李洪宇

（中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林省長(zhǎng)春市 130000）

0 引言

西藏金河瓦托水電站是以發(fā)電為主的中型水電站，為壩后式廠房，電站裝設(shè)3臺(tái)混流式水輪發(fā)電機(jī)組，其中兩臺(tái)大機(jī)單機(jī)容量為21MW，小機(jī)單機(jī)容量為8MW，小機(jī)兼顧生態(tài)流量，總裝機(jī)容量為50MW。1號(hào)機(jī)組與1號(hào)主變壓器采用一機(jī)一變單元接線；2號(hào)機(jī)組、3號(hào)機(jī)組與2號(hào)主變壓器采用二機(jī)一變接線，以220kV一級(jí)電壓等級(jí)接入系統(tǒng)，出線2回，本期1回接入瀾滄江220kV變電站，遠(yuǎn)期預(yù)留一回至勒珠水電站。電站按“少人值守”（無(wú)人值班）原則設(shè)計(jì)，為達(dá)到電站的高可靠性運(yùn)行要求，提高電站的自動(dòng)化監(jiān)控水平，降低勞動(dòng)生產(chǎn)強(qiáng)度，采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控對(duì)全廠生產(chǎn)進(jìn)行監(jiān)視控制，也為以后實(shí)現(xiàn)流域梯級(jí)控制奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。

1 網(wǎng)絡(luò)的選擇

由于本工程機(jī)組較少，故采用100Mb/s雙星型網(wǎng)絡(luò)，星型網(wǎng)絡(luò)采用高速交換機(jī)，控制簡(jiǎn)單、故障診斷和隔離容易、信道利用率高，還可防止網(wǎng)絡(luò)通道的中斷引起現(xiàn)地層控制的中斷。電站控制層與現(xiàn)地控制層采用多模光纖；中控室、計(jì)算機(jī)室設(shè)備通過站控層交換機(jī)，采用雙絞線，實(shí)現(xiàn)站控層設(shè)備間的連接通信。

2 系統(tǒng)配置選擇

電站級(jí)監(jiān)控設(shè)備2臺(tái)上位機(jī)、2臺(tái)系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)器、2臺(tái)調(diào)度通信工作站、2臺(tái)站控層交換機(jī)采用雙機(jī)熱備用工作方式，保證監(jiān)控不會(huì)出現(xiàn)中斷，提高電站運(yùn)行的可靠性。1套時(shí)鐘裝置[3]，1臺(tái)廠內(nèi)通信工作站和1臺(tái)工程師工作站。

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)供電配置兩組冗余的、互為備用的不間斷電源（UPS）[4]，不間斷電源不單獨(dú)配置蓄電池，直流電源輸入取自全廠蓄電池，交流輸入取自一次廠用交流電源，正常情況下不間斷電源由廠用交流電源供電，交流電源消失時(shí)，由全廠蓄電池供給逆變器，當(dāng)兩臺(tái)不間斷電源的整流和逆變部分都發(fā)生故障但交流電源完好時(shí)，交流電源經(jīng)過旁路開關(guān)直接供給負(fù)荷。不間斷電源采用并聯(lián)冗余方式，即兩組相同的不間斷電源都能單獨(dú)供給全部負(fù)荷，正常運(yùn)行時(shí)，兩組不間斷電源并聯(lián)供電，當(dāng)一組不間斷電源故障時(shí)，另一組不間斷電源向全部負(fù)荷供電。

現(xiàn)地控制單元[5]共設(shè)6個(gè)，LCU1～3為機(jī)組現(xiàn)地控制單元，LCU4為廠用、公用現(xiàn)地控制單元，LCU5為220kV GIS系統(tǒng)現(xiàn)地控制單元，LCU6為大壩現(xiàn)地控制單元。220kV GIS系統(tǒng)現(xiàn)地控制單元（LCU5）可編程CPU模塊采用雙重化冗余配置，其他現(xiàn)地控制單元僅采用單套配置，CPU模塊配置雙通信口。

全廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備均由南瑞水電提供，詳細(xì)系統(tǒng)配置圖參見圖1。

3 現(xiàn)地級(jí)控制單元選擇配置

3.1 機(jī)組現(xiàn)地控制單元

機(jī)組現(xiàn)地控制單元為L(zhǎng)CU1～3，均配置1面15寸液晶觸摸屏、2臺(tái)交換機(jī)、1個(gè)通信管理模塊、1臺(tái)交流采樣裝置[6]、1臺(tái)溫度巡檢裝置、機(jī)組可編程及水力機(jī)械事故保護(hù)可編程等組成。

