李 力，羅 云

（中國(guó)電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南省長(zhǎng)沙市 410014）

1 概述

向家壩水電站是金沙江下游河段規(guī)劃的最末一個(gè)梯級(jí)，位于四川省宜賓市和云南省水富縣交界的金沙江下游河段上。

電站裝機(jī)共8臺(tái)，單機(jī)容量為800MW，總裝機(jī)容量6400MW。電站分為左岸壩后廠房、右岸地下廠房。兩岸廠房各裝4臺(tái)機(jī)組，各設(shè)一個(gè)500kV開(kāi)關(guān)站，每個(gè)開(kāi)關(guān)站2回出線接入系統(tǒng)。

向家壩水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)龐大牽涉面廣，除左右岸廠房外，與水情測(cè)報(bào)、大壩閘門控制系統(tǒng)、梯級(jí)調(diào)度系統(tǒng)、國(guó)家電力調(diào)度中心及四川省調(diào)等有信息交換。

2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用全分布式冗余結(jié)構(gòu)，大體分為廠站層和現(xiàn)地控制層。廠站層又分為廠站控制層、廠站信息層和生產(chǎn)信息發(fā)布層，對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)為電站控制網(wǎng)、電站信息網(wǎng)和生產(chǎn)信息發(fā)布網(wǎng)，總體為三網(wǎng)四層的結(jié)構(gòu)。[1]

電站控制網(wǎng)采用冗余雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在左岸計(jì)算機(jī)室、壩頂集中控制室、右岸計(jì)算機(jī)室和右岸地下廠房主變洞輔助屏柜室各配置2臺(tái)電站控制網(wǎng)交換機(jī)，并通過(guò)2路單模光纜互連構(gòu)成1000Mb雙環(huán)主干網(wǎng)；左、右岸各現(xiàn)地控制單元（LCU）柜內(nèi)分別配置2臺(tái)小交換機(jī)通過(guò)光纜就近接入控制網(wǎng)交換機(jī)，廠站控制層各計(jì)算機(jī)通過(guò)2路網(wǎng)絡(luò)雙絞線或光纖接口就近接入控制網(wǎng)交換機(jī)，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率100Mb。全廠控制網(wǎng)構(gòu)成雙千兆主干環(huán)網(wǎng)加雙百兆星型接入網(wǎng)的混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

電站信息網(wǎng)采用冗余雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在左、右岸計(jì)算機(jī)室分別配置2臺(tái)電站信息網(wǎng)交換機(jī)，并通過(guò)2路單模光纜互連構(gòu)成1000Mb雙鏈路聚合主干網(wǎng)；廠站層計(jì)算機(jī)采用2路網(wǎng)絡(luò)雙絞線或光纖接口就近接入信息網(wǎng)交換機(jī)。在右岸地下廠房主變洞輔助屏柜室配置1臺(tái)信息網(wǎng)子交換機(jī)，該交換機(jī)通過(guò)單模光纜接入右岸電站信息網(wǎng)交換機(jī)；每個(gè)LCU各配置1臺(tái)信息網(wǎng)交換機(jī)，就近接入電站信息網(wǎng)交換機(jī)或信息網(wǎng)子交換機(jī)。

電站信息發(fā)布網(wǎng)采用單網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在右岸地面副廠房計(jì)算機(jī)室布置1臺(tái)電站信息發(fā)布網(wǎng)交換機(jī)，并通過(guò)1000Mb網(wǎng)絡(luò)雙絞線接口接入1臺(tái)套信息查詢數(shù)據(jù)服務(wù)器集群、2套Web發(fā)布服務(wù)器等電站信息發(fā)布層計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

3 監(jiān)控系統(tǒng)配置

向家壩電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用北京中水科水電科技開(kāi)發(fā)有限公司的H9000 V4.3系統(tǒng)，由主控級(jí)與現(xiàn)地單元控制級(jí)組成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、控制與調(diào)節(jié)、全廠自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）、全廠自動(dòng)電壓控制（AVC）、系統(tǒng)通信、系統(tǒng)時(shí)鐘同步、運(yùn)行管理及指導(dǎo)、系統(tǒng)自診斷及自恢復(fù)、軟件開(kāi)發(fā)、人員培訓(xùn)等功能。其中控制調(diào)節(jié)功能主要包括各機(jī)組單步或連續(xù)開(kāi)/停機(jī)控制及機(jī)組工況的轉(zhuǎn)換、機(jī)組事故停機(jī)及緊急停機(jī)控制、各機(jī)組有功/無(wú)功調(diào)節(jié)、500kV斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、10kV斷路器、400V廠用電進(jìn)線和母聯(lián)斷路器的操作、各機(jī)組和主變壓器的輔助設(shè)備的控制、各機(jī)組進(jìn)水口閘門的操作、全廠公用設(shè)備的控制等。

