大藤峽水力發(fā)電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點

郝慧賢，陶太宏，程俊才，藍(lán)曉丹

（廣西大藤峽水利樞紐開發(fā)有限責(zé)任公司，廣西 桂平 537226）

0 引言

大藤峽水利樞紐工程位于廣西桂平市珠江流域西江水系黔江干流大藤峽出口弩灘上，是紅水河十個水電梯級開發(fā)的最后一級，它集防洪、航運、發(fā)電、補水壓咸、灌溉等綜合效益于一體，是珠江流域關(guān)鍵控制性水利樞紐，被喻為珠江上的“三峽工程”。大藤峽水力發(fā)電廠總裝機(jī)容量1 600 MW，共安裝有8臺單機(jī)容量為200 MW的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組，其中左岸廠房布置有3臺機(jī)組，右岸廠房布置有5臺機(jī)組。電站通過6回220 kV的電壓等級線路接入貴港地調(diào)電力系統(tǒng),其中4回線路已投入運行，2回線路備用。大藤峽水力發(fā)電廠左、右岸計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用一體化的設(shè)計方案，即左、右岸設(shè)備采用南瑞水電的NC2000 V3.0系列計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視與控制，負(fù)責(zé)全廠8臺機(jī)組、公用輔助系統(tǒng)、220 kV開關(guān)站等設(shè)備的自動和實時控制，目前左岸3臺機(jī)組已投產(chǎn)。

1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

大藤峽水力發(fā)電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)控制網(wǎng)采用冗余光纖快速交換式以太星網(wǎng)結(jié)構(gòu), 在左岸計算機(jī)室和右岸計算機(jī)室各配置2臺電站控制網(wǎng)交換機(jī), 并通過2路單模光纜互連構(gòu)成1 000 Mb/s雙環(huán)主干網(wǎng)。上位機(jī)及現(xiàn)地控制單元設(shè)備均選用1 000 Mb/s級工業(yè)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接入主干網(wǎng)，采用2根獨立光纜配置成冗余網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。上位機(jī)的各設(shè)備通過2路網(wǎng)絡(luò)雙絞線就近接入控制網(wǎng)主交換機(jī)，壩區(qū)交換機(jī)通過配置3層路由實現(xiàn)與電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主控網(wǎng)的通信。左、右岸各現(xiàn)地控制單元設(shè)備網(wǎng)絡(luò)采用以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)和現(xiàn)場總線技術(shù)，柜內(nèi)分別配置2臺小型交換機(jī)通過光纜就近接入控制網(wǎng)交換機(jī)。另外，現(xiàn)場設(shè)備的重要狀態(tài)信號、故障信號和控制信號除采用現(xiàn)場總線技術(shù)與CPU通信以外，還通過設(shè)備間的I/O硬布線進(jìn)行連接，實現(xiàn)A、B網(wǎng)雙回路通信，確?，F(xiàn)地設(shè)備間的通信安全可靠。涉及生產(chǎn)和實時控制的核心設(shè)備直接接入計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主控網(wǎng)，經(jīng)二次安防設(shè)備與其他非控制區(qū)設(shè)備實現(xiàn)信息隔離。計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 大藤峽計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點

大藤峽水力發(fā)電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)按“無人值班（少人值守）”設(shè)計，以“分層管理、集中控制”為原則，具有數(shù)據(jù)采集與處理、實時控制和調(diào)節(jié)、參數(shù)設(shè)定、監(jiān)視、記錄、報表、運行參數(shù)計算、通信控制、系統(tǒng)診斷、歷史數(shù)據(jù)查詢和單一操作等功能。我廠采用的是南瑞水電公司的SJ-500監(jiān)控系統(tǒng)，主要由上位機(jī)和現(xiàn)地控制單元兩部分組成。

2.1 上位機(jī)

大藤峽水力發(fā)電廠左岸上位機(jī)設(shè)備布置在中控室和計算機(jī)室，主要包括以下5個部分。

（1）數(shù)據(jù)服務(wù)器

數(shù)據(jù)服務(wù)器作為上位機(jī)的核心控制設(shè)備，由2臺實時數(shù)據(jù)服務(wù)器、2臺歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器和1臺磁盤陣列組成。數(shù)據(jù)服務(wù)器采用雙機(jī)熱備的方式實現(xiàn)對全廠實時數(shù)據(jù)的采集、計算、處理和管理，完成控制命令的下發(fā)和事故信號的分析處理。歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器用于記錄全廠設(shè)備的動作信號和控制信號，具有歷史數(shù)據(jù)顯示、一覽表查詢、曲線查詢和存儲功能。

