百丈漈梯级水电厂监控系统设计与应用

季余忠，邓小刚，辛 俊

(1.温州百丈水力发电厂，浙江 文成 325300；2.北京中水科水电科技开发有限公司,北京 100038)

百丈漈梯级水电厂监控系统设计与应用

季余忠1，邓小刚2，辛 俊2

(1.温州百丈水力发电厂，浙江 文成 325300；2.北京中水科水电科技开发有限公司,北京 100038)

介绍温州百丈漈水力发电厂概况，说明改造前的控制方式和存在的主要问题，提出建设梯级水电厂发电机

组计算机监控系统的构想和实用化设计，叙述计算机监控系统建成后的运行与改进情况。

计算机；监控系统；梯级；设计；应用

0 概述

温州百丈漈水力发电厂位于浙江省文成县境内，辖飞云江支流泗溪中游梯级开发的一、二级水电站。1960年8月20日一级水电站建成投产，装机容量2×12.5MW。1970年9月1日二级水电站建成投产，装机容量2×6MW。

随着百丈漈二级水电站的竣工投产，温州百丈漈水力发电厂最终形成了37MW的装机规模，成为温州地区重要的调峰电厂。46年来，累计发电量近50亿kW·h，有力地推动了温州地区的经济发展。同时，科学调度具有年调节能力的百丈漈水库，可以大大提高位于水库下游的文成县县城和沿溪各村镇的防洪抗旱能力。

跨入新世纪，温州百丈漈水力发电厂制定了创一流企业发展规划，利用计算机技术，积极进行发电生产自动化改造，努力提高全员劳动生产率。正是在这一背景下，温州百丈漈水力发电厂一、二级电站的梯级水电厂计算机监控系统的实用化设计与应用被列入了企业的发展规划，成为发电生产自动化系统的重要内容。

1 改造前的控制方式和存在的主要不足

改造前发电机组的顺序控制是由传统的继电器组合来实现的。传统的继电器组合逻辑控制方式的特点是技术要求低、投资也相对较少。主要不足是：①体积庞大。实现复杂的逻辑控制时需要很多的继电器组合在一起才能达成目的，从而占用很多空间。②动作速度慢，实时性差。传统继电器动作时有一个固有的动作时间，当较多的继电器组合在一起去完成一个逻辑功能时，其累加的固有动作时间就很长。③适用性和适应性差。常规继电器接点不能多次使用，生产工艺变化时，改变困难。④存储记忆能力极低。现代系统极其复杂，要判断一种状态是否正常在控需要大量的状态量和数据量。但继电器的组合只能极其有限地存储记忆几个简单的状态量，而无法存储记忆数据量，根本无法满足现代系统的运行控制要求。⑤接线复杂，可靠性不高，维护及检修也很不方便。

总之，传统的控制方式只能实现基础性的简单自动控制，根本没办法实现“无人值班”水电站所要求的实时性、可靠性、可维护性、可利用率和可扩充性的控制系统的要求。

2 梯级水电厂算机监控系统的构想和实用化设计

温州百丈漈水力发电厂一、二级电站计算机监控系统选择了北京中水科水电科技开发有限公司的H9000系列计算机监控系统。该系统充分吸收借鉴了国际上水电自动化领域成熟技术，具有完全知识产权充分，具有良好的可靠性、可扩充性和可移植性，并支持异型机互联。

2.1 一、二级电站计算机监控系统结构和配置的实用化设计

温州百丈漈水力发电厂一、二级站的计算机监控系统采用H9000系统作为全分布开放式网络控制系统。系统分三层：梯调中心控制层、站级控制层以及现地控制单元层。三层之间采用100MB快速以太网总线，本系统的网络结构为单网结构，网络通讯介质采用高性能的网络交换机和光纤实现。系统具有较高的传输速率和良好的抗电磁干扰能力。梯调中心主机、厂站层主机、工程师工作站、通讯处理机、打印报表工作站及公用LCU布置在中控室、计算机室和继保室，因距离网络交换机较近，采用高品质屏蔽双绞线介质连接；各机组现地层现地控制单元(LCU)距离机房网络交换机较远，则通过光缆相连。

（1） 梯调中心控制层

1）系统主机／操作员工作站

主机工作站两套，采用HP XW4400工作站。每套配两个21"液晶显示器。两台主机以互为热备方式工作，正常时，一台完成监视控制任务，另一台则进行正常监视。当监控工作站故障或退出时，监视工作站可自动或手动升为监控站，完成监控任务。主机/操作员工作站放在二级站中控室。

操作员工作站是全厂集中监视和控制的中心和人机接口，用来实现电厂的实时图形显示、各种事件的画面、各种报表显示、报警和复归的显示、系统自诊断信息的显示、操作员操作权限的登录及其管理、设备的控制操作、系统配置等操作处理。