3.1 主控級(jí)硬件配置

主控級(jí)配置有4套數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、1套歷史數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器集群、2套應(yīng)用程序服務(wù)器、5套操作員工作站、2套移動(dòng)操作員工作站、2套工程師工作站、2套培訓(xùn)工作站、4套調(diào)度通信服務(wù)器、2套廠內(nèi)通信服務(wù)器、2套報(bào)表及電話語(yǔ)音工作站、1套電站生產(chǎn)信息查詢服務(wù)器集群、2套Web發(fā)布服務(wù)器、2套調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)接入設(shè)備、2套成都梯調(diào)接入設(shè)備、1套電網(wǎng)申請(qǐng)檢修工作站、1套衛(wèi)星時(shí)鐘同步系統(tǒng)、1套模擬屏、4套UPS電源系統(tǒng)、2套組合液晶屏、8套控制網(wǎng)主干光纖環(huán)網(wǎng)交換機(jī)、4套信息網(wǎng)主干網(wǎng)交換機(jī)、1套防水淹廠房保護(hù)系統(tǒng)、打印機(jī)、操作臺(tái)等設(shè)備。

3.2 現(xiàn)地單元控制級(jí)的配置

現(xiàn)地單元控制級(jí)設(shè)16套LCU，包括8套機(jī)組LCU、2套公用設(shè)備LCU、2套500kV開(kāi)關(guān)站LCU、2套廠用電LCU、1套壩頂LCU、1套模擬屏驅(qū)動(dòng)LCU。

各LCU主要由雙機(jī)熱備Unity Quantum系列PLC、各種I/O模件、出口繼電器、液晶顯示觸摸屏、雙電源裝置、通信管理裝置、時(shí)鐘同步光纖盒、ProfiBus/MB+網(wǎng)橋、Profibus光電收發(fā)器、雙套控制網(wǎng)交換機(jī)、1個(gè)信息網(wǎng)交換機(jī)等組成。機(jī)組LCU還包括手動(dòng)和自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置、交流采樣裝置、有功/無(wú)功功率變送器、機(jī)組有功/無(wú)功電能計(jì)量表。遠(yuǎn)程I/O柜主要由各種遠(yuǎn)程I/O模件、出口繼電器、電源裝置等組成。

4 監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

4.1 系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)

電站在系統(tǒng)中的重要地位，使得監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性要求非常高。向家壩水電站監(jiān)控系統(tǒng)廣泛運(yùn)用了可靠性理論及其設(shè)計(jì)方法，對(duì)系統(tǒng)的各部分進(jìn)行可靠性分配，對(duì)于可靠性較低的元件或者關(guān)鍵設(shè)備采用了冗余設(shè)計(jì)、降額設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)。

4.1.1 冗余設(shè)計(jì)技術(shù)

4.1.1.1 冗余設(shè)計(jì)原則

電站監(jiān)控系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)遵循如下原則：

（1）冗余設(shè)計(jì)技術(shù)要與設(shè)備性能、成本等進(jìn)行綜合權(quán)衡，重要而失效率高的關(guān)鍵部位優(yōu)先考慮冗余設(shè)計(jì)。

（2）充分考慮各部件的可靠性，避免由于冗余設(shè)計(jì)增加設(shè)備反而降低系統(tǒng)整體可靠性的情況。

（3）冗余部件的工作狀態(tài)可以檢測(cè)。

（4）根據(jù)冗余件的故障模式采用相應(yīng)的冗余方式，采用了結(jié)構(gòu)冗余、功能冗余、參數(shù)冗余和信息冗余等方法。

4.1.1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)冗余設(shè)計(jì)

（1）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)冗余。電站控制網(wǎng)絡(luò)、電站信息網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)均采用冗余設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)型式上組成了雙環(huán)網(wǎng)或雙星型網(wǎng)，傳輸介質(zhì)上采用了雙路光纖。冗余網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)可以由接入系統(tǒng)的主機(jī)及時(shí)檢測(cè)，并通過(guò)軟件及時(shí)由故障部分網(wǎng)絡(luò)切換到冗余的正常網(wǎng)絡(luò)。