（2）操作員站

操作員站是上位機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，用于全廠設(shè)備的實時監(jiān)控。左岸上位機(jī)配置3臺操作員站，右岸配置2臺操作員站，監(jiān)屏人員可通過上位機(jī)畫面和實時簡報及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，以防事故進(jìn)一步擴(kuò)大，盡早消除事故隱患。同時，各操作員站都是獨立運行，便于日常維護(hù)。

（3）維護(hù)工作站

維護(hù)工作站包括培訓(xùn)工作站和維護(hù)工程師站, 左、右岸各配置1臺維護(hù)工程師站，便于維護(hù)人員對數(shù)據(jù)庫和畫面等進(jìn)行日常更新維護(hù)。同時，還可以給新入職員工提供基本的操作培訓(xùn)。

（4）應(yīng)用工作站

應(yīng)用工作站包括2臺調(diào)度通信機(jī)、2臺廠內(nèi)通信工作站、語音報警工作站、報表工作站和Web工作站，它們分別負(fù)責(zé)與廣西中調(diào)和地調(diào)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信、和廠內(nèi)自成體系的系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信、實現(xiàn)語音報警以及生成報表，另外在滿足網(wǎng)絡(luò)安全要求下，實現(xiàn)與電廠生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)(MIS)通信。

（5）其他設(shè)備

其他設(shè)備包括2臺主時鐘同步系統(tǒng)（GPS）、2臺主交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)安全隔離裝置、縱向加密認(rèn)證裝置管理工作站、入侵檢測管理工作站、OMS主機(jī)、網(wǎng)絡(luò)受令系統(tǒng)、微機(jī)五防系統(tǒng)、安全審計和大屏控制系統(tǒng)及KVM等。

另外，為了便于計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的維護(hù)和采購備品備件，上位機(jī)的服務(wù)器、磁盤陣列和工作站均采用浪潮的產(chǎn)品。因此，當(dāng)其中一臺服務(wù)器故障退出運行時, 由于操作系統(tǒng)和設(shè)備廠家一致，只需要修改備用服務(wù)器的主機(jī)名、IP地址等參數(shù)設(shè)置即可投入運行，將影響降到了最低，保證了設(shè)備的安全運行。同時,統(tǒng)一的備品備件也節(jié)省了人力，降低了維護(hù)成本。

另一方面，從積極的內(nèi)圣開出外王的角度，孟子的武德思想因缺乏對政治治理和現(xiàn)實困難的關(guān)注而不具操作性，無法具體闡釋“仁者”何以“無敵”問題。

2.2 現(xiàn)地控制單元

大藤峽水力發(fā)電廠左、右岸現(xiàn)地控制單元采用分布式設(shè)計，包括8套機(jī)組LCU、1套開關(guān)站LCU、2套公用LCU、2套防水淹廠房LCU和11套輔助設(shè)備LCU，實現(xiàn)了對各個系統(tǒng)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)交換、邏輯判斷、順序控制以及狀態(tài)監(jiān)視，保證了現(xiàn)地控制單元與上位機(jī)脫離后仍能正常運行，滿足現(xiàn)地設(shè)備的監(jiān)視和控制,待其與上位機(jī)恢復(fù)通信后又能自動服從上位機(jī)的控制。

（1）PLC選用

計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)PLC選用美國通用電氣公司生產(chǎn)的RX3i系列PLC，CPU選用雙套具備熱備功能的IC695CPE330 CPU，通過冗余映射模塊連接,保證主控制器與備用控制器的實時通信。當(dāng)主用CPU故障時, 通過冗余映射模塊，備用CPU會在1個掃描周期內(nèi)替代主用CPU，完成設(shè)備的實時控制。同時，在每個掃描周期結(jié)束后，主用CPU都會同步更新備用CPU的數(shù)據(jù)，確保了主用CPU的故障不會影響到機(jī)組的穩(wěn)定運行。另外，還選用了GE的SOE模塊(IC694MDL660)、DI模塊(IC694MDL660)、DO模 塊(IC694MDL754)、AI模 塊(IC694ALG223)、TI模塊（IC695ALG600）等支持帶電熱插拔和具備故障自檢功能的模塊。當(dāng)模塊故障時，相應(yīng)故障信號可以瞬間動作并上送至簡報，為故障的早期發(fā)現(xiàn)和處理提供強(qiáng)有力的保障。