2）工程师/培训工作站

工程师/培训工作站一套，采用HP XW4300工作站。用于修改定值，增加和修改画面，并可进行系统维护、软件开发工作及远程诊断等。此外，还可用于离线设置，对运行人员进行仿真培训。工程师/培训工作站还配有1台LQ-1600KⅢ打印机和56K调制解调器。该打印机用于程序输出和报表（报警）打印的备用，调制解调器用于远方诊断通讯连接。

3）通信/打印服务器

通信/打印服务器采用HP XW4300工作站（配有8串口板）。该计算机安装在计算机室。用于实现内部通讯、与地调通讯；接收GPS对时时钟信号对梯调的计算机设备进行对时；用于实现手机查询及启动手机通信发送报警信息；并用于连接一台网络打印机。

4）历史数据库及报表服务器

历史数据库及报表服务器采用HP ML370G4服务器。主要用于历史数据的保存和常用报表的形成等。

5）网络设备

考虑到同轴电缆及双绞线的传输距离有限，并考虑现场干扰及网络技术的发展，选用100M高速光纤以太网。所选用的网络设备为CISCO 2914100M网络交换机，其配置有24个100M RJ45接口和4个100M SC光纤接口。

4 套机组LCU与CISCO间通讯介质为四芯多模光纤，系统内其它计算机与CISCO交换机间的通讯介质为8芯5类双绞线。因二级电站与网络柜之间距离较近，所以机组LCU与交换机之间的连接采用的5类双绞线。

6）打印机

打印机配三台，一台LQ-1600KⅣ打印机和一台HP500彩色激光打印机接通信/打印工作站，一台LQ-1600KⅣ打印机接工程师工作站。

7）不间断电源（UPS）

本系统梯调中心(含二级站站调系统设备)配置两套在线式电力专用交/直流输入SW-10003kVA。

（2）站级控制层（以一级站为例)

1）系统主机／操作员工作站

主机／操作员工作站两套，采用32位HP XW4100工作站。每套配两个19"大屏幕彩色显示器。两台主机以互为热备方式工作，正常时，一台完成监视控制任务，另一台则进行正常监视。当监控工作站故障或退出时，监视工作站可自动或手动升为监控站，完成监控任务。主机／操作员工作站放在中控室。

主机／操作员工作站用于完成对整个电站的计算机监控系统的管理，数据库管理，在线及离线计算，各图表曲线的生成，事故、故障信号的分析处理等功能。

2）网络设备

考虑到同轴电缆及双绞线的传输距离有限，并考虑现场干扰及网络技术的发展，选用100M高速光纤以太网。所选用的网络设备为CISCO 2914100M网络交换机，其配置有24个100M RJ45接口和4个100M SC光纤接口。

3）不间断电源（UPS）

本系统主控级配置两套在线式电力专用交直流两用电源CKD3kVA/220R，保证了监控系统电源的可靠性。

4）打印机

一级站配置LQ-1600KⅢ、HPLJ5000LE和BJC-4650打印机各一台，接主机／操作员工作站和工程师工作站。

5）工程师／培训工作站

工程师／培训工作站一套，采用32位COMPAQ AP200工作站。用于修改定值，增加和修改画面，并可进行系统维护、软件开发及远程诊断等。此外，还可用于离线设置，对运行人员进行仿真培训。工程师兼培训工作站安装在计算机室。

工程师／培训工作站还配有BJC4650打印机和 56K调制解调器。该打印机用于程序输出和报表（报警）打印的备用，调制解调器用于远方诊断通讯连接。

6）通信工作站

通信工作站1套，采用32位COMPAQ AP200工作站。该计算机安装在计算机室。用于实现与水情自动测报系统和地调等的通讯。

7）GPS 时钟系统

GPS时钟系统一套，用于完成与监控系统对时。其与站调层对时采用串行口，与现地层对时则采用无源脉冲接点。GPS时钟系统还可给其它如保护、故障录波等提供对时信号。

因二级电站目前与梯调中心在同一室(中控室)，所以二级电站的站调系统中取消了工程师工作站和通信服务器等设备。

（3）现地控制层

现地层采用现地控制单元(LCU)与专用功能装置既相互配合，又相对独立的设计原则，以提高系统的可靠性和整体性。LCU主机与外部独立装置以通讯方式进行数据交换。

每个电站各设有3套现地控制单元（LCU）。其中：2套机组LCU，1套公用设备及开关站LCU。LCU完成对监控对象的数据采集及数据预处理，负责向网络传送数据信息，并自动服从调度层上位机的命令和管理。同时各LCU也具有控制、调节操作和监视功能，配备有液晶触摸屏，当与上位机系统脱机时，仍具有必要的监视和控制功能。LCU由现地人机联系终端（一般为触摸屏）﹑控制器（一般由可编程控制器，简称PLC）、各种I/O通道（PLC的I/O模板）、各种智能装置（如微机自动准同期装置﹑温度巡检装置﹑电度表、交流采样装置等）、通讯控制器、电源装置、把手按钮等附件组成。

1）液晶触摸屏

每套LCU配有Pro-face GP系列触摸屏一个：液晶屏：12.1"彩色；分辨率：640x480；内存：4M；主频：100MHz；扩展接口：打印/以太网/音频/RS232。主要用于现地人机联系终端

