翁獻(xiàn)進(jìn)，許建峰， 李 強(qiáng)

（浙江浙能溫州發(fā)電有限公司，浙江 溫州 325602）

新疆古爾圖河梯級水電站位于天山北麓古爾圖河畔，規(guī)劃開發(fā)的水電站共分7個梯級，總裝機(jī)容量約9.25萬kW。本期工程建設(shè)的電站有3、6、7級站，7級站位于梯級電站的下游，6級站距7級站約6 km，3級站距7級站約15 km。

為了提高梯級水電站系統(tǒng)監(jiān)控和運(yùn)行管理自動化水平，確保電站安全可靠運(yùn)行，提高電站經(jīng)濟(jì)效益，除各級電站內(nèi)部的綜合自動化系統(tǒng)外，還設(shè)計了一套綜合網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。以下對梯級水電站的綜合網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計加以介紹。

1 綜合網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)

綜合網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)總體規(guī)劃如圖1所示。圖中以6級站為例，3級站的設(shè)計原理與6級站基本一致，而7級站作為本監(jiān)控系統(tǒng)的控制中心，其設(shè)計較為簡單。6級站的綜合網(wǎng)絡(luò)設(shè)計總體規(guī)劃為3個信號監(jiān)測點(diǎn)，第一個監(jiān)測點(diǎn)是6級引水渠，該處信號需經(jīng)過光信號傳輸，信號類型包含3路RS485信號、2路視頻信號以及1路電話音頻信號；第二個監(jiān)測點(diǎn)是6級站的前池，包含3路視頻信號、2路RS485信號以及1路電話音頻信號；第三個監(jiān)測點(diǎn)是6級站中控室，中控室內(nèi)包含站內(nèi)5路電話音頻信號、綜合自動化系統(tǒng)送至梯級調(diào)度中心的數(shù)據(jù)信號。

綜合網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)是具有電站視頻監(jiān)控、電話音頻傳輸、數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊惑w化綜合系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)了以下功能：

（1）各級電站中控室對各自站點(diǎn)的監(jiān)視點(diǎn)進(jìn)行視頻監(jiān)控。

（2）各級電站與梯級調(diào)度中心之間的電話音頻傳輸。

（3）梯級調(diào)度中心的數(shù)據(jù)監(jiān)視工作站對各級電站的參數(shù)監(jiān)視。

（4）梯級調(diào)度中心對各站主要監(jiān)視點(diǎn)的視頻監(jiān)控。

（5）梯級調(diào)度中心數(shù)據(jù)向電網(wǎng)調(diào)度中心的數(shù)據(jù)傳輸。

2 綜合網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計方案

2.1 電話音頻網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

音頻網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)基于光端機(jī)傳輸。以6級電站為例，程控交換機(jī)的7路音頻信號接入光端機(jī)的音頻接口，經(jīng)光纜傳輸?shù)?級中控室，其中5路供中控室使用，1路直接接至6級站前池，另外1路經(jīng)光端機(jī)傳輸至引水渠。3級站電話音頻 信號傳輸方式與6級站相同，而7級站的音頻傳輸直接使用電話線。

2.2 視頻網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

3、6級站各設(shè)有6個視頻監(jiān)視點(diǎn) （引水渠2點(diǎn)，前池3點(diǎn)，中控室1點(diǎn)），圖1中以6級站為例。引水渠處有2路攝像機(jī)視頻信號，一路為節(jié)制閘和引水閘共用的云臺攝像機(jī)，監(jiān)視主渠道上的節(jié)制閘與引水渠上的引水閘，另一臺定焦攝像機(jī)用于監(jiān)視引水渠入口處的水位標(biāo)尺，這2路信號因距離較遠(yuǎn)，通過1對光端機(jī)連接至數(shù)字硬盤錄像機(jī)DVR；前池3點(diǎn)視頻信號（分別監(jiān)視攔污柵、排冰閘、沖沙閘）與中控室1點(diǎn)視頻信號直接接至DVR。所有視頻信號均由DVR經(jīng)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，由光端機(jī)上傳至電站MIS網(wǎng)，并通過MIS網(wǎng)傳送至位于7級站的視頻工作站。

