桂雪芹

（四川華電瀘定水電有限責(zé)任公司，四川 瀘定 626100）

瀘定水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)按照 “無人值班（少人值守）”的原則設(shè)計(jì)，能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地控制單元（LCU）、中控室、四川省電力調(diào)度中心的監(jiān)視和控制。上位機(jī)采用北京中水科技水電科技開發(fā)有限公司開發(fā)的H9000水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及配置；下位機(jī)LCU由國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司供貨，以施耐德可編程控制器 （PLC）為基礎(chǔ)構(gòu)成。

1 監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

瀘定水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用全開放的分層分布式雙星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由網(wǎng)絡(luò)上分布的各節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)單元組成。各節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)單元采用局域網(wǎng)（LAN）連接，與四川省調(diào)采用廣域網(wǎng) （WAN）連接。

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)按IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議為TCP/IP，采用千兆工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)，該交換機(jī)以1 000 Mb/s的速率通過RJ45口與千兆交換式工業(yè)以太網(wǎng)上的各計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)連接，傳輸介質(zhì)采用雙絞線；另外，該交換機(jī)以100 Mb/s的速率通過光口或RJ45口與百兆交換式工業(yè)以太網(wǎng)上的各計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)連接，傳輸介質(zhì)采用光纖。

局域網(wǎng)設(shè)備由2組千兆工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)和網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備組成。這2組交換機(jī)構(gòu)成冗余配置，通過RJ45口以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式與2臺(tái)系統(tǒng)服務(wù)器、2臺(tái)調(diào)度遠(yuǎn)動(dòng)通信工作站、2臺(tái)操作員工作站、1臺(tái)工程師/編程員工作站、1臺(tái)培訓(xùn)工作站、1臺(tái)廠內(nèi)通信數(shù)據(jù)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)及時(shí)鐘同步裝置相連；通過多模光口與7套現(xiàn)地控制單元 （1～7LCU）內(nèi)的現(xiàn)地級(jí)冗余交換機(jī)相連，通過單模光口與閘首現(xiàn)地控制單元 （8LCU）內(nèi)的現(xiàn)地級(jí)冗余交換機(jī)相連。

2 監(jiān)控系統(tǒng)控制和調(diào)節(jié)方式

正常情況下，瀘定水電站的控制、調(diào)節(jié)方式有3種：四川省調(diào)級(jí)調(diào)控方式，即四川省調(diào)發(fā)調(diào)控命令給電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)或直接控制各機(jī)組及500kV開關(guān)設(shè)備和進(jìn)行AGC（自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)）、AVC（自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)）控制；站控級(jí)調(diào)控方式，即中控室操作員工作站按上級(jí)的調(diào)控指令自動(dòng)執(zhí)行控制和調(diào)節(jié)；現(xiàn)地LCU級(jí)調(diào)控方式，即各現(xiàn)地LCU按上級(jí)的調(diào)控指令自動(dòng)或手動(dòng)執(zhí)行控制和調(diào)節(jié)。

瀘定水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能滿足上述多種調(diào)控方式的要求，為了保證控制和調(diào)節(jié)的正確性、可靠性，操作步驟按 “選擇—確認(rèn)—執(zhí)行”進(jìn)行，每一步都有嚴(yán)格的軟件校核、檢錯(cuò)和安全閉鎖邏輯功能，硬件方面也有防誤措施。無論在哪種調(diào)控方式下，電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)均將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和運(yùn)行參數(shù)等按各級(jí)要求上傳至各級(jí)調(diào)控層。

調(diào)控權(quán)限采用現(xiàn)地優(yōu)先的原則，優(yōu)先級(jí)別從高到低依次為現(xiàn)地級(jí)、站控級(jí)、四川省調(diào)級(jí)。調(diào)控權(quán)限可通過各級(jí)的現(xiàn)地/遠(yuǎn)方切換開關(guān)或軟功能鍵進(jìn)行切換和閉鎖，原則上，上一層可以要求下一層切換調(diào)控權(quán)，下一層應(yīng)按上一層的要求切換調(diào)控權(quán)，只有當(dāng)下一層的調(diào)控權(quán)切換到上一層，上一層才能進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。

