802.3 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率不小于1000 Mbps，泄水閘壩計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率不小于100 Mbps。

電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由相互連接成網(wǎng)的如下設(shè)備組成：2套主機(jī)/操作員工作站，1套工程師工作站，2套遠(yuǎn)動(dòng)通信裝置，1套通信處理站，1套文件報(bào)表語(yǔ)音服務(wù)器，1 套GPS 時(shí)鐘裝置，5 套機(jī)組現(xiàn)地控制單元（LCU），1 套升壓站現(xiàn)地控制單元（LCU），1套公用現(xiàn)地控制單元（LCU），1套400 V廠用電現(xiàn)地控制單元（LCU），1 臺(tái)便攜式MMI，1 套大屏幕顯示系統(tǒng)，1套二次系統(tǒng)安全防護(hù)設(shè)備，1臺(tái)A3激光網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)，1 臺(tái)A3 彩色噴墨打印機(jī)，整套冗余光纖以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)及配件，1套計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件。

泄水閘壩計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由集中監(jiān)控單元和現(xiàn)地控制單元構(gòu)成，包括1 臺(tái)壩頂變電所控制級(jí)工作站、1套壩頂公用現(xiàn)地控制單元（LCU）、13套閘門現(xiàn)地控制單元（LCU）、整套冗余光纖以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)配件，1套計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件等。

2.3 系統(tǒng)功能

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制（SCADA）、數(shù)據(jù)交換、人機(jī)接口、自動(dòng)實(shí)時(shí)控制、電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、調(diào)度自動(dòng)化、事故分析和處理、歷史資料管理等功能。

2.3.1 電站控制級(jí)

具有數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視，電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，自動(dòng)電壓控制（AVC），泄水閘壩閘門成組控制，人機(jī)聯(lián)系及操作，事故分析和處理，運(yùn)行管理指導(dǎo)，歷史資料系統(tǒng)管理，統(tǒng)計(jì)和制表打印，系統(tǒng)自診斷和自恢復(fù)，通信，GPS 同步時(shí)鐘系統(tǒng)，電力調(diào)度自動(dòng)化，語(yǔ)音報(bào)警等功能。

2.3.2 現(xiàn)地控制單元（LCU）

電站各LCU作為分布式系統(tǒng)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)整個(gè)電站機(jī)組及其附屬設(shè)備、變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、接地刀閘、廠用電等各主要電氣設(shè)備和公用輔助設(shè)備、直流系統(tǒng)設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)視與控制。

機(jī)組LCU 能完成模擬量、數(shù)字量、電度量等數(shù)據(jù)采集和處理，完成機(jī)組及其附屬設(shè)備的控制、操作和調(diào)整，完成機(jī)組事故跳閘、故障報(bào)警、手動(dòng)緊急停機(jī)及水力機(jī)械保護(hù)，完成機(jī)組同期并網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)與電站控制級(jí)計(jì)算機(jī)、保護(hù)系統(tǒng)、其他智能裝置（微機(jī)型或PLC 型）的通信，實(shí)現(xiàn)人機(jī)聯(lián)系，完成時(shí)鐘同步、自診斷等。

升壓站LCU 能完成模擬量、數(shù)字量、電度量等數(shù)據(jù)采集和處理，完成升壓站110 kV 斷路器、隔離開關(guān)分、合閘的控制、操作和調(diào)整，完成升壓站同期并網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)與電站控制級(jí)計(jì)算機(jī)、保護(hù)系統(tǒng)、其他智能裝置（微機(jī)型或PLC 型）的通信，實(shí)現(xiàn)人機(jī)聯(lián)系，完成時(shí)鐘同步、自診斷等。

電站公用LCU 能完成模擬量、數(shù)字量、電度量等數(shù)據(jù)采集和處理，完成近區(qū)10 kV 系統(tǒng)所有負(fù)荷開關(guān)、隔離開關(guān)的分、合閘、近區(qū)10 kV 備自投的控制、操作和調(diào)整，實(shí)現(xiàn)與電站控制級(jí)計(jì)算機(jī)、保護(hù)系統(tǒng)、智能配電裝置、其他智能裝置（微機(jī)型或PLC型）的通信，實(shí)現(xiàn)人機(jī)聯(lián)系，完成時(shí)鐘同步、自診斷等。

