渡口坝水电站计算机监控系统的结构与特点

摘 要：文章阐述了重庆渡口坝水电站计算机监控系统的设计原则、系统结构和特点，该系统是按“无人值班”（少人值守）的原则进行设计和配置，采用了可编程控制器（GE公司PACSystems RX3i系列PLC）直接接入以太网的方式来实现。

关键词：渡口坝水电站；监控系统；控制器

1 概述

渡口坝水电站坝址位于梅溪河干流上游的渡口坝新政河段，厂址位于打烂沟河段，距坝址区28.4km。电站开发方式为高坝，长引水隧洞及地面厂房组成的引水式发电枢纽，选用两台单机容量为64.5MW立轴混流式机组。本枢纽工程由混凝土双曲拱坝、引水隧洞、调压室、压力管道、户外220kV开关站组成。

渡口坝水电站计算机监控系统的主要监控对象包括：两台水轮发电机组及附属设备、两台主变压器及附属设备、220kV断路器、隔离开关及接地开关、检修排水系统、渗漏排水系统、高低压气系统、10kV厂用电系统、0.4kV厂用电系统、220V直流系统、通风空调系统、火灾报警及消防系统及其它。

2 设计原则

（1）按“无人值班”（少人值守）、“分层管理、集中控制”原则进行设计和配置。（2）系统性能要求满足集成性、开放性、实时性、可靠性、安全性等性能指标。（3）系统的硬软件均采用模块化设计，既能保证在硬件方面对系统中现有的设备增加功能（或在系统中添加新的设备），又能保证在软件方面便于软件的扩展和升级。（4）满足《电力二次系统安全防护规定》及《电网和电厂计算机监控系统及调度数据网络安全防护规定》的要求。（5）分层分布式结构设计，采用高级应用软件（AGC、AVC）及其它应用软件运行。（6）采用不间断电源UPS供电，重要设备采用交直流双供电，电源设有过压过流保护及电源故障信号。

3 监控系统结构

3.1 系统总体结构

根据渡口坝水电站实际情况和特点，本监控系统为分层分布式结构，由厂站层和现地控制单元层两部分组成，功能和数据库为分布式结构，即功能分布和分布式数据库系统。各单元数据库分布在各个LCU中。电站网络主干采用光纤组成100Mbps工业以太网双网结构，传输速率为自适应式，采用TCP/IP協议，遵循IEEE802.3标准。

3.2 系统各节点硬件配置

3.2.1 厂站层设备

厂站层包括：两台套操作员工作站、一台套工程师/培训工作站、两台通讯服务器、一套报表及电话语音工作站、DMIS数据申报终端、一套GPS同步时钟装置、一套UPS装置、一套网络设备、一套调试终端和一整套控制台、两台打印设备。

3.2.2 现地控制单元层设备

现地控制单元包括：两套机组LCU（LCU1～CU2）、一套开关站LCU（LCU3）、一套公用LCU（LCU4）。

3.3 网络结构

网络主干采用光纤组成100Mbps工业以太网双环网结构，传输速率为自适应式，采用TCP/IP协议，遵循IEEE802.3标准。

在中控室配置两台模块化工业以太网交换机，每台设置两个100M光纤口，用于组网，提供16个10/100M RJ45口，用于和控制室服务器和操作员站连接。在每个现地LCU控制柜，配置2台模块化工业以太网交换机，每台设置两个100M光纤口，用于组网，提供6个10/100M RJ45口，用于与控制柜内PLC的以太网通讯模块连接。传输介质为光纤。

电站厂站层与外部系统网的通信，如与DMIS系统、计量系统和水调系统之间通过物理隔离装置隔离，所有外部节点对监控系统电站信息网的访问均被禁止。在LCU以下采用现场总线或串行通信方式用以连接各现地智能监测设备。

4 系统特点

4.1 应用基于UNIX体系的计算机监控系统软件

本监控系统采用许继电气和美国微软联合开发的SJK-8000新一代全开放、全分布式结构的基于UNIX和Windows 2000操作系统，具有良好的实时性、开放性、可扩充性和高可靠性等技术性能指标的符合开放系统互联标准的汉化多任务、多用户操作系统，实现了全厂机组、公用系统、开关站系统的监视及控制和生产过程的管理，形成一个完整的开放网络型分层、分布式的电站闭环过程控制系统。该系统不仅能满足目前的使用需求，还可以根据将来的需要进行扩展。

4.2 现地控制单元采用双电源模块

现地控制单元采用GE Fanuc PACSystems RX3i可编程控制器，采用140CPU67160及140系列I/O模块，现地LCU采用单CPU、双电源模块的方式。机组现地控制单元设置了人机界面，界面介质采用彩色液晶触摸屏。既可用作为现地参数监视的显示窗口，又可作为在现地对现地设备进行控制的控制台。彩色液晶触摸屏和机组LCU连接采用通讯方式，每台LCU保留了专用的接口，能使便携式计算机接入，对LCU进行更深一步的调试和监控。

4.3 现地控制单元配置现地智能设备接口

每个现地控制单元均配置有现地智能设备的接口。机组LCU（LCU1-LCU2）与机组微机调速器、微机励磁、微机保护装置等接口， 开关站LCU（LCU3）及公用LCU（LCU4）与相应继电保护系统等接口，采用现场总线方式接入LCU，实现了智能装置的通讯功能。

4.4 采用AGC、AVC自动控制

AGC自动发电控制对电站各机组有功功率的控制，分别设置“联控/单控”控制方式。某机组于“联控”时，该机组参加AGC联合控制，处于“单控”时，该机组不参加AGC联合控制，但可接受操作员对该机组的其它方式控制。AVC对电站各机组无功功率的控制，按机组分别设置“联控/单控”方式。当某机组处于“联控”时，该机组参与AVC联合控制，当某机组处于“单控”时，该机组不参与AVC联合控制，但可接受其它方式控制。AVC对机组的“联控/单控”控制方式可由电站或上级调度操作员设定。当采用给定母线电压值或限值方式时，AVC应自动调整参加联合控制的机组的无功功率，自动维持母线电压。

5 结束语

渡口坝水电站计算机监控系统已投入运行，其运行状况稳定、可靠、安全。由许继电气和美国微软联合开发的SJK-8000系统体现了实时性、可靠性、安全性。在渡口坝水电站的生产运行中，提高了全厂的自动化管理水平，减轻了运行人员的工作量和劳动强度，提高了安全运行水平，具有良好的经济和社会效益，有一定的借鉴意义。

参考文献

[1]DL/T578-2008.水电厂计算机监控系统基本技术条件[M].北京：中国电力出版社，2008.

[2]DL/T5065-2009.水力发电厂计算机监控系统设计规定[M].北京：中国电力出版社，2010.

[3]DL/T5081-1997.水力发电厂自动化设计技术规范[M].北京：中国电力出版社，1998.

作者简介：劳增江（1972-），男，汉族，浙江丽水人，工程师，紧水滩水力发电厂渡口坝项目专职工程师。