（2）主控級(jí)設(shè)備冗余。電站主控級(jí)的關(guān)鍵設(shè)備如數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、通信服務(wù)器均采用冗余設(shè)備，設(shè)備工作在熱備狀態(tài)，并采用心跳檢測(cè)技術(shù)，單臺(tái)設(shè)備故障或維護(hù)時(shí)不影響系統(tǒng)的正常工作。

（3）與調(diào)度設(shè)備通信冗余。與國(guó)網(wǎng)調(diào)度中心及省網(wǎng)調(diào)度中心均采用冗余通信設(shè)備和通信通道，與三峽成都梯調(diào)中心采用冗余設(shè)備，多重冗余通信通道。[2]

（4）LCU的冗余。LCU中可編程控制器采用雙CPU、雙機(jī)架背部、雙I/O總線、雙電源模塊、雙通信模塊等冗余設(shè)計(jì)，構(gòu)成高可靠性現(xiàn)地控制系統(tǒng)。雙CPU熱備方式運(yùn)行時(shí)相互之間采用心跳檢測(cè)，在線運(yùn)行的備用控制器同步接收數(shù)據(jù)，并與主用控制器之間采用內(nèi)存映射技術(shù)同步內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，一旦主控制器出現(xiàn)故障，備用控制器立即執(zhí)行控制任務(wù)，使整個(gè)系統(tǒng)的控制流程不會(huì)發(fā)生停頓，控制指令也不會(huì)重復(fù)或遺漏。各LCU與主控級(jí)網(wǎng)絡(luò)之間的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備、通信通道也采用冗余設(shè)計(jì)。

（5）電源冗余。主控級(jí)的UPS電源采用冗余技術(shù)，配置2臺(tái)主機(jī)及3段配電母線，第1段和第2段母線分別接自對(duì)應(yīng)的UPS主機(jī)輸出回路，給具備冗余電源模塊的主控級(jí)設(shè)備或機(jī)柜分別供電，第3段母線由第1段和第2段母線雙路切換供電，為單設(shè)備、單模塊的主控級(jí)設(shè)備供電。

現(xiàn)地控制單元供電電源采用冗余方式，對(duì)控制設(shè)備CPU、機(jī)架采用雙高頻開(kāi)關(guān)電源、雙電源切換器、雙供電母線設(shè)計(jì)；對(duì)觸摸屏、交換機(jī)、I/O回路等采用雙高頻開(kāi)關(guān)電源、單電源切換器、單供電母線設(shè)計(jì)。水機(jī)保護(hù)采用獨(dú)立的直流電源供電。

（6）其他冗余結(jié)構(gòu)。在主控級(jí)設(shè)備、LCU的設(shè)備的設(shè)計(jì)及選用中，還有其他許多結(jié)構(gòu)冗余的形式，比如單臺(tái)計(jì)算機(jī)的冗余CPU、冗余內(nèi)存、冗余電源、冗余風(fēng)扇、冗余接口等；主控級(jí)設(shè)備存儲(chǔ)設(shè)備采用RAID0、1、5等冗余存儲(chǔ)技術(shù)；LCU與外部通信回路構(gòu)成環(huán)路，形成冗余通道；在壩頂設(shè)置冗余的控制室，保證水淹廠房時(shí)對(duì)大壩閘門設(shè)備及其他設(shè)備的控制；在機(jī)組流道閘門設(shè)置冗余的閘門關(guān)閉控制設(shè)備等。

4.1.1.3 功能冗余設(shè)計(jì)

（1）機(jī)組緊急關(guān)閉功能的冗余技術(shù)。針對(duì)水電站機(jī)組水力機(jī)械事故、電氣事故等嚴(yán)重故障，監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了多重化的保護(hù)功能。在LCU的控制器中，設(shè)置了機(jī)組電氣事故停機(jī)功能、水力機(jī)械事故停機(jī)功能，另外配置了獨(dú)立的水力機(jī)械事故停機(jī)功能的繼電器回路，完成冗余的自動(dòng)保護(hù)功能。在機(jī)組LCU、右岸控制室、左岸中控室均設(shè)置了手動(dòng)緊急關(guān)機(jī)按鈕，與中控室操作員站、壩頂操作員站的手動(dòng)操作形成多部位的冗余手動(dòng)關(guān)機(jī)功能。