400 V廠用LCU能完成模擬量、數(shù)字量、電度量等數(shù)據(jù)采集和處理，完成廠用400 V 配電系統(tǒng)母線上重要饋線、進(jìn)線和分段斷路器的分、合閘、400 V廠用電備自投的控制、操作和調(diào)整，實(shí)現(xiàn)與電站控制級(jí)計(jì)算機(jī)、智能配電裝置的通信，實(shí)現(xiàn)人機(jī)聯(lián)系，完成時(shí)鐘同步、自診斷等。

2.3.3 泄水閘壩計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

壩頂變電所控制級(jí)工作站能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和處理，控制調(diào)節(jié)，安全運(yùn)行監(jiān)視，事件順序記錄，打印記錄，畫面顯示，可編程運(yùn)行要求及參數(shù)計(jì)算，事故處理指導(dǎo)和恢復(fù)操作指導(dǎo)，數(shù)據(jù)通信，監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)鐘同步，監(jiān)控系統(tǒng)自診斷，系統(tǒng)維護(hù)等功能。

泄水閘壩壩頂公用LCU 作為分布式系統(tǒng)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)泄水閘壩變電所變壓器、0.4 kV低壓進(jìn)線柜、母聯(lián)柜和低壓出線主要回路斷路器，0.4 kV柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)等各主要電氣設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)視和控制，同時(shí)是泄水閘壩現(xiàn)地控制單元與泄水閘壩、電站監(jiān)控系統(tǒng)的輸入/輸出接口，負(fù)責(zé)泄水閘壩現(xiàn)地控制單元與電站監(jiān)控系統(tǒng)的通信。具有數(shù)據(jù)采集，控制、操作和調(diào)整，通信，人機(jī)聯(lián)系，時(shí)鐘同步，自診斷等功能。

泄水閘壩閘門LCU布置于相應(yīng)的啟閉機(jī)房?jī)?nèi)，負(fù)責(zé)泄水閘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。能完成閘門運(yùn)行監(jiān)視、操作、控制及調(diào)整，實(shí)現(xiàn)與泄水閘壩計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)的通信，實(shí)現(xiàn)人機(jī)聯(lián)系，完成自檢及自診斷等

2.3.4 二次系統(tǒng)安全防護(hù)設(shè)備

具備互聯(lián)交換機(jī)、縱向加密認(rèn)證網(wǎng)關(guān)、縱向硬件防火墻、橫向互聯(lián)硬件防火墻、正向隔離裝置、系統(tǒng)加固軟件等功能。

2.3.5 便攜式人機(jī)接口（MMI）

能用于維護(hù)和調(diào)試計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的各LCU，完成LCU通訊接口的測(cè)試，能通過局域網(wǎng)訪問并實(shí)現(xiàn)對(duì)任意1 臺(tái)LCU 進(jìn)行故障診斷、程序修改、裝載、啟動(dòng)等。

2.3.6 大屏幕顯示系統(tǒng)

大屏幕顯示系統(tǒng)能支持多屏圖像拼接，畫面可整屏顯示，也可顯示多分屏畫面和組合畫面，并可多畫面在大屏幕上任意分割，能實(shí)時(shí)顯示電站及泄水閘壩計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)2 臺(tái)主機(jī)/操作員工作站畫面，同時(shí)能顯示15 路來自視頻監(jiān)視系統(tǒng)的高清/標(biāo)清視頻監(jiān)視畫面。

2.4 系統(tǒng)硬件設(shè)備

2.4.1 電站控制級(jí)設(shè)備

（1）主機(jī)操作員工作站及工程師站。采用DELL T5600 產(chǎn)品，主要硬件配置：CPU≥2×Intel Xe?on 5607，主頻2.26 GHz，內(nèi)存8GB，SAS2.0 接口硬盤1TB+1TB，23英寸液晶顯示器。