2）现地PLC

每台LCU配有高性能的GE90-30可编程序控制器1套，完成系统的数据采集及设备的调节与控制（包括顺控）。控制器不仅实时性指标要高，还应有相当高的可靠性。并配有IC693CMM321网络模块一块用于PLC直接上以太网。

GE 90-30系列PLC可编程控制器属同类产品中的高档产品，具有很高的性能价格比，在国内大中小水电站均有广泛的应用，且编程维护简单方便，技术支持好，产品性能稳定，槽位互换、可选模块丰富，组态灵活、扩展便捷、维护简单等特点。

3）通讯控制器

采用台湾MOXA UC-7410-LX 10/100M,其有8个串口(RS232/422/485)，实现与各智能装置及各种辅机设备的通讯，辅机设备如微机调速器、微机励磁、微机保护、以及油、水、风系统自动控制装置等。

4）智能装置

温度测量装置：发电机线圈、定子、主变、冷、热风温度等温度信号由温度巡检仪采集，并以通讯方式送至通讯控制器。温度巡检装置采用合肥工大生产WXY-IV，接口采用RS-485，测量路数48路。

同期装置：机组和开关站及公用LCU各配有一台深圳智能公司生产的SID-2型多对象微机同期装置，用于机组与系统并网。

机组交流采样装置采用GE公司的IC693PTM101模块，其集成了电流、电压、有功、无功等电量的采集。

5） 不间断电源（UPS）

每台LCU各配置一台SW-10001kVA交直流220V输入的在线式电力专用电源。

6）LCU数据通信结构图

图1显示了LCU通信结构图。不同的LCU，其扩展串口所接设备的数量可能不同，开关站和公用LCU不配置温度巡检设备。

图1 LCU数据通信结构图

3 改造后运行情况

一级电站计算机监控系统于2005年5月投入运行，2007年6月随着二级电站和梯调计算机监控系统的建成投运，温州百丈漈水力发电厂计算机监控系统全部完成并投入运行。2年来，监控系统的各类自动化元件运行正常，动作可靠，监控系统整体运行良好。

4 结束语

温州百丈漈水力发电厂计算机计算机监控系统的成功建设与投运，达到了下面四个目标：

一是提高了发电生产自动化运行水平，减轻了运行劳动强度，提高了工作效率。监控系统投运后，大大提高了百丈漈水电厂一级站综合自动化运行水平，实现了一级站的"四遥"功能。比如机组开机，只须在站调或梯调下达一个开机令，就能实现机组从开机到并网到调节负荷的整个过程，并能在站调和梯调通过开机流程图实时监视机组的整个自动开机并网过程。此外，故障语音报警、事故追忆、事件顺序记录、操作记录和报表打印等功能，友好的人机界面及完善丰富的CRT显示系统，极大地方便了运行人员的操作和监视，减轻了运行人员的劳动强度，使运行人员从以往繁琐的监盘、抄表工作中解放出来，提高了工作效率。

二是提高了安全生产运行水平。监控系统的投产运行，不但提高了设备的综合自动化程度和可靠性程度，也提高了该厂的安全生产运行水平。采用微机准同期自动并网装置后，缩短了起动并网时间；同时还提高了机组并网的精确度，减少机组的冲击，延长了机组寿命。监控系统的成功投入，减少了运行人员误操作的机率，为运行人员的正常运行操作特别是异常情况下处理，提供了智能化指导，有利于缩短事故处理时间。监控系统具有的高分辨率事故追忆、事件顺序记录和操作记录功能，提供了详细的各种保护动作及操作顺序的时间记录，为分析事故原因及消除事故隐患提供了充分真实可靠的第一手依据，为安全生产提供可靠保障。

三是降低了发电耗水量，提高了经济效益。监控系统运行后，把发电机组的平均并网时间缩短为传统控制方式下的机组开机并网平均时间（不少于180s）的1／3，机组空载时间大大缩短，节约大量空载损耗，提高了经济效益。

四是实行了“无人值班（少人值守）”，达到了减人增效的目的。监控系统建成并投入运行后，发电运行人员由7-8人减少5人，开始实施“无人值班”（少人值守）的运行管理模式(一级电站为少人值守)，使大部份运行人员从三班倒的岗位上解放出来，达到了减人增效的目的。

[1]方辉钦等.现在水电厂计算机监控技术与试验[M].中国电力出版社·2004.3.

[2]应敏华等.电力系统监控技术[M].上海电力学院，1999.6.

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[4]王德宽.水电厂综合自动化及“无人值班”技术［M］.中国电力出版社，2001.1.

[5]百丈漈水力发电厂志[M].(浙江省电力工业志丛书).当代中国出版社，1997.12.

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1672-5387（2010）03-0032-03

2010-04-28

季余忠（1969-），男，浙江省百丈祭水电厂副厂长，工程师，从事电力系统自动化的研究和管理工作。