3 監(jiān)控系統(tǒng)參數(shù)給定方式

（1）有功功率。由上級(jí)調(diào)度部門計(jì)算機(jī)根據(jù)AGC算法自動(dòng)給出電站總負(fù)荷設(shè)定值；根據(jù)上級(jí)調(diào)度部門下達(dá)的負(fù)荷曲線給定電站總負(fù)荷；由運(yùn)行人員根據(jù)上級(jí)調(diào)度要求手動(dòng)給定電站總負(fù)荷。

（2）頻率。由上級(jí)調(diào)度部門自動(dòng)給出頻率定值或限值；由運(yùn)行人員根據(jù)上級(jí)調(diào)度要求手動(dòng)給出頻率定值或限值。

（3）無功功率。由上級(jí)調(diào)度部門計(jì)算機(jī)根據(jù)AVC算法自動(dòng)給出電站總無功功率設(shè)定值；由上級(jí)調(diào)度部門下達(dá)的負(fù)荷曲線給定電站總無功功率；由運(yùn)行人員根據(jù)上級(jí)調(diào)度要求手動(dòng)給定電站總無功功率。

（4）電壓。由上級(jí)調(diào)度部門計(jì)算機(jī)根據(jù)AVC算法自動(dòng)給出電壓定值或限值；由運(yùn)行人員根據(jù)上級(jí)調(diào)度要求手動(dòng)給定電壓或限值。

4 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要功能

4.1 數(shù)據(jù)采集和處理

數(shù)據(jù)采集包括：各LCU的各類實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，來自電網(wǎng)調(diào)度中心的數(shù)據(jù)，外接系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，由運(yùn)行人員向計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)手動(dòng)登錄的數(shù)據(jù)信息。

數(shù)據(jù)處理包括：①對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行可用性檢查，對(duì)不可用的數(shù)據(jù)給出不可用信息，并禁止系統(tǒng)使用；②對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行報(bào)警處理檢查，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)刷新；③生成各類報(bào)警記錄并發(fā)出音響、語(yǔ)音、電話和短信報(bào)警；④形成各類運(yùn)行報(bào)表、歷史數(shù)據(jù)記錄、趨勢(shì)曲線記錄、分時(shí)計(jì)量電度記錄和全廠功率總加記錄；⑤機(jī)組水頭、效率、加權(quán)平均效率等計(jì)算；⑥進(jìn)行事件順序記錄、追憶及處理；⑦主、輔設(shè)備動(dòng)作 （或啟/停）次數(shù)和運(yùn)行時(shí)間的統(tǒng)計(jì)。

4.2 安全運(yùn)行監(jiān)視

（1）對(duì)瀘定水電站主要機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)、操作進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視，具有檢修、運(yùn)行狀態(tài)的切換功能，當(dāng)設(shè)備處于檢修狀態(tài)時(shí)，該設(shè)備所有的開出控制功能 （包括電量和有/無功的累計(jì)）均被閉鎖。

（2）機(jī)組開/停機(jī)過程監(jiān)視。在液晶顯示器上顯示機(jī)組開/停機(jī)過程的主要操作步驟，當(dāng)發(fā)生過程阻滯時(shí)，能夠顯示阻滯原因，并將機(jī)組自動(dòng)轉(zhuǎn)入安全工況或停機(jī)。

（3）通訊通道監(jiān)視。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)視通信通道 （包括交換機(jī)、路由器、光纜等），對(duì)冗余通道能自動(dòng)或手動(dòng)切換。

（4）操作員的監(jiān)視手段多樣化。如：液晶顯示器顯示數(shù)據(jù)、文字、圖形、曲線和表格等，事故或故障的音響、語(yǔ)音、電話、短信報(bào)警，模擬屏顯示、打印輸出等。