（2）現(xiàn)地控制單元結(jié)構(gòu)及功能

左、右岸現(xiàn)地控制單元均配置有GE PLC、液晶觸摸屏、交換機(jī)、通信管理裝置、同期裝置、時鐘擴(kuò)展裝置、交采表和變送器等，主要用于采集被控設(shè)備的模擬量、溫度量和開關(guān)量，并上送至機(jī)組CPU進(jìn)行數(shù)據(jù)集中處理及判斷。同時將采集到的溫度量和模擬量等數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、數(shù)據(jù)檢查、線性變換及越限檢查等，主控器可根據(jù)報警定值產(chǎn)生相應(yīng)報警并在上位機(jī)簡報窗口反饋；將采集到的狀態(tài)信號和事故信號實時上送并自動進(jìn)行事件順序記錄，便于后續(xù)故障的排查及處理。

考慮到大藤峽水力發(fā)電廠單臺機(jī)組溫度量測點多達(dá)632點,故為了節(jié)約成本和更好地采集溫度量，設(shè)計了機(jī)組遠(yuǎn)程測溫系統(tǒng)。溫度量的溫度梯度保護(hù)判斷邏輯在機(jī)組LCU和水機(jī)保護(hù)LCU的PLC中分別實現(xiàn)，當(dāng)機(jī)組溫度量故障時，水機(jī)溫度量依然可以正常運行，更好地提高了系統(tǒng)的可靠性。機(jī)組遠(yuǎn)程測溫柜數(shù)據(jù)通過光纖接入機(jī)組LCU交換機(jī)中，再經(jīng)由機(jī)組LCU光纖一起上送至廠站級主交換機(jī)，節(jié)省了CPU、以太網(wǎng)控制器等相關(guān)自動化元器件, 經(jīng)濟(jì)性較好,也可滿足溫度監(jiān)視的要求，缺點是增加了機(jī)組LCU 和水機(jī)保護(hù)LCU的CPU負(fù)載以及無法在機(jī)組遠(yuǎn)程測溫柜配置觸摸屏，給運行維護(hù)帶來了不便。

（4）機(jī)組功率調(diào)節(jié)設(shè)計

為保證機(jī)組功率測量的實時性、準(zhǔn)確性和可靠性, 在現(xiàn)地控制單元配置愛博的交流表和雅達(dá)有功、無功變送器，采集的數(shù)據(jù)互為冗余備用。PLC優(yōu)先采用功率變送器的信號，當(dāng)功率變送器的數(shù)據(jù)測值和通道品質(zhì)發(fā)生故障時，主控器可以自動采集交采表的數(shù)據(jù)，保證在機(jī)組運行過程中，功率測量和功率調(diào)節(jié)的安全穩(wěn)定性。

（5）微機(jī)涌流抑制器

考慮到機(jī)組主變壓器沖擊合閘時，在一定的條件下, 將產(chǎn)生很大的合閘性勵磁涌流，即在合閘瞬間對線圈產(chǎn)生電動力，可能導(dǎo)致有關(guān)繞組開路或繼電保護(hù)誤動作，嚴(yán)重影響電網(wǎng)和設(shè)備的安全、穩(wěn)定運行。大藤峽水力發(fā)電廠在開關(guān)站現(xiàn)地控制單元中配置了5臺國立智能SID-3YL微機(jī)涌流抑制器，通過運用精確的相位控制技術(shù)實現(xiàn)對操作過電壓和涌流的有效抑制，提高了設(shè)備的安全運行水平。

3 電源系統(tǒng)

計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)作為電廠的控制中樞，是否具備優(yōu)良的電源系統(tǒng)是衡量監(jiān)控系統(tǒng)安全、可靠運行的前提和保障，電源系統(tǒng)主要分為以下兩部分。

