老挝南立1-2水电站双语计算机监控系统设计与实现

颜现波，赵勇飞，卢小方，邢 斌，李建忠

（1.北京中水科水电科技开发有限公司，北京 100038；2.中国水利电力对外公司，北京 100120）

0 电站概况

南立水电站位于老挝首都万象市西北，13号公路班欣合南立大桥上游约50 km 处的南立河干流上。距万象市公路距离132 km，其中自坝址经孟丰县班登村到班欣合13号公路需新建和改建对外公路约42 km。自班欣合沿13号公路到万象市约90 km。电站装机容量2×50 MW，送出电压等级为115 kV，其中115 kV侧进线2 回，出线2 回。电站115 kV侧采用单母线接线，115 kV主变进线二回，115 kV出线二回。电站接入老挝电网，在系统中承担调峰任务。

南立1-2水电站主体工程于2007年9月开工建设，2010年8月实现两台机组同时投产发电。H9000V4.0计算机监控系统与机组同步投运。

1 电站计算机监控系统设计原则

南立水电站计算机监控系统，按“无人值班”(少人值守)，能实现现地、远方监控的原则进行总体设计和配置。该系统应能达到高可靠、高性能地全计算机监控，远程维护，全网络化信息交换的电站现代控制水平，以适应“关门电站”的发展需要。实现全厂AGC、AVC的自动控制，保证电厂最优经济运行。包括确定最佳运行机组组合、在运行机组间按经济运行准则分配有功及无功的自动控制，保证电站在最佳状态下运行。

电站计算机监控系统应采用符合国际标准的开放、分层分布式计算机监控系统结构，以保证今后各子系统选用不同计算机时的兼容性，系统扩展和设备更新时的可移植性。电站计算机监控系统由站控级和现地控制单元构成。站控级主机、工作站及现地各LCU均使用实时多任务多窗口操作系统，监控软件采取国际上流行的模块化体系结构，实现监控数据处理、计算和储存的实时性和分布性。监控系统集成软件采用C/S 或B/S 架构，保证系统响应的实时性和稳定性。通过中控室及计算机房工作站上的集中监控画面对设备进行监视控制，并自动快速响应控制设备状态信息。

计算机监控系统网络结构图如图1 所示：

图1 监控系统配置图

考虑到南立水电站的特点以及对老挝电网的重要作用，电站监控系统按照以下原则进行设计：

（1）监控系统需要具备中、英文双语平滑切换功能

南立水电站属于国外项目，由中方负责建设并在前期负责运行和维护，后期将会移交给老挝方面独立运营。中方人员需要中文环境，老挝运行人员要求英文环境，要求监控系统的画面、报警等均可支持中、英文两种显示模式。因此，为了便于运行人员进行操作，监控系统设计了“一键切换”功能，运行人员通过对界面上按键的简单操作，能够实现整个系统在中文、英文之间的平稳切换，并保持系统的正常运行，不会因为切换而造成数据的丢失和对远方设备的误动。为此，中水科技公司在原有的H9000计算机监控系统单语言版本的基础上研制开发了H9000 系统的双语版本。该版本通过在实时数据库、人机界面等方面对原来单语言的H9000 数据库系统进行升级，在不改变原来体系结构的情况下，实现了双语功能，并实现了“一键切换”功能，用户仅需点击菜单项，即可将系统从当前的语言环境切换到另外一个语言环境中，人机界面、报警等也将会变为另一个语言环境下的内容。由于该方法具有较强的通用性，所以，可以实现任意两种语言的组合，如中英文组合、英法文组合等。

（2）热备型PLC及不间断电源

南立水电站在老挝电网中属于容量比较大的电站，对老挝电网的稳定有较大的影响，所以，电站的安全要求较高，为保证电站可以安全稳定运行，监控系统中的主要设备和供电电源均采用冗余工作方式。

现地控制单元采用施耐德Quantum unity 热备型PLC。LCU采用双电源模块、双CPU、双以太网模板的冗余结构。主、备用CPU 热备冗余工作方式可以在主用CPU 发生故障的同时，发生主、备用CPU的切换，不会出现任何扰动现象影响外围设备的运行；系统采用冗余数据的采集、控制结构，每套CPU 都可以通过A、B，2套I/O 数据网对远程I/O 实施采集和控制，任何一套网络出现问题的情况下，CPU会从另外一套网络上获得远程I/O数据，从而保证了数据采集与控制的可靠性。