（2）機(jī)組流道閘門關(guān)閉的冗余技術(shù)。與機(jī)組緊急關(guān)閉功能類似，也實(shí)際了多重化的保護(hù)功能。在LCU的控制器中，設(shè)置了事故關(guān)閉閘門功能，另外配置了獨(dú)立的關(guān)閉閘門功能的繼電器回路，在閘門控制柜中設(shè)置了冗余的事故關(guān)閉控制設(shè)備和回路，完成冗余的自動(dòng)保護(hù)功能。在機(jī)組LCU、右岸控制室、左岸中控室均設(shè)置了手動(dòng)關(guān)閉閘門按鈕，與中控室操作員站、壩頂操作員站的手動(dòng)操作形成多部位的冗余手動(dòng)關(guān)門功能。

（3）冗余調(diào)節(jié)功能。針對(duì)機(jī)組的有功、無(wú)功調(diào)節(jié)，設(shè)置了冗余調(diào)節(jié)功能，一方面可通過(guò)控制器I/O接點(diǎn)逐步調(diào)節(jié)機(jī)組轉(zhuǎn)速/機(jī)組功率，勵(lì)磁電流/無(wú)功功率；另一方面通過(guò)控制通信方式實(shí)現(xiàn)同樣的功能。

（4）輔助設(shè)備的冗余控制。全廠輔助設(shè)備如供氣系統(tǒng)、排水系統(tǒng)均為完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)，由于輔助設(shè)備控制器設(shè)備檔次不高，故障幾率大，監(jiān)控系統(tǒng)在采集信號(hào)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了部分關(guān)鍵的控制功能，實(shí)現(xiàn)冗余控制。

（5）關(guān)鍵信息采集功能冗余。一方面，監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)LCU和主控級(jí)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器采集全廠數(shù)據(jù)信息，在操作員站上可以對(duì)全廠進(jìn)行監(jiān)視；另一方面，監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置獨(dú)立的模擬屏信息采集回路，設(shè)置了模擬屏LCU及其遠(yuǎn)程I/O，從各個(gè)主設(shè)備采集關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并顯示在中控室模擬屏上。關(guān)鍵信息采集冗余功能，使得關(guān)鍵數(shù)據(jù)在操作員站和模擬屏上的信息冗余顯示，互為校核。

4.1.1.4 信息冗余技術(shù)

為避免由于基本數(shù)據(jù)信息錯(cuò)誤而導(dǎo)致錯(cuò)誤的控制策略，在監(jiān)控系統(tǒng)和其他配套系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，關(guān)鍵信息采用冗余技術(shù)。

（1）集水井水位信息。滲漏排水及檢修排水的水位信號(hào)分別采用投入式液位開(kāi)關(guān)和壓力式液位傳感器，監(jiān)控系統(tǒng)分別采集兩種不同原理的水位信號(hào)，互為驗(yàn)證，實(shí)時(shí)監(jiān)視和報(bào)警，避免出現(xiàn)集水井水位過(guò)高造成水淹廠房事故。

（2）機(jī)組事故停機(jī)信息。監(jiān)控系統(tǒng)LCU分別使用SOE模板及DI模板采集繼電保護(hù)裝置的電氣事故停機(jī)信號(hào)，跳GCB、跳直流滅磁開(kāi)關(guān)分別從不同的DO開(kāi)出板卡輸出至單獨(dú)的繼電器，兩個(gè)繼電器的第一路接點(diǎn)信號(hào)串聯(lián)后接入GCB和滅磁開(kāi)關(guān)的第一路跳閘回路，兩個(gè)繼電器的第二路接點(diǎn)信號(hào)串聯(lián)后接入GCB和滅磁開(kāi)關(guān)的第二路跳閘回路，形成信號(hào)的“串聯(lián)-并聯(lián)”冗余。

（3）機(jī)組軸瓦溫度信息。監(jiān)控系統(tǒng)使用兩組RTD冗余信息實(shí)現(xiàn)軸瓦的溫度保護(hù)，LCU的PLC控制器分別采集每個(gè)軸瓦的RTD溫度采集量，如果同一軸承的任意2個(gè)RTD溫度同時(shí)超標(biāo)，將執(zhí)行減負(fù)荷、事故停機(jī)。監(jiān)控系統(tǒng)水機(jī)保護(hù)回路使用另外單獨(dú)的RTD溫度量，在每部軸承的+X，+Y，-X，-Y設(shè)置單獨(dú)的RTD傳感器，水機(jī)保護(hù)回路將4個(gè)溫度信號(hào)2并2串，任意2個(gè)RTD溫度同時(shí)超標(biāo)，執(zhí)行減負(fù)荷、事故停機(jī)。

