恰木薩水電站監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計

黃志明

（新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程概況

恰木薩水電站工程位于新疆喀什地區(qū)莎車縣境內(nèi)，引水式發(fā)電，中型Ⅲ等工程，是新華水力發(fā)電有限公司在葉爾羌河上投資的第二座水電站。電站總裝機203 MW，其中主電站裝機容量200 MW（4×50 MW），機組側(cè)采用發(fā)變組單元接線，220 kV側(cè)采用雙母線接線，出線1回至220 kV葉城變、2回備用。生態(tài)電站裝機容量3 MW（2×1.5 MW），2臺機組采用單母線接線，出線側(cè)采用線路變壓器組接線，出線1回送至主電站。

2 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計

2.1 電站調(diào)度方式

工程分為主電站監(jiān)控系統(tǒng)和生態(tài)電站監(jiān)控系統(tǒng)2套獨立的系統(tǒng)。主電站主設備由新疆省調(diào)直接調(diào)管，疆南地調(diào)監(jiān)視，主電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的遠動信息直送新疆省調(diào)及疆南地調(diào)，接受省調(diào)自動發(fā)電控制(AGC)命令。生態(tài)電站裝機容量小，由疆南地調(diào)調(diào)管，生態(tài)電站通過主電站接至疆南地調(diào)，接受地調(diào)自動發(fā)電控制。同時主電站接受遠期集控系統(tǒng)的調(diào)度，預留至梯調(diào)、水調(diào)接口，以便與電站梯調(diào)系統(tǒng)連接。

2.2 總體設計原則

運行值班采用“無人值班”（少人值守）的方式，監(jiān)控系統(tǒng)不再設置獨立的常規(guī)集中監(jiān)控設備，采用全計算機監(jiān)控的模式、開放性的分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。主電站與生態(tài)電站間通過交換機采用光纜通信，兩電站間按擴大場站模式進行監(jiān)控。

2.3 計算機監(jiān)控系統(tǒng)的控制、調(diào)節(jié)方式、控制對象

2.3.1 控制方式設置

遠方調(diào)度端/電站級控制方式設置；電站級/現(xiàn)地控制單元級控制方式設置；機組單控/聯(lián)合控制運行方式設置；機組單調(diào)/聯(lián)合調(diào)運行方式設置；運行設備自動/手動控制方式設置?？刂普{(diào)節(jié)方式的優(yōu)先級依次為現(xiàn)地層、電站層。

2.3.2 控制對象

（1）主電站

機組部分：調(diào)速器系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、機組循環(huán)供水泵系統(tǒng)、發(fā)電機出口斷路器、調(diào)速器及調(diào)速器油壓裝置。

公用部分：滲漏排水泵系統(tǒng)、檢修排水泵系統(tǒng)、主副廠房通風控制系統(tǒng)、中壓空壓機、低壓空壓機、10 kV及0.4 kV廠用電。

開關(guān)站部分：220 kV GIS設備、35 kV設備。

閘門系統(tǒng)：前池平面快速閘門、前池沖沙閘平面工作閘門、 泄水排冰閘舌瓣工作閘門、壩區(qū)配電系統(tǒng)。

（2）生態(tài)電站

機組部分：調(diào)速器系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、機組循環(huán)供水泵系統(tǒng)、發(fā)電機出口斷路器、調(diào)速器及調(diào)速器油壓裝置。

公用及開關(guān)站部分：檢修排水系統(tǒng)、滲漏排水系統(tǒng)、通風控制系統(tǒng)、消防泵控制、低壓空壓機。

閘門系統(tǒng)：生態(tài)電站平面事故閘門、泄洪沖沙閘弧形工作閘門、排冰排漂閘舌瓣工作閘門、引水閘平面工作閘門、灌溉引水閘平面工作閘門、壩區(qū)配電系統(tǒng)。

2.4 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.4.1 系統(tǒng)層次劃分及接頭形式

計算機監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用開放式分層分布，數(shù)據(jù)庫實行分布管理方式。計算機監(jiān)控系統(tǒng)按網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)分為二層：電站控制層和現(xiàn)地控制層。按設備布置分為兩級：電站控制級設備、現(xiàn)地控制級設備。