7級站設(shè)計有3個視頻監(jiān)視點(diǎn)，為前池攔污柵、排冰閘、沖沙閘，視頻信號直接接至DVR。

2.3 監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

監(jiān)控數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)主要是為梯級電站調(diào)度系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)，綜合網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)也傳輸距離較遠(yuǎn)的各級電站需送至綜自系統(tǒng)的部分監(jiān)控信號。

梯級電站調(diào)度系統(tǒng)包含電網(wǎng)調(diào)度中心、梯級電站調(diào)度中心、各級電站分控中心3級控制。3、6級站的數(shù)據(jù)由各自綜自系統(tǒng)的通信工作站經(jīng)RS232由光端機(jī)傳輸至梯級電站調(diào)度中心的數(shù)據(jù)前置機(jī)（服務(wù)器），7級站的數(shù)據(jù)由綜自系統(tǒng)的通信工作站經(jīng)RS232直接傳輸至梯級調(diào)度中心的數(shù)據(jù)前置機(jī)，實(shí)現(xiàn)梯級調(diào)度中心對各級站數(shù)據(jù)的采集與監(jiān)視，并實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的數(shù)據(jù)上傳，同時梯級電站調(diào)度中心通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與MIS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)廠級信息的監(jiān)控。

圖1 綜合網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)總體規(guī)劃

部分監(jiān)控信號的傳輸以6級站為例。6級站的引水渠附近安裝了主渠道上的節(jié)制閘以及引水渠上的引水閘，綜自系統(tǒng)需對這2個閘門進(jìn)行監(jiān)控；另外，引水渠的流量信號也需送至公用就地控制單元LCU并在后臺顯示。因6級引水渠與中控室相距較遠(yuǎn)，普通RS485信號傳輸距離不足，這些監(jiān)控信號將經(jīng)過光端機(jī)的RS485口轉(zhuǎn)換成光信號后傳輸至公用LCU。

3 綜合網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

古爾圖河水電站綜合網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)包括梯級電站調(diào)度自動化、視頻監(jiān)控和電話語音3個子系統(tǒng)，通過統(tǒng)一設(shè)計和實(shí)施，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)、視頻和電話音頻的通信網(wǎng)絡(luò)一體化。同時，邏輯通道的分離保障了子系統(tǒng)的相對獨(dú)立和完整，避免系統(tǒng)之間的干擾，降低了系統(tǒng)實(shí)施的復(fù)雜性和運(yùn)行維護(hù)的難度。

梯級電站調(diào)度自動子系統(tǒng)是綜合網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的核心，實(shí)現(xiàn)了SCADA、PAS的一體化設(shè)計。系統(tǒng)分為廠站端和梯級調(diào)度中心端，采用模塊化的層次結(jié)構(gòu)設(shè)計，從支撐平臺到應(yīng)用功能的各個組成部分全部按模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，可基于TCP/IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)展。整套系統(tǒng)設(shè)計了雙16路通道通信，具有全雙工（同步雙向數(shù)據(jù)傳輸功能）、多規(guī)約通信功能，每路通道支持各種類型的通信規(guī)約（如CDT方式、POLLING方式等），同時可分別對每路通道設(shè)置通信速率。實(shí)現(xiàn)了梯級電站機(jī)組運(yùn)行的集中監(jiān)控和生產(chǎn)調(diào)度，通過對系統(tǒng)模塊的擴(kuò)展，遠(yuǎn)期可實(shí)現(xiàn)各電站機(jī)組運(yùn)行遠(yuǎn)方操作。

視頻監(jiān)控子系統(tǒng)運(yùn)用計算機(jī)技術(shù)、圖像獲取與處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與安全技術(shù)，實(shí)時直觀地獲取和記錄各級電站重點(diǎn)部位的視頻圖像信息。視頻監(jiān)控系統(tǒng)的前端信號接入本地網(wǎng)絡(luò)視頻服務(wù)器，通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)組成統(tǒng)一的視頻監(jiān)控子系統(tǒng)。系統(tǒng)以電子地圖為平臺，采用圖形界面，形象直觀。整套系統(tǒng)支持監(jiān)控區(qū)域的分組和分級別的權(quán)限控制，提供完善的圖像錄像、檢索和回放功能。系統(tǒng)提供本地和遠(yuǎn)端兩種客戶端接入方式，可實(shí)現(xiàn)靈活的監(jiān)控管理。

