李松森 蔣雨煊

摘要：根據(jù)尼泊爾上馬蒂水電站的工程概況，介紹了該電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、要求及主要配置，闡述了監(jiān)控系統(tǒng)中現(xiàn)地控制單位的功能及設(shè)備配置，分析了監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用軟件，為類似水電站的計算機監(jiān)控方案設(shè)計提供了參考。

關(guān)鍵詞：水電站;計算機監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu);主要配置

1 工程概況

上馬蒂水電站位于尼泊爾西部卡斯基大區(qū)的馬蒂河上，處于馬蒂河上中游，壩址和廠址分別位于該段河流的上下游處，它們之間形成了120 m的可利用水頭。

該電站裝設(shè)了2臺立軸混流式水輪發(fā)電機組，機組引水方式為一管二機，設(shè)有調(diào)壓井。每臺機組設(shè)置蝴蝶閥作為進水主閥。機組調(diào)速系統(tǒng)選用具有PID調(diào)節(jié)規(guī)律的微機電液調(diào)速器。該電站總裝機容量為2×12.5 MW，根據(jù)電站接入系統(tǒng)方式，該電站采用132 kV單回路輸電線路，所發(fā)電量輸送到電站以南12 km處的博克拉市區(qū)東部變電站，并入尼泊爾綜合電力系統(tǒng)（INPS）國家電網(wǎng)。

2 上馬蒂電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及要求

2.1? ? 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

上馬蒂水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，設(shè)電站級和現(xiàn)地控制單元級。監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)采用10/100 M自適應(yīng)單模光纖交換式環(huán)形以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率不小于100 M/s。

電站級監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)2臺主機兼操作員工作站、1臺通信工作站、GPS時鐘系統(tǒng)、2臺UPS電源和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等，可完成整個工廠的監(jiān)視功能，并預(yù)留了與調(diào)度中心監(jiān)視系統(tǒng)通信的接口。

現(xiàn)地控制單元級監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)每個單元、交換站、整個工廠的公共設(shè)備及壩區(qū)閘門等設(shè)置，配有2臺單元LCU、1臺交換站LCU、1臺公共LCU和1套壩區(qū)LCU。電站控制室電站級控制單元至壩區(qū)現(xiàn)地控制單元的距離按5 km遠傳距離考慮。

2.2? ? 系統(tǒng)要求

2.2.1? ? 現(xiàn)地控制方式

現(xiàn)地控制單元應(yīng)設(shè)有“現(xiàn)地/遠方”切換開關(guān)。當切換開關(guān)處于“現(xiàn)地”位置時，能通過LCU的操作面板對其控制范圍內(nèi)的電站主輔設(shè)備進行控制和調(diào)節(jié)。此時，遠方控制功能被閉鎖，僅保留遙測和遙信功能。

2.2.2? ? 中控室控制方式

電站級設(shè)有“電站控制/調(diào)度控制”軟切換開關(guān)。當開關(guān)切至“電站控制”時，監(jiān)控系統(tǒng)電站級可對控制方式切換開關(guān)處于“遠方”位置的現(xiàn)地控制單元控制范圍內(nèi)的電站主輔設(shè)備發(fā)布控制命令，調(diào)度級則只能監(jiān)視。當開關(guān)切至“調(diào)度控制”時，電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)接收到上級調(diào)度中心下達的調(diào)度命令，對132 kV斷路器和機組進行控制。

2.2.3? ? 計算機監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)有符合“五防”要求的邏輯閉鎖條件

根據(jù)預(yù)定的決策原則和電廠操作員輸入的指令（或上層調(diào)度中心輸入的指令），該計算機監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)單元工作條件的自動切換、斷路器和隔離開關(guān)的打開和閉合、負載調(diào)節(jié)開關(guān)上變壓器的操作以及電線的自動順序切換等。監(jiān)視系統(tǒng)應(yīng)配備符合“五預(yù)”要求的邏輯鎖定條件，以確保通過監(jiān)視系統(tǒng)進行開關(guān)操作期間設(shè)備和人員的安全。

