龙头石水电站计算机监控系统设计与功能

周永滨，赵勇飞，刘华平，任 翔，白 莹，宋乃兴

(⒈中国水利水电科学研究院中水科技公司，北京100038；⒉大渡河龙头石水电开发有限责任公司，四川 石棉 625409)

0 概述

大渡河龙头石水电站坝址位于四川省石棉县境内大渡河上，距下游石棉县城约23 km，距上游泸定县城约93 km。坝址控制流域面积6.3万km2，多年平均流量1 020 m3/s。正常蓄水位以下库容约1.199亿m3，调节库容0.167亿m3，具有日调节能力。电站地面厂房装设4台水轮发电机组，单机容量为175 MW，额定水头45 m，最大水头53 m，最小水头41.9 m。电站单独运行时年发电量31.18亿kW·h，梯级联合运行时年发电量32.73亿kW·h。电站以550 kV电压等级接入电力系统。

电站升压楼布置在主厂房上游侧。升压楼第一层为发电机电压配电装置层，布置有发电机电压离相封闭母线和发电机出口断路器；升压楼第二层为主变压器层，布置有2台主变压器；升压楼第三层为550 kV GIS层，布置有550 kV GIS设备和1台安装和检修GIS用的10 t（暂定）桥式起重机；升压楼顶为出线场，布置有550 kV出线设备。

电站采用550 kV一级电压接入电力系统，发电机－变压器组接线方式为扩大单元接线，装设发电机出口断路器，发电机额定电压为15.75 kV。全厂设2台400 MVA的主变压器。550 kV侧共1回出线，采用三角形接线，3组550 kV断路器单列布置。

电站按“无人值班”（少人值守）设计，全站采用计算机监控系统监视控制。

1 设计原则

（1）龙头石水电站按照“无人值班，少人值守”的原则设计。电站按能实现现地、远方监控的指导思想进行总体设计和配置。

（2）通过目前广泛使用的通用现场总线或者串行接口等实现电站计算机监控系统与电厂保护系统、励磁装置、调速器装置、直流系统、公用和辅助设备控制系统等之间的通信。

（3）系统配置和设备选型应符合计算机发展的特点，充分利用计算机领域的先进技术，系统达到当前的国际先进水平。

（4）系统应高度可靠、冗余，其本身的局部故障不应影响现场设备的正常运行，系统的MTBF、MTTR及各项可用性指标均应达到中国电力部部颁《水电厂计算机监控系统基本技术条件(DL/T578-95)》的规定。

（5）系统为全分布、全开放系统，既便于功能和硬件的扩充，又能充分保护应用资源和投资，分布式数据库及软件模块化、结构化设计，使系统能适应功能的增加和规模的扩充，并能自诊断。

（6）实时性好、抗干扰能力强。

（7）人机接口界面友好、操作方便。

计算机监控系统采用双环网设计，其结构图如图1所示。

2 系统功能

计算机监控系统应能实时、准确、有效地完成对本站被控对象的安全监控。其主要功能如下：

2.1 控制与调节方式

正常运行时，由电站计算机监控系统对现地各LCU及设备进行远方实时控制、安全监视及调度管理。

当主干网络故障使得电站的现地控制单元与计算机监控系统联系中断时，可通过现地控制单元或移动MMI进行相关控制、操作及监视。

计算机监控系统应具有多种调控方式，以满足水电站运行的需要。为了保证控制和调节的正确、可靠，操作步骤按“选择－确认－执行”的方式进行，并且每一步骤都应有严格的软件校核、检错和安全闭锁逻辑功能，硬件方面也应有防误措施。

2.2 控制方式

现地控制单元设置：全自动控制和手动分步控制。

图1 龙头石电站计算机监控系统网络结构图

电站级：全自动控制。

上级控制中心：全自动控制。

在电站的现地控制单元上设置“远方/现地”选择开关，电站级上设置“远方/现地”选择软开关。只有当现地控制单元上的该选择开关切至“远方”时，才允许水电站电站级控制；当现地控制单元“远方/现地”选择开关和电站级上软开关均切至“远方”时，才能由上级调度和集控中心远方控制。这样保证系统安全可靠的运行最大限度减少误操作。

2.3 AGC调节

监控系统能实时接收省调发出的总调节负荷，并根据电厂当前的运行情况，通过最优、合理的AGC算法进行经济、合理的负荷计算，实时的分配到参与AGC运行的机组，以最优的控制策略进行跟踪调节，从而使发电总功率在电站机组间按安全、可靠、经济的原则进行分配，在保障发电满足给定功率和其他限制条件下，使发电耗水量最少，同时自动避开机组的非稳定区和低效区运行，减少机组运行的不安全因素，最大限度的降低电网AGC运行对电厂机组的不利影响，提高设备运行的可靠性，降低设备缺陷发生率、实现经济运行。

2.4 系统时钟管理

电站计算机监控设有统一的卫星时钟系统，通过数据通讯和编码脉冲的方式定时校对系统内各计算机的实时时钟，包括主控层计算机、现地各LCU系统的时钟，保证监控系统内部时钟的同步一致。时钟系统同时提供故障录波装置、微机保护装置等时钟同步信号，保障全厂各系统设备的时钟同步。

2.5 现地控制单元功能

龙头石水电站现地控制单元包括：4套机组LCU、开关站LCU、公用系统LCU及闸门LCU共7套LCU，完成对控制单元的控制、调节、监视、数据采集及数据预处理，负责向网络传送数据信息，并自动服从上位机命令和管理。每套LCU均配有法国Schneider公司的Quantum系列冗余CPU、冗余电源，极大提高了系统运行的可靠性和安全性。LCU配有人机触摸屏，即使完全脱网的情况下也能完成监视和控制功能。

各现地控制单元和下一级的分布式I/O应具备较强的独立运行能力，并能够完成其监控范围内设备的实时数据采集处理、设定值修改、设备工况调节转换、事故处理等任务，处理速度快 (现地控制单元的主CPU不低于32位且采用冗余配置)、具有容错、纠错能力，并带有其监控范围内的数据库。现地控制单元1～7采用交流/直流两回电源供电，任意回路有电时，现地控制单元均应能正常工作。对于来自CT、PT的信号，采用交流采样的方式进行采集。

机组现地控制单元内的未设置常规控制回路，采用独立的PLC模件单元构建独立于机组LCU内的控制回路，在接收到机组电气或机械事故信号(空接点)以及机组技术供水、调速器油压中断等重要辅助回路故障信号时，应将机组安全停机。机组现地控制单元上设有独立于现地控制单元计算机回路的常规“紧急停机按钮”和“事故停机按钮”、水机事故保护回路，并采取了有效措施防止误操作这些按钮。

机组现地控制单元配有台湾MOXA公司的UC7410串口通信装置，采用Modbus协议与交流采样、励磁、继电保护、调速器等设备进行通讯，对综合电量、设备重要信息进行采集处理并上传到上位机供运行人员监视控制。

3 结束语

大渡河龙头石水电站计算机监控系统采用了北京中水科水电开发有限公司开发的新一代H9000 V4.0水电站计算机监控系统，功能强、性能稳定、安装调试方便。系统于2008年9月开始投入运行，使用效果良好，满足了“无人值班”（少人值守）的设计要求。