電話音頻管理子系統(tǒng)所使用的數(shù)字電話交換機(jī)采用了模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計，同時采用了無阻塞數(shù)字式交換網(wǎng)絡(luò)，提供了豐富的程控交換功能，支持多種中繼和信令接口，易于安裝、擴(kuò)容、管理和維護(hù)。系統(tǒng)具有強(qiáng)大的Web網(wǎng)管功能，可通過IE瀏覽器登錄在線錄音系統(tǒng)及語音信箱進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)與管理。通過模塊的擴(kuò)展，系統(tǒng)還可以支持標(biāo)準(zhǔn)的IP電話。

為了提高綜合網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性，還設(shè)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備監(jiān)控子系統(tǒng)對全網(wǎng)光端機(jī)設(shè)備進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。該監(jiān)控子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對光端機(jī)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、各子系統(tǒng)通道狀態(tài)、設(shè)備異常告警和通道異常告警等的監(jiān)控，提高了基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行維護(hù)水平，保障了系統(tǒng)的整體安全。

4 綜合網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)主要設(shè)備的選配

由于水電站所處環(huán)境較為惡劣，風(fēng)沙大、極限溫度低，且各站地域分布廣，因此設(shè)計時必須從客觀條件和經(jīng)濟(jì)上充分考慮系統(tǒng)設(shè)備的選擇與配置。

4.1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)前端設(shè)備

視頻監(jiān)控系統(tǒng)前端設(shè)備負(fù)責(zé)完成圖像的采集、編碼、傳輸以及云臺控制等工作，擔(dān)負(fù)著視頻監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和控制命令的執(zhí)行，是系統(tǒng)重要的組成部分。系統(tǒng)選用一體化彩色轉(zhuǎn)黑白攝像機(jī)、紅外一體攝像機(jī)、高清晰度彩色攝像機(jī)等。各種類型的攝像機(jī)根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際需要進(jìn)行合理布置。

在視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備中，一體化彩色轉(zhuǎn)黑白攝像機(jī)采用了高變倍光學(xué)變焦的日夜轉(zhuǎn)換型攝像機(jī)，配備紅外濾光器自動開關(guān)。當(dāng)光源照度在3 lx以下時，彩色圖像自動轉(zhuǎn)成黑白影像，使圖像監(jiān)控效果更清晰，而當(dāng)光源照度回復(fù)到5 lx時，圖像又可以由黑白轉(zhuǎn)成彩色，彩色最低照度可達(dá)到0.1 lx，黑白時可達(dá)到0.01 lx。數(shù)字圖像以MPEG4或H.264制式壓縮。

4.2 通信傳輸設(shè)備

監(jiān)控系統(tǒng)除了使用同軸電纜、雙絞線等常用信號傳輸介質(zhì)外，由于各級電站之間距離較遠(yuǎn)，還采用了光纖傳輸系統(tǒng)。7級站至3級站采用1條24芯的單模光纜，用于3級站、6級站與7級站之間的信號傳輸，同時考慮了后續(xù)工程4、5級站需使用的光纖用量，并預(yù)留10芯左右的光纖備用量。

為了節(jié)省投資，綜合網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)在光纖傳輸設(shè)備中采用了一種復(fù)合型光端機(jī)。其物理接口包括1路以太網(wǎng)接口、多路RS232/RS485接口、多路電話音頻接口。以太網(wǎng)信號、電話音頻信號以及串口數(shù)據(jù)信號可由光端機(jī)通過光纖進(jìn)行無失真、遠(yuǎn)距離的傳輸，各個接口之間互不影響，其中電話音頻接口與RS232/RS485接口的數(shù)量可根據(jù)現(xiàn)場需要靈活配置，可有效減少投資。這種復(fù)合型光端機(jī)工作在物理層，對各種信號流采取時分復(fù)用后進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換通過光纖傳輸，并在另一端進(jìn)行反向操作，實(shí)現(xiàn)了信號的透明傳輸，避免了協(xié)議和通信規(guī)約的轉(zhuǎn)換。

5 結(jié)語

古爾圖河梯級水電站的綜合網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)綜合了視頻監(jiān)控、電話音頻傳輸、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?，提升了水電站的自動化水平，在保證水電站機(jī)組安全運(yùn)行的同時，也具有較大的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]宋遠(yuǎn)超，高光華.高壩洲水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].人民長江，1999，30（8）:40-41.