電站控制層：控制層網(wǎng)絡選用雙星型以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡為雙冗余熱備，傳輸介質(zhì)使用光纖及雙絞線。電站控制級設備及現(xiàn)地層各LCU連接在電站控制層的網(wǎng)絡設備上，完成監(jiān)控系統(tǒng)的實時信息采集、處理、監(jiān)視與控制。

現(xiàn)地控制層：現(xiàn)地控制層網(wǎng)絡按監(jiān)控系統(tǒng)各LCU及現(xiàn)地智能監(jiān)測設備分布?，F(xiàn)地生產(chǎn)過程里的各種繼電保護裝置、自動裝置、自動化設備和裝置、監(jiān)測儀表和裝置、監(jiān)測系統(tǒng)、機組輔助設備和全廠公用設備以RS485形式及I/O接入各LCU，從而實現(xiàn)現(xiàn)地設備的就地監(jiān)控任務。

2.4.2 設備配置

（1）主電站監(jiān)控設備主要配置

1）電站控制級設備主要配置

監(jiān)控系統(tǒng)工作站（2套）；操作員工作站（2套）；工程師/工作站； ON-CALL語音報警工作站；遠程通信服務器（2套）；廠內(nèi)通信服務器；歷史數(shù)據(jù)服務器；時鐘同步系統(tǒng)裝置；省調(diào)、地調(diào)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)接入設備（2套）；電能計量系統(tǒng)；便攜式計算機（2臺）；廠級網(wǎng)絡設備；中控室緊急關(guān)閉前池快速閘門按鈕箱；防水淹廠房信號用控制箱；激光網(wǎng)絡打印機（2臺）；微機五防系統(tǒng)；發(fā)電能力申報服務器。

2）現(xiàn)地控制級設備配置

機組 LCU（4 套）； 公用 LCU； 開關(guān)站 LCU； 壓力前池閘門LCU。

（2）生態(tài)電站電站控制級設備主要配置

1）電站控制級設備主要配置

監(jiān)控系統(tǒng)工作站（兼操作員工作站）；ON-CALL語音報警工作站；廠內(nèi)通信服務器； 時鐘同步系統(tǒng)裝置； 電能計量系統(tǒng)； 廠級網(wǎng)絡設備；中控室緊急關(guān)閉平面事故閘門按鈕箱；防水淹廠房信號用控制箱；激光網(wǎng)絡打印機；微機五防系統(tǒng)。

2）現(xiàn)地控制級設備配置

機組 LCU（2套）； 開關(guān)站及公用 LCU； 攔河引水樞紐閘門LCU。

2.4.3 監(jiān)控系統(tǒng)設計特點

恰木薩水電站工程分為主電站及生態(tài)電站兩部分，考慮到南疆用電緊張、建設工期的迫切性，兩座電站建設中獨立運行，主電站隨當?shù)仉娋W(wǎng)建設送電至南疆220 kV電網(wǎng)，生態(tài)電站提前發(fā)電接入當?shù)剞r(nóng)網(wǎng)，后改接入主電站。兩個電站在功能設計上分別接受新疆省調(diào)及疆南地調(diào)的調(diào)管，又保持各自的監(jiān)控系統(tǒng)的相對獨立性，滿足用電緊張優(yōu)先供電的現(xiàn)實，適應將來集控調(diào)度、梯級調(diào)度的運行要求。

根據(jù)上述情況，在監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計中，主電站及生態(tài)電站2個相對獨立的電站，在配置及功能上按2個電站考慮，分別配置獨立的監(jiān)控網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，分別配置監(jiān)控系統(tǒng)工作站、操作員工作站、工程師/培訓工作站、自動發(fā)電控制AGC、自動電壓控制AVC、故障錄波、繼電保護信息管理子站、信息安全防護等，但兩個電站數(shù)據(jù)共享，形成統(tǒng)一完整的恰木薩水電站工程，主電站配置1套歷史數(shù)據(jù)庫服務器，通過主電站的監(jiān)控系統(tǒng)工作站實現(xiàn)整個工程的統(tǒng)一集中監(jiān)控。

總之，恰木薩水電站工程監(jiān)控系統(tǒng)在設計上，保留了兩個電站的相對獨立運行，便于前期建設任務，同時本工程數(shù)據(jù)共享、集中控制的功能，實現(xiàn)了兩個電站1套運行值班人員的方式。