4.3 自動(dòng)發(fā)電控制 （AGC）

自動(dòng)發(fā)電控制根據(jù)總的有功和頻率設(shè)定值自動(dòng)分配到各機(jī)組，充分考慮電站運(yùn)行方式，具備有功聯(lián)合控制、給定頻率控制和優(yōu)化運(yùn)行等功能。其中，有功聯(lián)合控制指按有功總給定值，在所有參與有功聯(lián)合控制的機(jī)組間合理分配負(fù)荷；給定頻率控制指按給定的 （母線）頻率，對(duì)參與自動(dòng)發(fā)電的機(jī)組進(jìn)行有功功率的自動(dòng)調(diào)整；優(yōu)化運(yùn)行指根據(jù)總的負(fù)荷和頻率的要求，在遵循最少調(diào)節(jié)次數(shù)、最少自動(dòng)開/停機(jī)次數(shù)的前提下，確定最佳運(yùn)行機(jī)組的臺(tái)數(shù)和組合，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行機(jī)組間的最佳負(fù)荷分配。在自動(dòng)發(fā)電控制時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)組的自動(dòng)開、停機(jī)功能。不具備自動(dòng)發(fā)電控制條件的機(jī)組自動(dòng)退出自動(dòng)發(fā)電控制。自動(dòng)發(fā)電控制允許運(yùn)行人員通過人機(jī)接口投入或退出。

AGC能實(shí)現(xiàn)開環(huán)、半開環(huán)、閉環(huán)3種工作模式。其中，開環(huán)模式只給出運(yùn)行指導(dǎo)，所有的給定值及開/停機(jī)命令不被機(jī)組接受和執(zhí)行；半開環(huán)模式指負(fù)荷給定值和開/停機(jī)命令需運(yùn)行人員確認(rèn)后執(zhí)行；閉環(huán)模式指所有的功能均自動(dòng)完成。

AGC能對(duì)各機(jī)組有功功率的控制分別設(shè)置 “聯(lián)控/單控”方式。 “聯(lián)控”方式下，該機(jī)組參與AGC聯(lián)合控制； “單控”方式下，該機(jī)組不參與AGC聯(lián)合控制，但可接收操作員對(duì)該機(jī)組的其他控制。

AGC給定值方式有：給定總有功功率、給定日負(fù)荷曲線、給定頻率、給定頻率限值。

AGC約束條件包括：調(diào)度系統(tǒng)對(duì)發(fā)電的要求，水庫(kù)、河流的特性及運(yùn)行要求，電站當(dāng)前接入系統(tǒng)的方式；機(jī)組空蝕區(qū)，機(jī)組振動(dòng)區(qū)；機(jī)組最大負(fù)荷限制，機(jī)組開度限制，線路負(fù)荷限制，機(jī)組事故，機(jī)組當(dāng)前狀態(tài) （健康狀態(tài)、累計(jì)運(yùn)行時(shí)間、連續(xù)停機(jī)時(shí)間、輔助設(shè)備狀態(tài)），帶廠用電機(jī)組優(yōu)先運(yùn)行；全廠旋轉(zhuǎn)備用容量，負(fù)荷調(diào)整頻度最少，自動(dòng)開/停機(jī)頻度最少，全廠耗水量最少。機(jī)組事故情況下，首先使用全廠旋轉(zhuǎn)備用容量，同時(shí)根據(jù)情況決定是否采用冷備用機(jī)組容量。其中，機(jī)組空蝕區(qū)、機(jī)組振動(dòng)區(qū)、機(jī)組最大負(fù)荷限制等是隨水頭變化的非線性函數(shù)。依據(jù)水頭的變化 （水頭的變幅是可設(shè)定的），振動(dòng)區(qū)范圍及個(gè)數(shù)等應(yīng)可以自動(dòng)/手動(dòng)重新設(shè)定。

