新疆小山口流域梯級水電站集中監(jiān)控系統(tǒng)工程實踐與應(yīng)用

張欽

[摘? ? 要]文章簡述了新疆小山口流域梯級水電站集中監(jiān)控系統(tǒng)工程項目背景、設(shè)計原理、現(xiàn)場實施過程以及項目實施后效果，提出了一整套方案的建設(shè)流程，為后期各發(fā)電企業(yè)中小型水電集中監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用提供參考和借鑒。

[關(guān)鍵詞]流域梯級水電站;集中監(jiān)控;工程實踐與應(yīng)用

[中圖分類號]TM611 [文獻標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）09–0–03

[Abstract]This article briefly describes the project background， design principles， on-site implementation process， and post-implementation effects of the centralized monitoring system for cascade hydropower stations in Xinjiangs Xiaoshankou Basin The construction and application of the system provide reference and reference.

[Keywords]cascade hydropower stations in river basin; centralized monitoring; engineering practice and application

新疆巴州新華水電開發(fā)有限公司（以下簡稱“巴州新華公司”）目前投產(chǎn)水電站項目有4個：分別為小山口水電站、小山口二級水電站、小山口三級水電站和哈爾莫墩水電站，四座電站均勻分布在開都河流域下游、巴音郭楞蒙古自治州和靜縣境內(nèi)，相鄰之間距離在4～10 km，四座電站分別于2009年4月、2012年10月、2013年10月以及2015年6月實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電，小山口流域梯級水電站集中監(jiān)控系統(tǒng)工程建設(shè)于2015年12月全部竣工完畢。

2015年未實施集控及小山口三級未并網(wǎng)發(fā)電前，哈爾莫墩水電站以及小山口水電站由巴州新華公司負(fù)責(zé)運行與檢修，小山口二級水電站由巴州新華公司委托給三門峽電廠進行托管運行，而當(dāng)時新疆哈爾莫墩水電站、小山口水電站運行、檢修和管理等人員共約50名，其中大多住在庫爾勒市，巴州新華公司不再計劃新增人員，小山口三級水電站發(fā)電后，如若不實施集中監(jiān)控，人員配置將十分緊張。為了充分利用小山口梯級電站特有的地理優(yōu)勢和水文實際情況，解決單個電站人員獨立配置所帶來的問題;降低工作難度、節(jié)約人員成本、從而提高發(fā)電效益、促進電廠的信息化建設(shè)，加強員工對企業(yè)的歸屬感和穩(wěn)定性，巴州新華公司迫切需求對流域四座電站進行集中監(jiān)控。

1 設(shè)計目標(biāo)

系統(tǒng)項目建設(shè)初期規(guī)劃在新疆小山口水電站建立運行管理中心，對四座電站實行集中監(jiān)控、管理，達到“無人值班、少人值守、網(wǎng)絡(luò)控制、統(tǒng)一調(diào)度”的現(xiàn)代化水電站建設(shè)要求。系統(tǒng)建成后，通過逐步擴展完善，能夠適應(yīng)巴州新華公園的長期運營發(fā)展，并通過不斷優(yōu)化完善集控運行方案，最大限度地發(fā)揮工程投資效益;提高管理水平和管理效率，并能更好地節(jié)約資源，為新疆電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟、優(yōu)質(zhì)運行提供服務(wù)。同時也為新華水電開發(fā)有限公司對下屬電站，特別是對偏遠電站實現(xiàn)遠程管理、集中控制提供借鑒，在技術(shù)和管理上要求達到國內(nèi)先進水平。

2 系統(tǒng)方案設(shè)計

本方案的設(shè)計主要實現(xiàn)將哈爾莫墩水電廠、小山口三級水電廠、小山口二級水電廠接入小山口水電廠中控室，實現(xiàn)四個電廠的集中監(jiān)控。本系統(tǒng)工程設(shè)計主要涵蓋網(wǎng)絡(luò)通道設(shè)計、集控中心各子系統(tǒng)設(shè)計、各站接入集控中心升級改造設(shè)計以及網(wǎng)絡(luò)IP規(guī)劃等。