3 計算機監(jiān)控系統(tǒng)電站級主要配置

3.1? ? 主機兼操作員工作站

2臺主機兼操作員工作站同時接收和處理各種信息，只要主工作站有信號輸出，2臺主機兼操作員工作站能夠?qū)崿F(xiàn)自動和手動切換，保證切換過程數(shù)據(jù)不丟失，實時任務(wù)不中斷。每個操作員工作站配置2臺顯示器，鍵盤及鼠標的光標可在顯示器間任意移動。主機兼操作員工作站選用國際知名品牌，打造成熟的高性能工作站。

3.2? ? 工程師工作站

工程師工作站用于維護和管理整個計算機監(jiān)控系統(tǒng)，可以完成數(shù)據(jù)庫以及系統(tǒng)參數(shù)的定義和修改、報表的生成和修改、網(wǎng)絡(luò)維護和系統(tǒng)診斷。計算機監(jiān)控系統(tǒng)的維護只能在工程師工作站上進行，并且必須提供可靠的登錄保護功能。工程師工作站布置在中控室計算機室，其相關(guān)功能由其中一臺主機兼操作員工站兼任。

3.3? ? 通信工作站

通信工作站主要負責對外通信，并與電站內(nèi)其他設(shè)備進行數(shù)據(jù)通信。在電站載波設(shè)備的輔助下，通過載波通道，支持多種通信規(guī)約，以滿足尼泊爾電力頒布的通信規(guī)約要求，實現(xiàn)電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)與調(diào)度系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信。供應(yīng)商應(yīng)配合并協(xié)調(diào)電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)和調(diào)度工作，包括軟件及硬件連接、通道的調(diào)試等，并保證與調(diào)度的通信能與電站的機組發(fā)電同時完成。

通信工作站連接到主控級網(wǎng)絡(luò)交換機，可以與網(wǎng)絡(luò)上的所有聯(lián)系人直接交換數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)信息的直接獲取和傳輸遙控。工作站配備多個數(shù)字通信接口，并且每個接口都可以配置各種通信協(xié)議。

3.4? ? 時鐘系統(tǒng)及顯示裝置

系統(tǒng)采用GPS時鐘信號為標準時間，構(gòu)建時鐘系統(tǒng)，GPS時鐘裝置的輸出接口除滿足計算機監(jiān)控系統(tǒng)要求外，還需滿足繼電保護裝置、現(xiàn)地控制單元、所有系統(tǒng)的控制裝置及其他智能裝置的需要。在中控室和發(fā)電機層放置顯示裝置，顯示來自GPS裝置的標準時間。

3.5? ? 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)采用單模光纖環(huán)形以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，配置工業(yè)級網(wǎng)絡(luò)以太網(wǎng)交換機。站控層與各現(xiàn)地控制單元間的各交換機均采用單模光纖連接。

4 現(xiàn)地控制單元

4.1? ? 現(xiàn)地控制單元功能

上馬蒂水電站現(xiàn)地控制單元的功能主要為對監(jiān)控對象進行數(shù)據(jù)采集與處理、控制和調(diào)節(jié)、通信、自我診斷及恢復(fù)、掉電保護和人機聯(lián)系。

4.2? ? 現(xiàn)地控制單元級設(shè)備配置

電站LCU包括2套機組LCU、1套開關(guān)站、1套公用LCU和1套壩區(qū)LCU?，F(xiàn)地控制單元采用施耐德Premium系列，CPU為TSXP573634。人機界面采用一體化的12英寸彩色LCD觸摸屏（觸摸屏與PLC同廠家）。LCU應(yīng)有專用的便攜式調(diào)試計算機的接口。LCU應(yīng)能實現(xiàn)時鐘同步校正，其精度應(yīng)與SOE分辨率配合?，F(xiàn)地控制單元的設(shè)備應(yīng)能在無空調(diào)、無凈化設(shè)施和無專門屏蔽措施的電站主副廠房、壩區(qū)電氣室中運行。

現(xiàn)地控制單元LCU應(yīng)提供多個接口，如ModBus Plus和ModBus以及供貨商認為有必要配置的接口及相關(guān)轉(zhuǎn)換接口設(shè)備，并實現(xiàn)規(guī)約轉(zhuǎn)換，以便與其他控制設(shè)備進行通信，包括勵磁系統(tǒng)的微機調(diào)節(jié)器、調(diào)速系統(tǒng)的PLC調(diào)速器、微機保護裝置、自動準同期裝置、閘門現(xiàn)地控制設(shè)備、主變現(xiàn)地控制設(shè)備、現(xiàn)地PLC控制屏、電度表計、測量表計以及其他設(shè)備進行現(xiàn)場總線通信，還應(yīng)提供主控級和上述設(shè)備之間進行信息交換的通信軟件。

