溪洛渡电站计算机监控系统网络结构分析

丁伦军，夏建华，迟海龙

（1.溪洛渡水力发电厂，云南 永善 657300 2.北京中水科水电科技开发公司，北京 100038）

0 引言

溪洛渡电站位于四川省雷波县与云南省永善县接壤的金沙江干流上，距下游宜宾市约184km(河道里程)，左岸距四川省雷波县城约15km，右岸距云南省永善县城约8km。电站由拦河大坝、泄洪建筑物及引水发电建筑物组成。溪洛渡电站作为中国第二、世界第三水电站，总装机容量13860MW，左右岸各安装9台770MW水轮发电机组，左岸以500kV等级电压3回出线方式接入国家骨干电网，右岸以500kV等级电压4回出线接入南方电网。电站监控系统采用北京中水科水电科技开发公司H9000 V4.0监控系统，肩负“一厂两调”、“调控一体化”使命。

1 溪洛渡电站计算机监控系统概述

溪洛渡左、右岸电站计算机监控系统采用统一设计、统一实施的方案，即左、右岸电站采用一套全计算机监控系统进行监控，采用统一调度管理和“无人值班”的设计原则。系统按照应能实现现地（LCU）、中控室、成都调控中心监控的指导思想进行总体设计和配置，并能实现成都调控中心对溪洛渡水电站的调控一体化。在监控系统软件结构设计中，溪洛渡电站分为左、右岸2个相对独立的电站进行设计，并由各自冗余配置的数据采集服务器完成数据采集；在数据库结构和功能设置上应按2个电站独立设置，但左、右岸电站各类数据相互共享，构成统一完整的溪洛渡电站全厂数据库，通过中控室的操作员站实现全厂集中监控。

H9000 V4.0系列计算机监控系统，是中国水利水电科学研究院自动化所开发的新一代面向的分布开放水电站监控系统，具备完善的水电站和远方集控中心的监控系统软件包。采用开放式的系统结构和成熟、可靠系统软件，厂站层关键设备采用基于UNIX平台的硬件，其它计算机节点采用WINDOWS平台，进一步提高了两个平台应用软件的兼容性。海量数据采集与传输技术，保证采集数据的实时性指标，完善的历史数据库功能，满足大型及特大型机组要求，提高系统的开放性，新型的人机联系、报表、Web功能，充分考虑运行人员习惯和需要，提高系统的友善性。

2 溪洛渡电站监控系统内部网络结构

2.1 溪洛渡电站监控系统三网四层结构

溪洛渡电站监控系统采用三网四层结构，总体上分为厂站层和现地层，其中厂站层又分为厂站控制层、厂站信息层和生产信息查询层；为保证溪洛渡电站监控系统网络的安全可靠性、信息分流，监控系统网络分为电站控制网、电站信息网和生产信息查询网三网，即整个系统采用三网四层的全冗余分层分布开放系统总体结构。

厂站层系统设备主要包括：数据采集服务器、历史数据库服务器、应用程序服务器、操作员工作站、工程师工作站、培训工作站、维护工作站、电网检修申请工作站、厂内通信服务器、调度通信服务器、生产信息查询服务器、WEB发布服务器、报表服务器、语音报警及短信服务工作站、主设备状态监测趋势分析服务器、打印机等外设、模拟屏及其驱动器、大屏幕液晶显示器及其控制器、卫星时钟同步装置、UPS电源及相关网络设备等。另外还包括左、右岸地下电站副厂房厂站层设备。

左/右岸电站现地控制级设备各包括：机组现地控制单元（9套）、500 kV开关站现地控制单元（1套）、公用现地控制单元（3套），在大坝上还设置1套大坝现地控制单元及1套操作员站。