2.1 網(wǎng)絡(luò)通道

網(wǎng)絡(luò)通道是指連接小山口現(xiàn)地集控中心與各電站的通信鏈路，以及后期規(guī)劃的庫爾勒遠程集控中心至小山口現(xiàn)地集控中心專用通道等。其主要介紹小山口現(xiàn)地集控中心與四站之間的通訊連接。網(wǎng)絡(luò)通道是保證數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)年P(guān)鍵，為了保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴踩裕鞠到y(tǒng)工程建設(shè)了兩路獨立的網(wǎng)絡(luò)通道，其數(shù)據(jù)傳輸率為≥1000 Mpbs。

一路光纖通道是沿10 kV施工變線路自架的24芯ADSS光纖通道，分別由小山口一級電站連接至小山口二級電站，小山口二級電站連接至小山口三級電站，小山口三級電站連接至哈爾莫墩電站，再獨立建設(shè)一路哈爾莫墩電站再連接至小山口一級電站光纖通道，組成這樣的環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)連接形式;

另一路是選用原110 kV線路OPGW光纜備用芯，構(gòu)成與ADSS光纖通道同樣的環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)形式;

兩路通道互為備用，構(gòu)成雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，該網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有高冗余、高可靠、高安全等特性，如圖1所示。

2.2 集控中心系統(tǒng)建設(shè)

根據(jù)小山口流域梯級水電站的現(xiàn)況，需在集控中心建設(shè)六個應(yīng)用系統(tǒng)，即計算機監(jiān)控系統(tǒng)、微機五防系統(tǒng)、電能量計量子系統(tǒng)、保護信息管理與故障分析子系統(tǒng)、生產(chǎn)運行管理系統(tǒng)以及視頻監(jiān)控系統(tǒng)。

流域骨干網(wǎng)以四個電站為節(jié)點，每個電站配置2臺支持冗余的千兆以太網(wǎng)交換機，組成雙通道冗余環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，兩路通道其中一路自架1根24芯單模光纜，另一路為采用110 kV線路OPGW光纜進行連接。4個電站視為地理位置擴大的一個電廠（擴大廠站的理念），各個電站根據(jù)機組臺數(shù)、公用設(shè)備和開關(guān)站、閘首的分布等情況設(shè)置現(xiàn)地控制單元LCU，LCU具備其監(jiān)控范圍內(nèi)的完整功能，可脫網(wǎng)獨立運行。

新疆小山口水電站、小山口二級水電站、小山口三級水電站、哈爾莫墩水電站實行集控之后，將對水電廠信息化提出新的要求。因此為小山口現(xiàn)地集控中心建設(shè)一套生產(chǎn)運行管理系統(tǒng)。通過生產(chǎn)運行管理系統(tǒng)項目建設(shè)，借助信息技術(shù)，建立一整套符合水電廠管理需求，固化和優(yōu)化水電廠的管理方法、管理理念、工作流程和工作標(biāo)準(zhǔn)，支持業(yè)務(wù)流程的持續(xù)優(yōu)化和改進，最終實現(xiàn)降低生產(chǎn)成本、提高工作效率、積累知識資產(chǎn)的目的。

2.3 網(wǎng)絡(luò)IP規(guī)劃

小山口流域梯級水電站集中監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)考慮到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點較多，普通的C類IP地址（C類地址使用三個8位位組表示網(wǎng)絡(luò)地址，僅用一個8位位組表示主機號）已經(jīng)不能適用集控眾多節(jié)點的要求，因此在本集控方案設(shè)計中，考慮采用B類IP地址（一個B類IP地址由2個字節(jié)的網(wǎng)絡(luò)地址和2個字節(jié)的主機地址組成，網(wǎng)絡(luò)地址的最高位必須是“10”，即第一段數(shù)字范圍為128～191。每個B類地址可連接65 534（2^16-2，因為主機號的各位不能同時為0，1）臺主機，Internet有16 384（2^14）個B類地址，適用于節(jié)點比較多的網(wǎng)絡(luò)。小山口現(xiàn)地集控中心各系統(tǒng)IP規(guī)劃見表1（n：2～247）。

3 系統(tǒng)實施

3.1 工程實施范圍

整個系統(tǒng)工程共分為6個分部工程，分別如下。

（1）ADSS光纜敷設(shè)與安裝工程，完成ADSS光纜沿10 kV施工變線路的安裝與敷設(shè)及熔接和測試工作，在各站安裝調(diào)試集控設(shè)備網(wǎng)絡(luò)柜，將4個站聯(lián)調(diào)構(gòu)成雙環(huán)網(wǎng)雙通道，保證通道的穩(wěn)定性和可靠性;