4.4 自動(dòng)電壓控制 （AVC）

AVC根據(jù)總的無功和電壓設(shè)定值自動(dòng)分配到各機(jī)組，能根據(jù)開關(guān)站500kV母線電壓，對(duì)全廠無功進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)電壓維持在給定值運(yùn)行，并使無功在運(yùn)行機(jī)組間合理分配。能對(duì)各機(jī)組無功功率的控制分別設(shè)置 “聯(lián)控/單控”方式。處于 “聯(lián)控”方式時(shí)，該機(jī)組參與AVC聯(lián)合控制；處于 “單控”方式時(shí)，該機(jī)組不參與AVC聯(lián)合控制，但可接收操作員對(duì)該機(jī)組的其他控制。

AVC給定值方式有：給定母線電壓限值、給定母線電壓、給定無功設(shè)定值。

AVC約束條件包括：機(jī)端電壓限制、機(jī)組進(jìn)相深度限制、定子繞組發(fā)熱限制、轉(zhuǎn)子繞組發(fā)熱限制、機(jī)組最大無功限制。

4.5 人機(jī)接口及操作要求

電站人機(jī)接口按照人性化理念設(shè)計(jì)，在確保安全的前提下，更加注重易學(xué)、易讀、易操作性。

（1）人機(jī)接口的原則。對(duì)系統(tǒng)參數(shù)、數(shù)據(jù)的錄入和任何改動(dòng)都限制權(quán)限和設(shè)置口令，并有完整的操作記錄，將每次操作的人員、步驟、時(shí)間、結(jié)果均記錄在案，并存入歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中。人機(jī)接口具有漢字顯示和打印功能。畫面調(diào)用分自動(dòng)和召喚兩種方式，自動(dòng)方式用于事故、故障及過程監(jiān)視等情況，召喚方式為運(yùn)行人員隨機(jī)調(diào)用。任何人機(jī)聯(lián)系請(qǐng)求無效時(shí)，顯示出錯(cuò)信息。任何操作進(jìn)行到某一步不再繼續(xù)完成該項(xiàng)操作的情況下，則可自動(dòng)或人工刪除操作信息。被控對(duì)象的選擇和控制的連續(xù)過程只能在同一個(gè)操作員工作站上進(jìn)行。運(yùn)行人員可根據(jù)權(quán)限在控制臺(tái)上方便地設(shè)置或修改運(yùn)行方式和參數(shù)。

（2）畫面顯示。液晶顯示器作為站控級(jí)主要人機(jī)接口設(shè)備，實(shí)時(shí)顯示廠內(nèi)主設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、操作變化過程、事故和故障以及有關(guān)參數(shù)。事故畫面具有自動(dòng)推出和最高優(yōu)先權(quán) （采用多窗口技術(shù)）。

（3）語(yǔ)音報(bào)警及ON-CALL。當(dāng)發(fā)生事故或故障時(shí)，立即發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警并顯示具體信息 （包括報(bào)警發(fā)生的時(shí)間、對(duì)象名稱、報(bào)警性質(zhì)等），顯示顏色隨報(bào)警信息類別而改變，若當(dāng)前畫面具有該報(bào)警對(duì)象，則該對(duì)象的標(biāo)志 （或參數(shù)）閃光和改變顏色；可通過人機(jī)接口在線或離線禁止全部或某個(gè)LCU的中文語(yǔ)音報(bào)警功能。報(bào)警音響將事故和故障區(qū)分開，音響可自動(dòng)或手動(dòng)解除。對(duì)于任何確認(rèn)的誤報(bào)警，運(yùn)行人員可手動(dòng)退出該報(bào)警。

（4）記錄及打印。各類操作記錄，各類事故和故障記錄，各類異常報(bào)警和狀態(tài)變化記錄，趨勢(shì)記錄 （圖形及列表數(shù)據(jù)），事故追憶及相關(guān)量記錄，報(bào)表記錄，各種記錄打印，畫面及屏幕拷貝。

4.6 設(shè)備運(yùn)行管理指導(dǎo)