可編程采用MB80，包括2塊32點(diǎn)SOE量輸入模塊（MB80 IIM214E），共計(jì)64點(diǎn)；8塊32點(diǎn)開關(guān)量輸入模塊（MB80 DIM214E），共計(jì)256點(diǎn)；3塊32點(diǎn)開關(guān)量輸出模塊（MB80 DOM214E），共計(jì)96點(diǎn)；2塊16通道的模擬量輸入模塊（MB80 AIM214E），共計(jì)32點(diǎn)；1塊4通道模擬量輸出模塊（MB80 AOM214E）。

水力機(jī)械事故保護(hù)可編程采用MB40，包括2塊32點(diǎn)開關(guān)量輸入模塊（MB40 DIM214E），共計(jì)64點(diǎn)；1塊32點(diǎn)開關(guān)量輸出模塊（MB40 DOM214E）。

機(jī)組可編程和水力機(jī)械事故保護(hù)可編程通過以太網(wǎng)接入交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的通信。

機(jī)組電氣故障、電氣事故、機(jī)械故障、機(jī)械事故信號(hào)均接入機(jī)組可編程，執(zhí)行電氣事故和機(jī)械事故的停機(jī)流程。重要的水力機(jī)械事故信號(hào)接入水力機(jī)械事故保護(hù)可編程，執(zhí)行水力機(jī)械事故停機(jī)流程。當(dāng)發(fā)生重要的水機(jī)事故或現(xiàn)地控制單元冗余系統(tǒng)全部故障或工作電源全部失去時(shí)，水力機(jī)械事故停機(jī)可編程執(zhí)行完整的停機(jī)過程控制。水力機(jī)械事故停機(jī)的可編程控制器電源與現(xiàn)地控制單元的相獨(dú)立，其輸入信號(hào)也與現(xiàn)地控制單元的相獨(dú)立，事故停機(jī)的可編程控制器的功能簡(jiǎn)單，僅在過速、軸承瓦溫過高、事故低油壓、按下事故停機(jī)按鈕、關(guān)閉進(jìn)水閥按鈕等情況下啟動(dòng)[7]。

機(jī)組調(diào)速器、勵(lì)磁、油壓裝置、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、測(cè)速裝置、保護(hù)裝置通過RS485[8]網(wǎng)絡(luò)，接入通信管理模塊，實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的通信。

圖1 瓦托水電站全廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Figure 1 Computer monitoring system of watuo hydropower station

3.2 廠用及公用現(xiàn)地控制單元

廠用及公用現(xiàn)地控制單元為L(zhǎng)CU4，配置1面15寸液晶觸摸屏、2臺(tái)交換機(jī)、1個(gè)通信管理模塊、4臺(tái)交流采樣裝置及可編程等組成。

可編程采用MB80，包括2塊32點(diǎn)SOE量輸入模塊（MB80 IIM214E），共計(jì)64點(diǎn)；8塊32點(diǎn)開關(guān)量輸入模塊（MB80 DIM214E），共計(jì)256點(diǎn)；3塊32點(diǎn)開關(guān)量輸出模塊（MB80 DOM214E），共計(jì)96點(diǎn)；2塊16通道的模擬量輸入模塊（MB80 AIM214E），共計(jì)32點(diǎn)。

可編程通過以太網(wǎng)接口接入交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的通信。

廠房滲漏排水泵控制系統(tǒng)、廠房檢修排水泵控制系統(tǒng)、制動(dòng)空壓機(jī)控制系統(tǒng)、檢修空壓機(jī)控制系統(tǒng)、消防水泵控制系統(tǒng)和直流系統(tǒng)通過RS485網(wǎng)絡(luò)，接入通信管理模塊，實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的通信。

廠用變壓器保護(hù)裝置均安裝在各自的高壓開關(guān)柜內(nèi)，通過廠用變保護(hù)專用網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)接入廠用及公用現(xiàn)地控制單元，實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的通信。

3.3 220kV GIS系統(tǒng)現(xiàn)地控制單元

220kV GIS系統(tǒng)現(xiàn)地控制單元為L(zhǎng)CU5，配置1面15寸液晶觸摸屏、2臺(tái)交換機(jī)、1個(gè)通信管理模塊、6臺(tái)交流采樣裝置及可編程等組成。