（4）導(dǎo)葉開(kāi)度信息。機(jī)組LCU一方面采集來(lái)自調(diào)速器的導(dǎo)葉開(kāi)度信息；另一方面使用獨(dú)立的磁致伸縮型接力器位移傳感器采集導(dǎo)葉開(kāi)度信息，兩組信號(hào)互為驗(yàn)證。

（5）機(jī)組電氣量信息。監(jiān)控系統(tǒng)采用兩種類型的元器件（變送器、交流采樣裝置）對(duì)機(jī)組的有功功率、無(wú)功功率進(jìn)行采集，獲取定子電流、功率因數(shù)、定子電壓、轉(zhuǎn)子電流、轉(zhuǎn)子電壓等關(guān)鍵信息，另外又從調(diào)速器、勵(lì)磁系統(tǒng)獲取同樣的信息，保證重要電氣信息的冗余輸入，不會(huì)丟失。

（6）其他信息冗余。其他如直流系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)、輔助控制系統(tǒng)的重要信息都同時(shí)以I/O信號(hào)和通信方式獲取，保證重要信息的完整性。

4.1.2 降額設(shè)計(jì)技術(shù)

降額設(shè)計(jì)是工程設(shè)計(jì)中常用的提高可靠性的方法。工程經(jīng)驗(yàn)證明，大多數(shù)電子元器件在低于額定承載能力條件下工作時(shí)，其故障率較低，可靠性較高。集成電路芯片的電路單元很小，在導(dǎo)體斷面上的電流密度很大，因此在有源結(jié)點(diǎn)上可能有很高的溫度。高結(jié)溫是對(duì)集成電路破壞性最大因素，集成電路降額的主要目的在于降低高溫集中部分的溫度，延長(zhǎng)器件的工作壽命。集成電路降額的主要參數(shù)是電壓、電流或功率以及結(jié)溫。

為保證監(jiān)控系統(tǒng)的高可靠性，在設(shè)備選型方面進(jìn)行了相關(guān)降額設(shè)計(jì)。

（1）主控級(jí)計(jì)算機(jī)的降額設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)要求計(jì)算機(jī)CPU平均負(fù)載率不大于30%，最大負(fù)載率不大于50%；內(nèi)存的使用率不應(yīng)大于80%。以上數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)周期不大于1s。磁盤(pán)的平均使用率不超過(guò)50%（5min統(tǒng)計(jì)周期）。

（2）控制網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載率不超過(guò)50%。

（3）PLC的降額設(shè)計(jì)。PLC兩個(gè)CPU以主/熱備用方式運(yùn)行，每個(gè)CPU負(fù)載率不大于50%（負(fù)荷率統(tǒng)計(jì)周期為1s）。

（4）高頻開(kāi)關(guān)電源降額設(shè)計(jì)。所有電氣盤(pán)柜內(nèi)的交流開(kāi)關(guān)電源、直流開(kāi)關(guān)電源的額定容量選取最大可能負(fù)載的1.5倍。

（5）UPS電源降額設(shè)計(jì)。所有UPS的平均負(fù)載不大于50%。

4.2 GIS智能化控制技術(shù)

4.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

向家壩以智能匯控柜替代了傳統(tǒng)的匯控柜。智能匯控柜以智能控制裝置為核心，通過(guò)智能控制裝置實(shí)現(xiàn)GIS斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、TA、TV等本體設(shè)備的監(jiān)視、控制、閉鎖功能，并將每個(gè)斷路器間隔的信號(hào)匯總到智能裝置。

電廠設(shè)有1套開(kāi)關(guān)站GIS保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)，見(jiàn)圖2。左、右岸電站分別組建GIS保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)雙控制網(wǎng)，分別設(shè)置1套GIS操作員工作站、1套GIS維護(hù)工程師站、1套遠(yuǎn)動(dòng)通信裝置。開(kāi)關(guān)站斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)位置信號(hào)，斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)的分/合閘命令，保護(hù)動(dòng)作信息和測(cè)量信息等均通過(guò)遠(yuǎn)動(dòng)通信裝置與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器對(duì)接。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主控級(jí)負(fù)責(zé)發(fā)操作命令和監(jiān)視GIS設(shè)備狀態(tài)，GIS保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)完成操作的軟件閉鎖、操作過(guò)程及設(shè)備狀態(tài)的反饋[3]。

4.2.2 GIS保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)與電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)接口方案

（1）電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)全站級(jí)的聯(lián)鎖邏輯的實(shí)現(xiàn)（如保護(hù)信息的聯(lián)鎖），GIS智能控制裝置利用各開(kāi)關(guān)位置接點(diǎn)實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖邏輯，并能將連鎖結(jié)果上送電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

