趙勇飛，盧小芳，瞿文鵬，張 茜，王 鵬，陳康貝，楊全付

（北京中水科水電科技開(kāi)發(fā)有限公司，北京 100038）

1 概述

長(zhǎng)龍山抽水蓄能電站位于浙江安吉縣，安裝有6臺(tái)單機(jī)容量350 MW的可逆式機(jī)組，電站平均年發(fā)電量24.35億kW·h，平均年抽水耗電量32.47億kW·h。電站建成投產(chǎn)后，將進(jìn)一步優(yōu)化華東地區(qū)電源結(jié)構(gòu)、改善華東電網(wǎng)運(yùn)行條件。電站由監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行全面監(jiān)視與控制。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

電站監(jiān)控系統(tǒng)廠站層設(shè)備包括相關(guān)服務(wù)器、工作站、網(wǎng)絡(luò)、安防、衛(wèi)星時(shí)鐘設(shè)備等，現(xiàn)地控制層設(shè)置有6套機(jī)組、公用設(shè)備、主變洞、500 kV開(kāi)關(guān)站、中控樓、上庫(kù)現(xiàn)地控制單元。

廠站層及各現(xiàn)地控制單元形成冗余光纖雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，現(xiàn)地網(wǎng)絡(luò)采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，其中重要信息、相關(guān)命令和異常信號(hào)等同時(shí)采用現(xiàn)場(chǎng)總線通信和硬布線I/O連接兩種方式接入，以保障系統(tǒng)可靠性。

3 監(jiān)控系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)

抽水蓄能機(jī)組監(jiān)控對(duì)象和工況較常規(guī)電站更多、轉(zhuǎn)換流程更為復(fù)雜、機(jī)組間以及機(jī)組與公用、上下庫(kù)等設(shè)備信息交互需求量大、啟停頻繁。監(jiān)控系統(tǒng)作為電站監(jiān)視和控制中樞，需適應(yīng)相關(guān)特點(diǎn)及要求，基于安全的理念進(jìn)行各項(xiàng)功能的設(shè)計(jì)，提升系統(tǒng)的可靠性和安全性。

3.1 流程安全設(shè)計(jì)

抽水蓄能機(jī)組控制流程采用模塊化設(shè)計(jì)，滿足各種生產(chǎn)場(chǎng)景下各控制對(duì)象的控制需求，異常響應(yīng)模式，運(yùn)行過(guò)程中的配合需求等，充分考慮靈活性、獨(dú)立性、可擴(kuò)性以及安全可靠性。

（1）控制流程中各工況轉(zhuǎn)換均設(shè)置若干執(zhí)行步，每一執(zhí)行步中可根據(jù)控制需求，執(zhí)行多個(gè)設(shè)備的操作，并監(jiān)視操作反饋情況。

（2）工況轉(zhuǎn)換設(shè)置跨步條件，跨步條件為進(jìn)行下一步執(zhí)行的前置條件，由相關(guān)反饋信號(hào)組合而成。在上一步相關(guān)操作正確執(zhí)行完畢后，跨步條件滿足方執(zhí)行下一步。

（3）控制流程設(shè)置時(shí)間監(jiān)視和安全監(jiān)視，在發(fā)生過(guò)程阻滯時(shí)，在顯示阻滯原因的同時(shí)，自動(dòng)將機(jī)組及有關(guān)設(shè)備轉(zhuǎn)換到安全狀態(tài)。同時(shí)通過(guò)各步實(shí)際執(zhí)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)，分析設(shè)備運(yùn)行和異常情況，優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)。

（4）機(jī)組工況轉(zhuǎn)換流程設(shè)置單步執(zhí)行功能，單步執(zhí)行時(shí)不設(shè)置流程步執(zhí)行超時(shí)跳閘功能；當(dāng)流程跨步條件滿足時(shí)，人工確認(rèn)單步執(zhí)行下一步操作。流程單步執(zhí)行和自動(dòng)執(zhí)行模式可隨時(shí)切換，且不能影響流程的正常執(zhí)行。