除DLP 大屏幕外，电站级设备由2台在线式不间断电源（UPS）供电。每台不间断电源的容量按全部设备最大负载总和的150%考虑，正常工作时2台不间断电源分担全部设备负载，任一台事故时由另一台负担全部设备负载，2台UPS应为并连冗余，UPS的切换确保不中断供电，且确保系统是恒频恒压。UPS 具有一定的过压和过载能力，且具有抑制浪涌电压和电磁干扰的能力。每组UPS的输入电源为厂用交流220V及电站直流220V，当厂用电消失时，自动转由电站220V 蓄电池供电，供电电源切换应不影响计算机正常工作。

（3）监控系统采用独立的水机保护装置

为了保证机组在主、备用CPU 全部瘫痪的情况下，可以在机组出现事故的时候及时停机，现地LCU还提供了另外一套单独的PLC和单独的电源用来为机组提供后备水机保护。当两台CPU完全瘫痪的情况下，这套单独的PLC 将接管机组控制，在水机保护信号产生的同时，使机组停机，达到保护机组的目的。

2计算机监控系统实现

2.1 上位机系统实现

站控层由操作员站A、操作员站B、工程师站兼仿真培训站、厂内通信服务器等构成，实现监视控制现地设备等功能，形成全站监控中心。其中操作包括：机组操作、功率调节、断路器操作、隔离开关及刀闸操作、设备操纵及闸门升、降、停操作等。主要设备详细配置及实现功能如下：

（1）操作员工作站：采用Sun U24 工作站，Solaris 10操作系统，实现中控室运行人员监视与控制功能。两台操作员站互为热备用。

（2）工程师兼仿真培训工作站：采用Sun U24 工作站，Solaris 10操作系统，实现仿真培训功能。

（3）厂内通讯服务器：采用HP XW4600 工作站，中文Windows 2000操作系统，实现监控系统与厂内其它系统的通讯功能。

（4）GPS 时钟：实现全厂监控系统及其它监视设备时间一致功能。在中控室放置一个子钟，在发电机层放置一个子钟，从GPS接收时钟信号，构成时钟系统，用于显示标准时间。

2.2 现地控制单元实现

电站LCU包括2套机组LCU、1套开关站/公用LCU和1套坝区LCU。

现地控制单元采用施耐德Quantum unity热备型PLC。LCU采用双电源模块、双CPU、双以太网模板的冗余结构。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，配备有人机触摸屏，当与上位机系统脱机时，仍具有必要的监视和控制功能。

LCU具有掉电保护功能和电源恢复后的自动重新启动功能。机组LCU、开关站/公用LCU由380/220V 交流厂用电和电站内设置的220V 直流电源同时供电，LCU工作电源采用交直流切换方式，正常情况下由厂用电供电，厂用电消失时能自动切换到电站直流电源。两套电源之间的切换应满足自动无扰动，任务不中断，数据不丢失。坝区LCU由380/220V 交流厂用电供电。

2.3 网络结构实现

电站级计算机及现地控制单元采用100 Mb/s 冗余交换式工业以太网连接。机组和坝区现地控制单元与交换机采用光纤连接，其它节点采用屏蔽双绞线。交换机采用MOXA PT-7728 千兆模块化网络交换机为工业级的交换机，采用无风扇设计，双工作电源。该网络设备满足多个输入输出，适应各种类型数据的传输要求，适应电力工业现场的电磁干扰、温度、振动等环境要求，在实现计算机监控系统功能的前提下满足数据实时性要求。

2.4 工业电视监控实现

工业电视监控系统由下列设备组成：监控中心设备、网络传输设备和监控前端设备。

工业电视系统采用数模结合的配置方案，电站内部传输及前端设备配置为模拟方式，以保证图像效果；并配备图像数字编解码设备实现网络化管理和传送，可利用SDH 设备和光缆组成的光纤通道进行对外传送。

实时提供电站各监视点设备的运行情况。向中控室操作人员提供现场实时图像，以配合电站计算机监控系统，取得设备运行及电站设施的全面信息。对历史图像进行完整的保存与再现，满足运行监控、管理对信息的要求，为设备故障或事故分析和处理提供准确、可靠的依据。与消防监控系统配合，提供现场火灾灾情图景信息，以便准确判断灾情，及时采取消防措施。

4 结束语

H9000V4.0计算机监控系统在南立1-2水电站的合理设计与实现，为该水电站的“无人值班（少人值守）”奠定了坚实的基础。老挝南立1-2计算机监控系统的投运，完全满足了各方面的要求，实现了中英文系统无扰动切换；该系统自投运以来，设备运转正常，系统运行良好，并且从投入运行至今尚未出现重大事故，实现了安全稳定运行的目标，证明了南立计算机监控系统的设计原则和主要功能是十分安全、可靠的，为H9000V4.0计算机监控系统在国外水电站项目中的成功应用积累了经验。