運(yùn)行指導(dǎo)是指將電廠的一些重要而又復(fù)雜的操作條件以及進(jìn)行這些操作形成的專家經(jīng)驗(yàn)輸入計(jì)算機(jī)，當(dāng)進(jìn)行這些操作時(shí)，計(jì)算機(jī)根據(jù)當(dāng)前的狀態(tài)進(jìn)行條件判斷，提出操作指導(dǎo)意見。運(yùn)行指導(dǎo)的內(nèi)容主要包括：①機(jī)組開停機(jī)操作指導(dǎo)；②隔離刀閘操作連鎖指導(dǎo)；③根據(jù)需要，提供編制運(yùn)行和檢修操作票的指導(dǎo)，操作票自動(dòng)生成；④重要事故、故障原因及處理提示；⑤主要電氣操作票功能；⑥其他運(yùn)行管理需要的數(shù)據(jù)積累和記錄等。

4.7 系統(tǒng)自診斷與自恢復(fù)

系統(tǒng)自診斷與自恢復(fù)功能是實(shí)現(xiàn)無人值班 （少人值守）的重要條件，系統(tǒng)是由多個(gè)設(shè)備構(gòu)成，每個(gè)設(shè)備不僅能夠進(jìn)行內(nèi)部自檢，還可互檢，形成系統(tǒng)檢測(cè)報(bào)告。并將異常情況及時(shí)報(bào)警，通知運(yùn)行或維護(hù)人員，以便及時(shí)進(jìn)行處理，并對(duì)某些異常情況進(jìn)行自動(dòng)隔離與自恢復(fù)處理，保證系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行。

4.8 系統(tǒng)通信

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)通信通道、通信狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，并在操作員工作站上顯示通信故障報(bào)警信息和通信狀態(tài)等信息，對(duì)冗余通信通道能自動(dòng)或手動(dòng)切換。其通信內(nèi)容為：通過局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部各節(jié)點(diǎn)間的通信，與四川省調(diào)通過冗余通信通道進(jìn)行通信。以電力調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)為主通道，常規(guī)遠(yuǎn)動(dòng)專用通道 （即點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式）為備用通道。主通道采用IEC60870-5-104協(xié)議，備用通道采用IEC60870-5-101協(xié)議。

5 結(jié)語(yǔ)

瀘定水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)目前還未完全實(shí)施，隨著后續(xù)工程的完工，系統(tǒng)將逐步進(jìn)行完善，就后續(xù)即將形成的系統(tǒng)提出以下幾點(diǎn)建議：

（1）系統(tǒng)兼容方面。由于電站監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)、下位機(jī)供應(yīng)商不同，整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)上、下位機(jī)之間的兼容和配合面臨一定的考驗(yàn)，兩套設(shè)備的兼容問題在設(shè)計(jì)時(shí)已經(jīng)進(jìn)行了充分的論證，需要在后續(xù)安裝實(shí)踐過程中進(jìn)行細(xì)致的實(shí)驗(yàn)并妥善留存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（2）由于電站為引水式發(fā)電，廠房距離泄洪閘門、工作閘門現(xiàn)地控制屏距離最遠(yuǎn)距離長(zhǎng)達(dá)2 km，“閘門提升”、 “閘門降落”、 “緊急落門”等重要信號(hào)從中控室發(fā)出，將通過較長(zhǎng)的信號(hào)電纜送至閘門現(xiàn)地操作系統(tǒng)。該段信號(hào)電纜敷設(shè)路徑經(jīng)過318國(guó)道，在電纜敷設(shè)過程中，必須充分考慮到重車碾壓、自然災(zāi)害等因素，高度設(shè)防，確?？刂菩盘?hào)的正確收發(fā)。

（3）根據(jù)電力系統(tǒng)二次安全防護(hù)規(guī)定，發(fā)電廠網(wǎng)絡(luò)將劃分為控制區(qū)和非控制區(qū)。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)位于控制區(qū)，與非控制區(qū)之間必須采取必要的安全隔離和防護(hù)，以確保系統(tǒng)的安全性和高可靠性。