（2）小山口集控中心建設(shè)工程，完成集控中心平臺搭建工作，根據(jù)圖紙將對應(yīng)各系統(tǒng)屏體、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等就位，完成整個系統(tǒng)設(shè)備的帶電、烤機、以及根據(jù)IP地址規(guī)劃進行IP地址設(shè)置調(diào)試工作，以確保后期各站系統(tǒng)接入的可靠性;

（3）小山口水電廠升級改造與接入集控中心工程，完成各LCU現(xiàn)地控制單元IP設(shè)置、PLC程序升級、觸摸屏程序升級等軟件升級工作，同時完成各系統(tǒng)接入集控中心動靜態(tài)命令測試工作，完成各系統(tǒng)設(shè)備聯(lián)動試驗工作等;

（4）小山口二級水電廠升級改造與接入集控中心工程，完成機組LCU、公用LCU、開關(guān)站LCU現(xiàn)地單元IP設(shè)置、PLC程序升級、觸摸屏程序升級等軟件升級工作，同時完成各系統(tǒng)接入集控中心動靜態(tài)命令測試工作，完成各系統(tǒng)設(shè)備聯(lián)動試驗工作等;

（5）小山口三級水電廠接入集控中心工程，完成機組LCU、公用LCU、開關(guān)站LCU接入集控中心動靜態(tài)命令測試工作，完成各系統(tǒng)設(shè)備聯(lián)動試驗工作等;

（6）哈爾莫墩水電站接入集控中心工程，完成機組LCU、公用LCU、開關(guān)站LCU現(xiàn)地單元單網(wǎng)升級為雙網(wǎng)設(shè)備改造，IP設(shè)置、PLC程序升級、觸摸屏程序升級等軟件升級工作，完成輔機系統(tǒng)設(shè)備安裝調(diào)試、同時完成各系統(tǒng)接入集控中心動靜態(tài)命令測試工作，完成各系統(tǒng)設(shè)備聯(lián)動試驗工作等;

（7）其他試驗：AGC/AVC試驗、負(fù)荷調(diào)整試驗、蓄電池充放電試驗、雙環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)通道中斷測試試驗等。

3.2 實施原則及步驟

本系統(tǒng)工程的實施按照“統(tǒng)籌規(guī)劃，分步實施”的原則進行，不影響電廠的安全生產(chǎn)。根據(jù)各電廠發(fā)電計劃，合理地安排了具有針對性的系統(tǒng)實施方案，同時依據(jù)不斷發(fā)生變化的各站發(fā)電計劃而不停地修正實施流程，確保高效優(yōu)質(zhì)完成安裝調(diào)試任務(wù)，同時未影響電廠的安全生產(chǎn)和電廠的發(fā)電運行，保證項目順利進行。

計算機監(jiān)控系統(tǒng)通過軟硬件結(jié)合的方式實現(xiàn)三級操控模式，現(xiàn)地LCU單元具有最高控制權(quán)限，任何情況下，無論在集控級、廠站級、現(xiàn)地級，現(xiàn)場都可直接切換到現(xiàn)地LCU級進行操作，以實現(xiàn)高可靠控制方式。同時該系統(tǒng)具有良好的人機界面和功能強大的組態(tài)功能，用戶能夠根據(jù)實際需求靈活地改變相關(guān)功能，達到最優(yōu)的使用效果。

4 結(jié)束語

小山口集控系統(tǒng)工程的計算機監(jiān)控采用江河機電公司自主研發(fā)的梯級集控JTECH工控組態(tài)監(jiān)控軟件，完全滿足用戶“無人值班、少人值守、網(wǎng)絡(luò)控制、統(tǒng)一調(diào)度”的要求。通過不斷完善，提高了整個流域的安全、經(jīng)濟運行及綜合自動化水平，充分地挖掘了各電站潛力，發(fā)揮了水庫的調(diào)節(jié)能力，提高了經(jīng)濟、社會效益，和梯級調(diào)度技術(shù)和管理水平。同時大大地減輕了集控與電站運行人員的勞動強度，優(yōu)化了人力資源配置，有效地降低了老運行成本，具有一定的經(jīng)濟和社會效益。小山口集中監(jiān)控系統(tǒng)工程的順利實施完成對以后的中小型水電站集控建設(shè)具有一定的借鑒意義。

參考文獻

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