（5）控制流程設(shè)置統(tǒng)一的跳閘流程，機(jī)組工況轉(zhuǎn)換異?；蚍€(wěn)態(tài)跳機(jī)時(shí)均執(zhí)行該跳閘流程。

3.2 控制安全設(shè)計(jì)

在安全控制方面提供容錯(cuò)和控制冗余功能，且重要設(shè)備冗余配置。現(xiàn)地安全控制閉鎖措施采用了狀態(tài)檢查、重要信號(hào)表決、RTD梯度及斷線判斷的安全控制技術(shù)。在輸出信號(hào)方面采用了上位機(jī)軟件閉鎖+LCU軟件閉鎖+雙通道DO冗余措施的三重防誤閉鎖措施，防止誤動(dòng)、拒動(dòng)。

3.2.1 冗余配置

監(jiān)控系統(tǒng)采用有效的冗余措施，確保監(jiān)控系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，

（1）相關(guān)服務(wù)器、衛(wèi)星時(shí)鐘等采用熱備冗余配置，冗余配置的雙機(jī)系統(tǒng)互相檢測(cè)和備用，同時(shí)運(yùn)行相同的任務(wù)，當(dāng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)主機(jī)故障時(shí)，備機(jī)可自動(dòng)升為主機(jī)運(yùn)行。主站服務(wù)器電源采用雙機(jī)熱備配置，無(wú)擾動(dòng)切換，廠站層UPS采用雙機(jī)并機(jī)方式工作，具有高可靠性。

（2）系統(tǒng)采用雙網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu)，雙網(wǎng)同時(shí)工作，單網(wǎng)故障系統(tǒng)相關(guān)功能不受影響。

（3）LCU的各環(huán)節(jié)采用冗余措施，采用主用PLC和事故后備PLC兩套獨(dú)立的PLC系統(tǒng)，主用PLC采用雙CPU、雙網(wǎng)卡、雙電源。

3.2.2 軟、硬件雙重閉鎖

對(duì)于重要流程，進(jìn)行軟、硬件雙重閉鎖。

（1）背靠背拖動(dòng)，建立電氣軸；

（2）機(jī)組背靠背拖動(dòng)，兩臺(tái)機(jī)組ESD互跳；

（3）GCB低頻閉鎖分閘；

（4）機(jī)組ESD硬接線跳SFC；

5）電制動(dòng)ECB、GCB合閘閉鎖；

（6）轉(zhuǎn)速≥50%閉鎖ECB合閘。

3.2.3 防誤操作閉鎖

系統(tǒng)根據(jù)被控設(shè)備的運(yùn)行模式和需求，設(shè)置必要的硬、軟件措施，保證各系統(tǒng)間以及控制級(jí)之間的相互閉鎖，并按操作性質(zhì)配置不同操作控制權(quán)限，進(jìn)行分區(qū)域安全控制。

3.3 監(jiān)視安全設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)采用一系列措施構(gòu)建面向值班人員的監(jiān)視平臺(tái)：

（1）智能報(bào)警

抽蓄機(jī)組設(shè)備對(duì)象多、監(jiān)視信息量大，尤其是工況轉(zhuǎn)換過(guò)程中，報(bào)警事件較多。監(jiān)控采用面向?qū)ο髨?bào)警、相關(guān)量分析、邏輯閉鎖等進(jìn)行智能報(bào)警，避免重要信息淹沒(méi)在大量的事件中。

（59）高氏合葉苔 Scapania gaochii X.Fu ex T.Cao，Acta Bot 熊源新等（2006）；楊志平（2006）

（2）運(yùn)行預(yù)警

實(shí)時(shí)監(jiān)視上下庫(kù)庫(kù)容及機(jī)組運(yùn)行情況，判斷可發(fā)電/抽水時(shí)間，提前預(yù)警。對(duì)溫度、振擺、油泵等進(jìn)行趨勢(shì)智能診斷，對(duì)亞健康的設(shè)備進(jìn)行預(yù)警。