（2）遠(yuǎn)動(dòng)裝置。包括2套SJ30-664遠(yuǎn)動(dòng)通信裝置。

（3）文件報(bào)表語(yǔ)音服務(wù)器。采用DELL 3010MT產(chǎn)品，主要硬件配置：CPU≥Intel 酷睿i52320，主頻3.0 GHz，內(nèi)存4 GB，硬盤1TB，23英寸液晶顯示器。

（4）通信處理站。采用DELL R720 產(chǎn)品，主要硬件配置：CPU≥2×Intel Xeon E5606，主頻2.13 GHz，內(nèi)存4 GB，SAS2.0接口硬盤300GB+300GB，19英寸液晶顯示器。

（5）GPS 時(shí)鐘裝置。包括1 套SK-2UA 時(shí)鐘裝置，準(zhǔn)確度優(yōu)于0.2 μs。

（6）局域網(wǎng)設(shè)備。包括2 套1000 Mbps 網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。

2.4.2 電站現(xiàn)地控制級(jí)設(shè)備

每套LCU 配置1套南京南瑞公司MB80系列的可編程序控制器（PLC），機(jī)組LCU 的I/O 模塊配置為：開關(guān)量輸入352 點(diǎn)，開關(guān)量輸出128 點(diǎn)，模擬量輸入48點(diǎn)，模擬量輸出8點(diǎn)，SOE量輸入64點(diǎn)，溫度量Pt100輸入96點(diǎn)；升壓站LCU的I/O模塊配置為：開關(guān)量輸入416點(diǎn)，開關(guān)量輸出160點(diǎn)，模擬量輸入48點(diǎn)，SOE量輸入64點(diǎn)，溫度量Pt100輸入16點(diǎn)；公用LCU 配置的I/O 模塊為：256點(diǎn)開關(guān)量輸入，48點(diǎn)模擬量輸入，16點(diǎn)溫度量Pt100輸入，64點(diǎn)開關(guān)量輸出；400 V廠用LCU配置的I/O模塊為：384點(diǎn)開關(guān)量輸入，48 點(diǎn)模擬量輸入，16 點(diǎn)溫度量Pt100 輸入，96點(diǎn)開關(guān)量輸出。

2.4.3 泄水閘壩壩頂變電所控制級(jí)設(shè)備

（1）壩頂變電所控制級(jí)工作站。采用DELL T5600 產(chǎn)品，主要硬件配置：CPU≥2×Intel Xeon 5607，主頻2.26 GHz，內(nèi)存8GB，SAS2.0 接口硬盤1TB+1TB，19英寸液晶顯示器。

（2）局域網(wǎng)設(shè)備。包括2 套5628G 型產(chǎn)品的1000 Mbps網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。

2.4.4 泄水閘壩現(xiàn)地控制級(jí)設(shè)備

（1）壩頂公用LCU。配置包括1 臺(tái)南京南瑞公司MB80 系列的可編程序控制器（PLC），I/O 模塊配置為：128點(diǎn)開關(guān)量輸入，32點(diǎn)模擬量輸入，16點(diǎn)溫度量Pt100輸入，96點(diǎn)開關(guān)量輸出。

（2）泄水閘壩閘門LCU。每套閘門LCU配置包括1 臺(tái)GE 公司的PAC3i 系列的可編程序控制器（PLC），I/O 模塊配置為：開關(guān)量輸入輸出均為32點(diǎn)，模擬量輸入4點(diǎn)，模擬量輸出2點(diǎn)。

2.5 系統(tǒng)軟件

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件包括系統(tǒng)軟件、基本軟件、高級(jí)應(yīng)用軟件和工具軟件。

（1）系統(tǒng)軟件。包括操作系統(tǒng)、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、局域網(wǎng)管理、通信軟件、開發(fā)系統(tǒng)軟件、語(yǔ)言和編譯軟件、大屏幕控制管理軟件等。

（2）基本軟件?；拒浖菍?shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)基本監(jiān)控功能所必須的軟件，包括數(shù)據(jù)采集與處理軟件、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件、基本應(yīng)用軟件、人機(jī)聯(lián)系軟件、歷史數(shù)據(jù)軟件、通訊軟件、冗余設(shè)備管理軟件、診斷軟件、系統(tǒng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘管理軟件、LCU基本軟件等。