2.2 溪洛渡电站现地层与厂站层通信

溪洛渡电站现地层01-18F机组LCU均采用Schneider Quantum系列CPU67261作为主控制器，冗余控制器结构配置4块140NOE77111以太网模板，采用TCP/IPModbus作为网络协议，左岸各LCU通过控制网双星型结构与左岸副厂房主干控制网交换机连接，右岸各LCU通过控制网双星型结构与右岸副厂房主干控制网交换机连接，左右岸主干控制网交换机与控制管理楼机房主干控制网交换机采用千兆双环结构连接，全厂控制网采用星型网络和环形网络相结合的结构，既具有星型网络结构的灵活性，又保证了网络自愈功能。现地层机组LCU与厂站层之间同时具备信息网通信功能，全厂控制网与信息网的分离，将与LCU无关的网络信息均分流到信息网，控制网仅连接与LCU直接相关设备，与其他系统和信息隔离，减少相互干扰，保证网络的安全性、可靠性，通过实现信息分流，系统实时性能和网络的灵活性也得到了提高，但使网络结构相对比较复杂。

2.3 现地层与现地智能设备通信

溪洛渡电站监控系统肩负整个电站设备设施监控任务，在保证对现地设备可靠稳定控制情况下，与现地智能设备之间采用智能通信方式，最大可能的保证数据采集的完整性和全面性，简化现场施工的复杂性。

（1）励磁控制系统（Modbus）

（2）调速器及其油压装置控制系统（Modbus和MB+总线）

（3）主变冷却器控制系统（MB+总线）

（4）主变技术供水控制系统（Profibus-DP总线）

（5）筒形阀电气同步控制系统及其油压装置控制系统（Modbus）

（6）机组顶盖排水控制系统（Modbus）

（7）机组技术供水控制系统（Profibus-DP总线）

（8）水轮发电机辅助设备控制系统（Modbus）

（9）超声波流量计（仅 1，6，9，10，14，18 号机组）（Modbus）

3 溪洛渡电站监控系统外部网络结构

溪洛渡电站监控系统与外围通信，主要有成都调控中心、国家电网、南方电网，电站监控全部数据上送成都调控中心，由成都调控中心中控室集中监控溪洛渡电站运行情况；左岸电站部分数据直接传送至国调及备调、四川省调及备调、华中网调；右岸电站部分数据直接传送南网及备调、云南省调及备调。正常情况下，国网及南网调度部门通过成都调控分别调度到溪洛渡左、右岸电站母线，紧急情况下，电网调度部门可直接调度到电站机组。

3.1 与成都调控中心的通信（图1）

图1 溪洛渡电站与成都调控中心通信

溪洛渡电站为了满足成都调控对电站的遥测、遥信、遥调及遥控功能，监控系统随时准备接受调控的调度命令，调控一体化的实施，要求监控系统发送电站全数据，含设备运行工况、运行参数及相关信息等。溪洛渡电站计算机监控系统与成都调控采用金沙江光传输网双通道作为主用通信方式，采用租用的电力通道为备用通信方式，采用卫星通信作为应急通信方式。四通道相对独立，尽可能的保证成都调控监控系统与溪洛渡电站监控系统通信的畅通。

（1）主用通道双通道（金沙江光传输网，A/B通道），采用100Mb/s以太网连接，通信协议采用IEC60870-5-104。

（2）备用通道（租用电力传输通道，C通道），采用10Mb/s以太网连接，通信规约为IEC60870-6-TASE.2。

（3）卫星应急通信通道（D通道），采用点对点连接，通信速率64Kb/s，通信规约为IEC60870-5-104。已配置两台冗余的通信工作站提供备用通道的路由切换装置。

3.2 电站与电力调度部门的通信

溪洛渡电站左岸与国调通信采用双平面方式（见图2），数据A网与数据B网相对独立，左岸电站地下副厂房调度通信服务器1和调度通信服务器2直接通过实时VPN实现电站与国调之间实时通信；电站检修工作采用电网申请检修工作站通过文件网关、非实时VPN与网调通信，保证网络的安全性。