3.1 監(jiān)控系統(tǒng)UPS

為保證計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)的供電可靠性，左岸配置2臺容量為40 kVA的監(jiān)控不間斷電源系統(tǒng)，右岸配置2臺容量為10 kVA的監(jiān)控不間斷電源系統(tǒng)，都采用并聯(lián)冗余方式工作。左岸2臺UPS在正常運行方式下，平均分配負(fù)荷，擴(kuò)展了整個電源系統(tǒng)的總?cè)萘浚瑵M足瞬間大負(fù)荷的容量要求。每臺UPS采用一路AC 220 V、一路DC 220 V和旁路AC 380 V電源輸入，當(dāng)其中一臺UPS出現(xiàn)故障時,另一臺UPS將自動帶滿負(fù)荷。當(dāng)故障UPS恢復(fù)運行后，2臺UPS將自動平均分配負(fù)荷。如果2臺UPS同時出現(xiàn)故障，監(jiān)控系統(tǒng)UPS的負(fù)載可以自動無擾切換到旁路運行。同時,監(jiān)控系統(tǒng)UPS將所有的狀態(tài)、故障信息通過RS485通信接入左岸公用通信管理裝置，運維人員可實時掌握系統(tǒng)運行情況。

3.2 現(xiàn)地控制單元電源

現(xiàn)地控制單元配置2臺南瑞水電的交直流雙供電插箱FPW-2A，互為冗余。外部電源分別采用兩路AC 220 V和兩路DC 220 V電源輸入，LCU電源回路共有3個電壓等級，即AC 220 V、DC 220 V和DC 24 V。一路AC 220 V和一路DC 220 V通過交直流雙供電插箱，輸出DC 220 V進(jìn)入XPW2端子作為通信管理裝置、轉(zhuǎn)速測控裝置、時鐘同步擴(kuò)展裝置、交采表、電度表等設(shè)備的電源，并通過相應(yīng)的開關(guān)電源PS轉(zhuǎn)換成DC 24 V。PS1、PS2給交換機(jī)、PLC供電，PS3給DI模塊供電，PS4給DO模塊供電，PS5給AI模塊及外部變送器供電，大大提高了供電的可靠性。

4 在線監(jiān)測系統(tǒng)

在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由在線監(jiān)測裝置、綜合檢測單元和站級監(jiān)測系統(tǒng)組成，用于數(shù)據(jù)連續(xù)或周期性地采集、處理、診斷分析及傳輸?shù)脑O(shè)備狀態(tài)檢測系統(tǒng)，大藤峽水力發(fā)電廠在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由GIS在線監(jiān)測系統(tǒng)、主變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)和機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)組成，各系統(tǒng)通過雙套光纖接入在線監(jiān)測系統(tǒng)A、B網(wǎng)主交換機(jī)，實現(xiàn)與在線監(jiān)測系統(tǒng)的通信。在線監(jiān)測系統(tǒng)通過防火墻接入計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主控網(wǎng)，實現(xiàn)與計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的通信，便于日常數(shù)據(jù)和故障分析，緩解計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析壓力。

5 結(jié)語

大藤峽水力發(fā)電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在設(shè)計方面充分考慮和采用了現(xiàn)代計算機(jī)控制的各種先進(jìn)技術(shù)，如全開放、分層式、可擴(kuò)展性、多重冗余和現(xiàn)場總線技術(shù)等，提高了設(shè)備容錯和系統(tǒng)冗余功能，最大程度地保證了電廠設(shè)備的安全、高效運行，滿足了電廠對生產(chǎn)設(shè)備監(jiān)視和控制的要求。由于右岸機(jī)組還未投產(chǎn)，我廠目前主要承擔(dān)廣西電網(wǎng)的基荷任務(wù)，右岸投產(chǎn)后將承擔(dān)廣西電網(wǎng)的基荷、調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用等任務(wù)，可有效緩解電量緊張和保障粵港澳大灣區(qū)用水的問題，為電廠安全穩(wěn)定運行提供了可靠的技術(shù)支撐。同時，計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)節(jié)省了人力和物力資源，產(chǎn)生了良好經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，將有助于推動水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)創(chuàng)新和發(fā)展。