（3）高級(jí)應(yīng)用軟件。高級(jí)應(yīng)用軟件是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程操作或控制功能的軟件，包括自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）軟件，自動(dòng)電壓控制（AVC）軟件，全廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行軟件，開/停機(jī)過程監(jiān)視軟件，電話語(yǔ)音報(bào)警（On-call）軟件，閘門成組控制、調(diào)節(jié)軟件，庫(kù)容量和泄洪流量計(jì)算軟件，閘門啟/閉過程監(jiān)視軟件，警視聯(lián)動(dòng)軟件，運(yùn)行指導(dǎo)和事故處理軟件等。

（4）工具軟件。工具軟件具有占用空間小、功能單一、方便使用等特點(diǎn)，能提高系統(tǒng)開發(fā)效率，并減輕軟件開發(fā)與維護(hù)強(qiáng)度。主要包括PLC編程、監(jiān)控組態(tài)、數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)調(diào)試、控制操作閉鎖指導(dǎo)、圖像開發(fā)、報(bào)表生成轉(zhuǎn)換、遠(yuǎn)方診斷、防病毒等軟件。

3 通信

老口水電站建成后由廣西電網(wǎng)調(diào)度中心和南寧地調(diào)雙重調(diào)度，遠(yuǎn)動(dòng)信息發(fā)往廣西中調(diào)和南寧地調(diào)。電力系統(tǒng)通信采用光纖通信方式，分別組成老口水電站—廣西中調(diào)和老口水電站—南寧地調(diào)的信息傳送通道。

光纖通信設(shè)計(jì)采用STM-1制式，容量155 Mb/s，通信光纜采用1根12芯OPGW光纜，在電站端配置2套STM-4光傳輸設(shè)備，2套PCM設(shè)備向廣西中調(diào)、南寧地調(diào)傳送調(diào)度電話、遠(yuǎn)動(dòng)、電能計(jì)費(fèi)等信息。通信通道為老口水電站—石西變1和老口水電站—石西變2，雙通道設(shè)計(jì)，互為備用，每回路徑長(zhǎng)度約8 km。

廠內(nèi)通信選用一臺(tái)100門具有調(diào)度功能的程控自動(dòng)電話交換機(jī)作為生產(chǎn)調(diào)度和行政通信之用，并可與系統(tǒng)通信和市話網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行匯接和交換[2]。另外，由廣西中調(diào)和南寧地調(diào)分別設(shè)置2路小號(hào)，實(shí)現(xiàn)與調(diào)度的通信聯(lián)系；并根據(jù)調(diào)度需要，老口水電站配置1套規(guī)格為4通道的錄音系統(tǒng)。

4 電源

老口電站直流系統(tǒng)為220 V，雙蓄電池組，雙整流充電器，容量為800 Ah。直流系統(tǒng)為兩段單母線，設(shè)有合閘母線、控制母線及調(diào)壓硅鏈。兩組整流充電設(shè)備共用一套微機(jī)型集中監(jiān)控器。

正常時(shí)直流系統(tǒng)為單母線分段運(yùn)行，必要時(shí)兩組母線能合并運(yùn)行，即每組整流充電器能單獨(dú)向兩組母線供電，每組蓄電池能單獨(dú)向兩組母線供電。

直流系統(tǒng)微機(jī)控制器能與電站及泄水閘壩計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通信，實(shí)時(shí)傳輸直流系統(tǒng)的工況參數(shù)。

電站直流蓄電池布置在蓄電池室，充電、母聯(lián)及饋電柜布置在控制保護(hù)室，逆變電源布置在中控室設(shè)備及資料間，泄水閘壩直流分電箱布置在泄水閘壩變電所。

5 結(jié)語(yǔ)

老口航運(yùn)樞紐工程電站及泄水閘壩計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)配置和設(shè)備選型充分利用計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，系統(tǒng)能達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，自投運(yùn)以來，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，很好地滿足了業(yè)主的要求，取得了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。