2.4.4 主電站電站控制層設備結(jié)構(gòu)

（1）監(jiān)控系統(tǒng)工作站：設置2臺監(jiān)控系統(tǒng)工作站，功能完全相同，互為備用。工作站用于管理電站層AGC和AVC，發(fā)變電運行檔案、事故故障信號的分析處理、測點定義及限值存儲、各類運行報表生成和儲存、系統(tǒng)時鐘管理等。

（2）操作員工作站：設置2臺操作員工作站，功能完全相同，互為備用。用于處理監(jiān)視、控制及調(diào)節(jié)命令發(fā)出、報表打印等。

（3）工程師/培訓工作站：設置1臺工程師/培訓工作站。用于處理系統(tǒng)的維護管理、功能及應用的開發(fā)、程序下載、全廠各設備的仿真操作、運行人員的培訓工作。

（4）歷史數(shù)據(jù)庫服務器：主電站設1臺歷史數(shù)據(jù)庫服務器。用于對主電站及生態(tài)電站監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)備份及維護、程序存儲等。

（5）ON-CALL語音報警工作站：設置1臺ONCALL語音報警工作站，用于語音報警、電話查詢、事故自動呼叫（ON-CALL）等。

（6）通信服務器：設置2臺遠程通信服務器、1臺廠內(nèi)通信服務器，用于處理主電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)與廠內(nèi)其它自動化系統(tǒng)、新疆省調(diào)計算機監(jiān)控系統(tǒng)間的聯(lián)系。

（7）衛(wèi)星時鐘同步系統(tǒng)：設置1套時鐘同步系統(tǒng)，支持北斗及GPS信號，為電站層設備、現(xiàn)地各LCU、微機保護及故障錄波等設備提供對時信號。

（8）電能計費系統(tǒng)，主電站電能表設置：系統(tǒng)計量表設在220 kV線路、主變高壓側(cè)、發(fā)電機側(cè)、隔離變高壓側(cè)、施工變側(cè)。其中220 kV、35 kV線路側(cè)及發(fā)電機側(cè)作為關(guān)口計費側(cè)，每回220 kV、35 kV線路、發(fā)電機出口設主、副表各1塊，雙向智能表（精度為：有功0.2S級，無功為2.0級）共16塊。主變高壓側(cè)作為考核側(cè)，設單表，雙向智能表（精度為：有功0.2S級，無功為2.0級）共4塊。隔離變高壓側(cè)、施工變進線側(cè)作為考核側(cè)，設單表，單向（精度為：有功0.2S級，無功為2.0級），共3塊。

各電能表計均采用三相四線制，并應配置相應的電能計量專用接線盒。電能量遠方終端通過網(wǎng)絡和撥號方式遠傳至省調(diào)和地調(diào)計量系統(tǒng)，并保證數(shù)據(jù)的完整性和一致性。

（9）調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)接入設備：新疆恰木薩水電站工程配置2套調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)接入設備，接入新疆省調(diào)和疆南地調(diào)。

（10）信息安全防護系統(tǒng)；根據(jù)國家能源局36號文件、國網(wǎng)新疆電調(diào)【2018】40號及41號文件要求配置1套二次安防系統(tǒng)及內(nèi)網(wǎng)安全檢測系統(tǒng)。

2.4.5 生態(tài)電站電站控制層設備結(jié)構(gòu)

生態(tài)電站電站控制層設備由監(jiān)控系統(tǒng)工作站（兼操作員工作站）、廠內(nèi)通信服務器、衛(wèi)星時鐘同步系統(tǒng)、調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)接入設備、信息安全防護系統(tǒng)、電能計費系統(tǒng)等構(gòu)成。

3 電站網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

電站網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)拓撲圖見圖1、圖2。

圖1 生態(tài)電站網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)拓撲圖

圖2 主電站網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)拓撲圖

4 結(jié)論

電站于2017年3月全面開工建設，2020年7月24日，首臺機組正式并網(wǎng)發(fā)電投產(chǎn)，在疫情防控與社會穩(wěn)定的雙重壓力下，響應國家復工復產(chǎn)號召，改善了南疆用電緊張，助力脫貧攻堅，促進南疆經(jīng)濟發(fā)展。目前主電站二號機組已順利并網(wǎng)，實踐證明，電站監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計是合適的。