老虎嘴水电站监控系统结构及设备选型分析

吴裕金

（国网西藏电力有限公司巴河发电公司，西藏 林芝860200）

0 引言

随着网络信息技术和通讯技术的快速发展，我国水电站监控系统取得了长足进步，不断向高速信息化、网络化、精确化方向发展，实现了真正意义上的“无人值班、无人值守”。老虎嘴水电站近年来在社会经济发展的推动下逐步构建了科学化的监控系统，实现了智能化、自动化，为确保水电站正常运行、推进我国电网建设发挥了重要作用。

1 老虎嘴水电站监控系统结构和设备选型

老虎嘴水电站位于西藏自治区东南部林芝地区的工布江达县巴河干流上，是巴河巴松湖以下河段的第7个梯级电站，是“十一五”电力发展规范的重点建设项目之一，有效缓解了藏中地区缺电现象，提高了藏族人民的生产生活条件［1］。老虎嘴水电站装机容量达到了102 MW，已安装3台单机容量为34 MW的混流式水轮发电机组，能确保其出力23.19 MW，年均发电量已达49550万k W·h，装机的年利用小时数为4858 h。

1.1 老虎嘴水电站监控系统结构

该水电站监控系统结构采用的是开放式分层分布系统、全分布数据库［2］。系统主要由现地控制单元（LCU）、电厂站控级计算机、网络设备组成，所配备的调度通信工作站由路由器和上级调度部门计算机连接实现数据通信。系统的每台机组、开关站、公用设备、闸门监控等都配置了一套LCU，不仅能作为分布系统中的现地智能终端，也能作为独立装置单独运行，直接监控被监控设备的整个生产过程。老虎嘴水电站监控系统的具体结构如图1所示。

图1 老虎嘴水电站监控系统结构示意图

1.2 系统配置设计

（1）工作站。1）主机和操作员工作站。该类型工作站的机型选取的是美国HP公司生产的DL360，两套。主机的功能是对系统历史数据进行存储和管理以及改变工作方式。操作员工作站的功能是显示图形，值班员通过液晶显示器监控电站生产及设备运行，以获取所需信息［3］。2）工程师工作站。该类型工作站的机型选取的是美国HP公司生产的DL360，一套。其主要功能是便于管理人员和系统维护人员对系统参数、定值、数据库、报表和画面进行修改，负责功能开发、程序下载、系统维护等工作。3）调度通信工作站。该类型工作站的机型选取的是美国HP公司生产的XW4600，两套［4］。其主要用于连接西藏电力调度中心和林芝地区调动中心的通讯，能通过广域网将路由器转化成E1接口进行通讯，每套远动通信工作站中都配备了4个以太网口，两个分别与两个路由器连接，另外两个与系统的两台主交换机连接。通讯规约为IEC870－5－104和IEC870－5－101，其中后者还特意配置了一套电子专用调制解调器来连接通讯［5］。

（2）服务器。厂内通信服务器机型选取的是美国HP公司生产的XW4600，一套，主要用于服务器与电站内其他自动化设备的通讯，通讯规约为IEC870－5－104和IEC870－5－101。及语音报警服务器机型选取的是美国HP公司生产的XW4600主机型工作站一套，同时配备了语音软件和声卡，当被监控对象发生故障时，就能通过语音提示实现报警。

（3）GPS时钟同步系统。该系统选取的是南瑞公司生产的SZ－DUA型GPS标准时间同步钟，两套，其中厂房和开关站各一套［6］。该系统包括主机和天线各两套、同步信号扩展装置，主机机房能通过天线接收卫星同步信号，通过主机上的串口和系统中的通讯机连接通讯。

2 老虎嘴水电站监控系统的设计

2.1 LCU设计

老虎嘴水电站监控系统LCU共有6套，包括3套机组LCU、1套开关站LCU、1套公用LCU、1套坝区闸门LCU，每套LCU都配备双CPU和网络构架。LCU的功能是对被监控设备的就地数据进行采集和监控，保障其与主站级系统脱离后还能对相关设备进行监控，且与主站连接后能自动服从主站系统的管理。该系统LCU选用国际知名品牌南瑞新型构架MB80系列的智能PLC，其每块模件都有一块微型CPU芯片，该芯片的主要功能是处理每块模件收集到的数据。LCU的通信是通过以太网、串口方式、现场总线同机组公用设备和辅助设备的控制装置实现的［7］。

2.2 网络设计

该监控系统局域网按照IEEE802.3u进行设计，使用的是双以太网结构，网络介质为双绞线和光缆，网络传输速率≥100 Mb／s。（1）该系统采用的是双星型网络结构，网络交换机选取的是美国MOXA公司生产的工业级网管型交换机，并配备了两套主控级别的网管型交换机，每套都有8个多模关口，16个RJ45电口［8］。（2）该系统采用的是SJ－30嵌入式通讯管理装置，核心部件为高集成度的工业级PC／104嵌入式控制PC，存储介质为固态电子盘，在每个通讯通道都设计了独立的收发和中断电路，设计了8路独立的RS232标准串行接口以及1个以太网接口。该装置有体积小、工作温度宽、功耗低的特点，在组态界面上，用户能修改装置的各种通讯参数，并对通讯数据进行监控。同时还支持任何一个通讯口进行独立编程，提供完善、简洁的产品库函数，以迅速扩充新的通讯驱动程序。（3）该系统采用的是SJ－12C同期装置，属于双微机系统，且两系统之间是相互独立的，这决定了装置的高可靠性。该装置支持16个同期对象，每个对象能设置成输电线路型的开关对象和机组型的开关对象，分别设定每个对象的同期参数后，能对开关两侧的电压或相角进行补偿。所有同期参数都采用数字式整定，线性和零点也实现了自动校正。因此，该装置不仅界面清晰直观、操作简便，设置还实现了装置的免维护。

3 老虎嘴水电站监控系统的实现

老虎嘴水电站并网发电前对每台机组都进行了空载试验、空转试验、同期并网试验，实现了真正意义上的计算机监控。试验结果显示，该系统经过72 h连续运转后运行工况良好，机组性能稳定，整个系统实现了自动化控制。

4 结语

总之，老虎嘴水电站的LCU采用的是性能好、应用广泛的MB80系列智能PLC，所设计的各项技术指标均达到了设计规范要求。该监控系统能对后台监控的元器件进行远程控制，节省了设备运行成本，提高了系统稳定性和可靠性，促进了水电站的稳定安全运行，达到了设计目的。

［1］孙奥博.浅谈水电站智能化改造技术［J］.电源技术应用，2014，26（2）：17－18.

［2］吴飞宏.新型微机自动化设备在水电站技术改造中的应用［J］.小水电，2012，39（3）：15－16.

［3］冯磊.亭子口电站机组监控系统逻辑设计及其优化［J］.四川水利，2014，22（5）：30－31.

［4］刘晓波，张毅.智能化水电站监控系统结构探讨［J］.水电站机电技术，2012，36（3）：11－12.

［5］孙奥博.浅谈水电站智能化改造技术［J］.电源技术应用，2014，30（2）：17－18.

［6］王安明.浅谈水电厂基础自动化系统的应用及发展［J］.科技创新导报，2012，22（18）：41－42.

［7］王德宽，刘同安，杨叶平，等.水电厂自动化技术新进展［J］.水电站机电技术，2012，28（3）：19－20.

［8］王军辉.花园水电站综合自动化系统的设计与应用［J］.电网与清洁能源，2013，29（11）：126－130.