5 操作系統(tǒng)應(yīng)用軟件

5.1? ? 數(shù)據(jù)采集軟件

數(shù)據(jù)采集軟件可自動采集各現(xiàn)地控制單元和智能裝置的各類實時數(shù)據(jù)，接收調(diào)度的命令信息。按要求對采集數(shù)據(jù)進行處理，并發(fā)送電站相關(guān)數(shù)據(jù)給調(diào)度中心。

5.2? ? 人機接口軟件

人機接口軟件包括顯示和打印軟件、電話語音報警和查詢軟件，采用中/英文切換界面。人機界面軟件應(yīng)允許操作員在不詳細了解計算機的情況下添加或修改操作員命令。操作員應(yīng)該能夠直接在屏幕上選擇某個設(shè)備，然后系統(tǒng)會彈出控制面板以直接控制系統(tǒng)設(shè)備。人機界面軟件還應(yīng)提供交互式圖形編輯軟件供用戶生成人機界面圖像，且圖形和數(shù)據(jù)之間的連接可由用戶定義。

5.3? ? 通信軟件

通信軟件包括計算機監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部各節(jié)點之間的通信，包括通信工作站和廠內(nèi)其他計算機系統(tǒng)及上級調(diào)度系統(tǒng)的通信，現(xiàn)地控制單元與繼電保護裝置、智能裝置、智能監(jiān)控設(shè)備的通信等。

5.4? ? 診斷軟件

供貨商應(yīng)提供完備的診斷軟件，以實現(xiàn)計算機監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、計算機設(shè)備和I/O模塊的診斷功能，診斷結(jié)果應(yīng)精確到模塊和通道。

5.5? ? 控制軟件

控制軟件主要包括機組開停機流程、廠用電控制流程、斷路器控制流程等。

5.6? ? AGC軟件

電站計算機根據(jù)調(diào)度給定的總有功功率或日負荷曲線，按最優(yōu)發(fā)電運算（EDC）確定開機臺數(shù)及機組間的負荷分配，實現(xiàn)成組控制。

5.7? ? AVC軟件

電站計算機根據(jù)調(diào)度或運行人員給定的全站無功功率給定值或負荷曲線及安全運行約束條件，并考慮機組的限制條件，確定機組開機臺數(shù)。AVC軟件按照等無功功率或等功率因數(shù)分配機組間的無功功率，也可提出指導(dǎo)性的數(shù)據(jù)供運行人員參考。

電站計算機根據(jù)調(diào)度或運行人員給定的132 kV母線電壓或日調(diào)節(jié)曲線，計算得出電站無功功率目標值，并分配給參加聯(lián)合調(diào)節(jié)的機組。在特殊電氣故障情況下能實現(xiàn)高周切機，防止系統(tǒng)崩潰。

6 結(jié)語

上馬蒂水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)無人值班、少人值守的設(shè)計原則，采用開放式分層分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可以進行數(shù)據(jù)的收集和處理、計算和交換。監(jiān)控系統(tǒng)能夠有效地監(jiān)控整個水電站運行情況，提高了上馬蒂水電站乃至整個電網(wǎng)的自動化運行和管理水平。

[參考文獻]

[1] 趙亮，楊賽.烏東德水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計分析[J].水電與新能源，2019，33（10）：59-62.

[2] 李洪宇.西藏金河瓦托水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)配置[J].水電與抽水蓄能，2019（5）：67-69.

[3] 丁倫軍，張露成，李黎明，等.溪洛渡水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)[J].水電廠自動化，2017，38（1）：1-5.

[4] 李力，羅云.向家壩水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計及關(guān)鍵技術(shù)[J].水電與抽水蓄能，2018（4）：27-33.

[5] 劉林興，丁東華.雅礱江錦東水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)場實施管理[J].水電廠自動化，2017，38（1）：16-19.