右岸电站计算机监控系统实现与南方总调及备调、云南省调及备调之间的通信。溪洛渡右岸水电站远动信息向南方总调和云南省调的传输以电力调度数据网络（双网）传输方式为主，以常规点对点传输方式为辅。此外，远动信息采用调度数据网方式传输至南方总调备调和云南省调备调。

图2 溪洛渡左岸电站与国网通信

4 溪洛渡电站时钟同步系统

4.1 网络结构

根据溪洛渡电站的工程布置和光纤敷设情况，卫星时钟同步系统采用一、二、三级时钟的方案。一级时钟布置在电站控制管理楼计算机室，由2台卫星同步时钟主机构成。在左、右岸电站地下副厂房和大坝分别设置一套双机互备的二级时钟扩展单元和一套单机的二级时钟扩展单元，三级时钟设置在LCU，为左、右岸各LCU提供卫星时钟同步信号。

卫星时钟同步系统由2套主时钟、3套二级子时钟以及24套三级子时钟及相关附件组成，其结构参见图3。

图3 溪洛渡时钟同步系统结构图

卫星时钟同步系统采用冗余配置，两台时钟主机互连构成双机热备一级时钟，主机箱分别配置双电源模块供电，能分别接收GPS和北斗星授时信号，实现GPS和北斗两种卫星时钟信息共享，互为热备用，并具有自动恒温守时功能。时钟主机分别通过以太网接口接入2套监控系统信息网交换机，采用NTP（网络时间协议）通过生产控制网络，对整个网络内的计算机进行时钟对时。

双机热备的二级时钟扩展单元同时接入两台主时钟分别输出的同步信号，且2路外部时钟基准信号互为热备用。主时钟与扩展单元之间采用单模光缆连接。

二级扩展单元的2台主机分别通过扩展光纤时钟信号接口，与分布在各LCU内的三级子时钟相连接。可根据距离选用单模或多模光缆。

二级和三级卫星时钟同步系统具有多种输出接口，包括：PPS，PPM，串口 RS-232，RS-422/RS485，以太网、IRIG-B；空接点（有源、无源），TTL、差分电平等能适各种保护装置及自动化设备的接口要求。各种输出接口能灵活配置，能满足电站所有自动装置所的各种时间同步信号。输出至其它系统的时钟信号在本侧有电源隔离。

4.2 主时钟

主时钟由CPU模块、接收模块、接收天线、电源模块、LED显示器、时间信号输出模块等设备组成。主时钟同步源输入信号为：1路GPS天线，1路北斗天线。

4.3 扩展子时钟

每台扩展子时钟均能接入来自2个上级时钟的2路IRIG-B(DC)时码输入信号，互为备用。扩展子时钟包括信号扩展单元、扩展时钟装置、电源装置、LED显示器、时间信号输出模块等模块。子时钟与主时钟之间采用光纤连接。每台子时钟同步源输入信号为：2路。

5 结束语

溪洛渡电站计算机监控系统肩负监控溪洛渡左右岸机组、公用、大坝、泄洪等所有设备，机组容量大，设备分布广，整个计算机监控系统采集数据80 000点以上，也使得溪洛渡电站计算机监控系统成为世界上单站规模最大的计算机监控系统。其海量的数据，对计算机监控系统通信提出了更高的要求。监控系统设计所采用的多通道分类型的数据通讯方式，解决了数据的稳定性和实时性，为系统的可靠运行提供了保证。

[1]王德宽，袁 宏，王峥瀛，等.H9000 V4.0计算机监控系统技术特点概要[J].水电自动化与大坝监测，2007,31（3）.

[2]王桂平，姚维达，钟 卫，等.H9000 V4.0计算机监控系统技术特点及在水电站的应用[J].水电厂自动化，2008,9.

[3]DLT 578-2008，水电厂计算机监控系统基本条件[S].