（2）GIS智能控制裝置實(shí)現(xiàn)操作過(guò)程中產(chǎn)生的信息及結(jié)果的反饋（反饋遙控操作是否成功，遙控不成功反饋出遙控失敗的原因）。

（3）GIS智能控制裝置實(shí)時(shí)將同期方式狀態(tài)控制字（檢同期合、檢無(wú)壓合）反饋給電站監(jiān)控系統(tǒng)。

（4）500kV開(kāi)關(guān)站各斷路器均設(shè)為同期點(diǎn)，在電站監(jiān)控系統(tǒng)中選擇同期方式并確認(rèn)后，智能控制裝置執(zhí)行同期操作。

4.3 應(yīng)急補(bǔ)水技術(shù)

向家壩水電站處于金沙江通航河段，由于切機(jī)或大范圍負(fù)荷變動(dòng)，會(huì)造成下游水位的波動(dòng)幅度過(guò)大，不利于通航建筑物及船舶安全。為保證航運(yùn)安全，監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了應(yīng)急補(bǔ)水功能。在下泄流量急劇減少的時(shí)候，迅速開(kāi)啟閘門向下游補(bǔ)水，及時(shí)補(bǔ)償發(fā)電流量的減少，限制下游水位的下降幅度，延緩水位的下降速度。

應(yīng)急補(bǔ)水技術(shù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是提前判斷下游水位的變化趨勢(shì)，在實(shí)際運(yùn)行中引入了計(jì)算水位的概念，即通過(guò)實(shí)時(shí)跟蹤電站總出力，根據(jù)出力、耗水率與流量的換算關(guān)系計(jì)算出電站總發(fā)電流量，并加上閘門的當(dāng)前下泄流量計(jì)算出電站當(dāng)前總出庫(kù)流量。根據(jù)下游流量—水位曲線換算出下游水位。根據(jù)計(jì)算水位的變化能夠準(zhǔn)確判斷下游水位的變化趨勢(shì)及可能的變化幅度，從而能夠及時(shí)判斷是否需要進(jìn)行補(bǔ)水。然后根據(jù)當(dāng)前閘門狀態(tài)以及閘門分配原則等邊界條件形成閘門開(kāi)啟策略，包括參與補(bǔ)水的閘門、各扇閘門的設(shè)定開(kāi)度等，在自動(dòng)形成閘門開(kāi)啟策略時(shí)，需要考慮下游消力池的流態(tài)，確保泄水建筑物安全，盡量減輕下游振動(dòng)等限制因素。

監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)推送出閘門補(bǔ)水建議方案和畫(huà)面，在畫(huà)面上顯示當(dāng)前運(yùn)行方式、上下游水位、總流量、補(bǔ)水流量及擬開(kāi)啟的閘門組合及開(kāi)度等相關(guān)信息和操作方案，等待運(yùn)行人員進(jìn)行確認(rèn)。運(yùn)行人員可在聯(lián)控畫(huà)面上對(duì)計(jì)算出的閘門開(kāi)啟策略進(jìn)行審核，必要時(shí)可根據(jù)需要對(duì)預(yù)案進(jìn)行修改，調(diào)整參與補(bǔ)水的閘門組合、修改開(kāi)度等，確認(rèn)無(wú)誤后下發(fā)執(zhí)行指令，也可根據(jù)實(shí)際情況直接取消補(bǔ)水操作。

應(yīng)急補(bǔ)水功能經(jīng)過(guò)聯(lián)動(dòng)模擬試驗(yàn)后投入運(yùn)行。2014～2017年，由于電網(wǎng)換流站故障、送出線路意外短路而導(dǎo)致電廠多臺(tái)機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷，應(yīng)急補(bǔ)水功能成功投入，保證了下游航道安全[4]。

5 結(jié)束語(yǔ)

向家壩水電站是我國(guó)已投運(yùn)的第三大水電站，在系統(tǒng)中有著舉足輕重的地位，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是電站的中樞神經(jīng)，以電站水工結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為依托的三網(wǎng)四層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，冗余設(shè)計(jì)及降額設(shè)計(jì)技術(shù)的采用，GIS智能化匯控柜的研發(fā)及應(yīng)急補(bǔ)水功能的投入，為電站安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力的技術(shù)支撐，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，有助于推動(dòng)國(guó)內(nèi)大型水電站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平的提高，對(duì)在建的同類特大型水電站的建設(shè)具有借鑒意義。