（3）實(shí)時(shí)診斷

系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)視流程執(zhí)行情況、診斷故障信息、標(biāo)識(shí)故障情況。在實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前各跨步條件狀態(tài)的同時(shí)，記錄故障時(shí)刻的各跨步條件狀態(tài)，以迅速定位故障，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組控制流程的實(shí)時(shí)診斷。

3.4 通信安全設(shè)計(jì)

系統(tǒng)充分采用數(shù)字通信方式進(jìn)行信息交互，采用多種措施保證通信數(shù)據(jù)的可靠性和安全性。

（1）多通道通信

監(jiān)控系統(tǒng)與上級(jí)調(diào)度、AVC子系統(tǒng)、計(jì)劃曲線系統(tǒng)、事故總系統(tǒng)等采用多通道通信方式，單通道的故障不影響數(shù)據(jù)與命令的交互。

對(duì)于各通信通道實(shí)時(shí)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)視，通道異常報(bào)警。

（3）通信數(shù)據(jù)可信判斷

對(duì)于通信數(shù)據(jù)進(jìn)行可信判斷，在通道異?；驍?shù)據(jù)異常時(shí)置數(shù)據(jù)質(zhì)量位異常，不參與控制過(guò)程。

3.5 緊急操作安全設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)置獨(dú)立光纖硬布線緊急操作回路，通過(guò)安裝在地下廠房不同部位的3套水位測(cè)量裝置，進(jìn)行“三取二”邏輯判斷水淹廠房信號(hào)。

在水淹廠房信號(hào)動(dòng)作后，觸發(fā)緊急關(guān)閉命令至上庫(kù)各進(jìn)出水口閘門(mén)，輸出各機(jī)組的緊急停機(jī)命令至各機(jī)組緊急停機(jī)硬布線回路，并根據(jù)閉鎖條件對(duì)應(yīng)輸出機(jī)組尾水閘門(mén)緊急關(guān)閉命令至各機(jī)組尾水閘門(mén)。同時(shí)將水淹廠房信號(hào)傳送至中控室消防系統(tǒng)，啟動(dòng)水淹廠房的逃生廣播；傳送至地下廠房的區(qū)域火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，啟動(dòng)各區(qū)域水淹廠房的聲光報(bào)警。

3.6 負(fù)荷成組安全設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)置負(fù)荷成組及緊急支援控制功能，根據(jù)電站實(shí)時(shí)獲取的總有功負(fù)荷指令或通過(guò)計(jì)劃曲線系統(tǒng)獲取負(fù)荷曲線，進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算分配以及自動(dòng)開(kāi)停機(jī)組控制，滿足電網(wǎng)的負(fù)荷需求。

（1）成組自動(dòng)退出策略

系統(tǒng)在軟硬件故障、通道故障等情況發(fā)生時(shí)自動(dòng)退出全廠或單機(jī)功能。

（2）參數(shù)辨識(shí)

系統(tǒng)對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)控制，當(dāng)檢測(cè)到的異常參數(shù)時(shí)，保持上一時(shí)刻負(fù)荷并告警提示。

（3）運(yùn)行限制

系統(tǒng)根據(jù)電站設(shè)備狀態(tài)和運(yùn)行方式實(shí)施限制運(yùn)行，并按限制方式相應(yīng)的參數(shù)和電站可調(diào)容量實(shí)施控制。

4 結(jié)束語(yǔ)

長(zhǎng)龍山抽水蓄能電站作為“高水頭、高轉(zhuǎn)速、大容量”電站，監(jiān)控系統(tǒng)軟件功能、工況轉(zhuǎn)換流程、相關(guān)設(shè)備控制邏輯的安全性至關(guān)重要，系統(tǒng)設(shè)計(jì)上充分考慮抽蓄電站各子系統(tǒng)及設(shè)備的控制需求、通信接口，各異常情況下的響應(yīng)模式，運(yùn)行過(guò)程中的配合需求。可為其他同類(lèi)電站監(jiān)控系統(tǒng)提供經(jīng)驗(yàn)與借鑒。