可編程采用MB80，包括3塊32點(diǎn)SOE量輸入模塊（MB80 IIM214E），共計(jì)96點(diǎn)；10塊32點(diǎn)開關(guān)量輸入模塊（MB80 DIM214E），共計(jì)320點(diǎn)；2塊32點(diǎn)開關(guān)量輸出模塊（MB80 DOM214E），共計(jì)64點(diǎn)；1塊16通道的模擬量輸入模塊（MB80 AIM214E）。

可編程通過以太網(wǎng)接口接入交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的通信。

GIS在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、主變壓器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、母線保護(hù)裝置、主變壓器保護(hù)裝置、線路保護(hù)裝置和故障錄波通過RS485網(wǎng)絡(luò)，接入通信管理模塊，實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的通信。

3.4 大壩現(xiàn)地控制單元

大壩現(xiàn)地控制單元為L(zhǎng)CU6，配置1面15寸液晶觸摸屏、2臺(tái)交換機(jī)、1個(gè)通信管理模塊及可編程等組成。

可編程采用MB80，包括1塊32點(diǎn)SOE量輸入模塊（MB80 IIM214E），共計(jì)32點(diǎn)；6塊32點(diǎn)開關(guān)量輸入模塊（MB80 DIM214E），共計(jì)196點(diǎn)；2塊32點(diǎn)開關(guān)量輸出模塊（MB80 DOM214E），共計(jì)64點(diǎn)；1塊16通道的模擬量輸入模塊（MB80 AIM214E）。

可編程通過以太網(wǎng)接口接入交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的通信。

大壩廊道排水泵控制系統(tǒng)通過RS485網(wǎng)絡(luò)，接入通信管理模塊，實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的通信。

4 系統(tǒng)功能

4.1 調(diào)度級(jí)功能

瓦托水電站受西藏區(qū)調(diào)或昌都地調(diào)調(diào)度。電站監(jiān)控系統(tǒng)通過調(diào)度通信工作站向西藏區(qū)調(diào)或昌都地調(diào)EMS系統(tǒng)發(fā)送上行遙測(cè)、遙信量，接收西藏區(qū)調(diào)或昌都地調(diào)EMS系統(tǒng)下行的遙控、遙調(diào)量，直接控制機(jī)組或經(jīng)電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)電站控制級(jí)控制和調(diào)節(jié)整個(gè)電廠；另外，通過調(diào)度通信工作站與調(diào)度中心的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)進(jìn)行批量數(shù)據(jù)信息交換，按調(diào)度要求將數(shù)據(jù)上送調(diào)度中心。

4.2 電站控制級(jí)功能

瓦托水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能夠迅速、準(zhǔn)確、有效地完成對(duì)本電站被控對(duì)象的安全監(jiān)控。電站控制級(jí)具有數(shù)據(jù)采集與處理、實(shí)時(shí)控制和調(diào)節(jié)、參數(shù)設(shè)定、監(jiān)視、記錄、報(bào)表、運(yùn)行參數(shù)計(jì)算、通信控制、系統(tǒng)診斷、系統(tǒng)仿真、軟件開發(fā)和畫面生成、系統(tǒng)擴(kuò)充（包括硬件、軟件）、運(yùn)行管理和操作指導(dǎo)等功能。通過大屏幕、操作員工作站、語(yǔ)音/電話報(bào)警設(shè)備、工業(yè)電視等設(shè)備，豐富了人機(jī)接口功能。

4.3 現(xiàn)地控制級(jí)功能

4.3.1 機(jī)組現(xiàn)地控制單元（LCU1~3）功能

能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理；在液晶觸摸屏上實(shí)時(shí)顯示與安全監(jiān)視，并具備控制與調(diào)節(jié)功能；通過計(jì)算機(jī)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信；具有自診斷功能。

4.3.2 其他現(xiàn)地控制單元（LCU4~6）功能

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理；在液晶觸摸屏上實(shí)時(shí)顯示與安全監(jiān)視；通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)保障數(shù)據(jù)通信；并能實(shí)現(xiàn)自診斷功能。

5 結(jié)束語(yǔ)

瓦托水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，具有對(duì)監(jiān)控對(duì)象進(jìn)行監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集與處理、運(yùn)行計(jì)算和數(shù)據(jù)交換、操作培訓(xùn)等多方面功能，同時(shí)能夠接收調(diào)度指令，并將所需數(shù)據(jù)傳送到調(diào)度，對(duì)整個(gè)電站進(jìn)行有效的監(jiān)控，全面提高其自動(dòng)化運(yùn)行水平和管理水平，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)節(jié)能增發(fā)，也有助于提高提高電網(wǎng)的自動(dòng)化運(yùn)行水平和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。