水电站集控系统在明星电力集控中心的应用

古领先　卢金龙　冀　娟　洪　瑜

（许继电气股份有限公司，河南　许昌　461000）

水电站集控系统在明星电力集控中心的应用

古领先卢金龙冀娟洪瑜

（许继电气股份有限公司，河南许昌461000）

本文从四川明星电力股份有限公司水电站集控系统入手，主要介绍水电站集控系统的任务、设计原则，并结合明星电力集控系统网络结构图，介绍TJK-8600系统硬件配置及网络架构，最后着重介绍TJK-8600系统的软件架构、功能、特点等。

集控系统；计算机监控系统；网络结构

四川明星电力股份有限公司现所属4座水电站，分别是：三星水电站，位于遂宁市船山区老池镇三新场涪江干流，装机容量为3×16.0MW；过军渡水电站，位于遂宁市船山区龙坪乡涪江干流，装机容量为2×22.5MW；小白塔水电站，位于遂宁市船山区龙凤古镇，装机容量为5× 3.2MW；龙凤水电站，位于遂宁市船山区龙凤古镇，装机容量为3×1.36MW+2×1.25MW。

根据四川明星电力股份公司发展战略需要，在遂宁市船山区龙凤古镇建设集控中心。在集控中心设置计算机监控系统，对三星水电站、过军渡水电站、小白塔水电站、龙凤水电站实现远方集中监视与控制、安全运行管理等功能。4座水电站除三星水电站、过军渡水电站完全实现水电站综合自动化外，其他各电站仍采用常规继电器控制。接入集控中心必须对小白塔水电站、龙凤水电站进行技术改造升级，实现计算机监控系统。

明星电力股份有限公司水电站集控中心采用许继电气自主研发的TJK-8600智能流域调度集控系统。各电站除三星水电站使用原有计算机监控系统外，其他各站均改造成TJK-8600子站系统。龙凤水电站本期暂不接入集控中心。

1　集控系统任务

集控系统对各电站设备进行自动监视，并按调度及各电站运行要求，实现各电站相关设备的自动控制，确保各电站机电设备的安全运行；与调度部门通讯，上送各电站运行数据，并接收调度指令或各电站负荷曲线，实现对各电站的调度运行管理，以达到各电站经济运行的目的；集成视频监控系统，实现事故或操作视频联动，以观察设备动作情况；与其他系统通信，准确、及时、全面地收集各电站的各种数据（包括水文、气象、消防、继电保护等），以满足各电站运行的要求［1］。

集控系统建成后，各电站实现“少人值班”（无人值守）的运行模式，大幅度提升各电站的运行可靠性、安全性，降低运行人员劳动强度。

2　集控系统设计原则

集控系统设计应完全满足《DL/T 578-2008水电厂计算监控系统基本技术条件》《DL/T 5065-2009水力发电厂计算机监控系统设计规范》《DL/T 5345-2006梯级水电厂集中监控工程设计规范》《电力二次系统安全防护规定》和《电力监控系统安全防护总体方案》等有关技术规范、规程、标准的要求［2］。集控系统应具有高度可靠、冗余，其本身的局部故障不影响系统的正常运行，系统配置和选型应在保证整个系统可靠性、设备运行的安全稳定性、实时性和应用性的前提下，在系统硬件及软件上充分考虑系统的开放性，符合计算机发展趋势。集控系统应能够接入规划的所有水电站，并便于扩展，以满足后期水电站的接入。集控系统采用全分层分布式开放体系结构，便于功能和硬件扩展；采用符合IEEE和ISO标准的开放系统，便于系统的移植及系统二次开发，实现第三方系统或软件无缝集成和可靠运行，以最大限度地保护用户投资；采用软件模块化、结构化设计，实现功能模块的“即插即用”，满足业务功能快速发展的需要。同时，集控系统的设计还必须按照功能完善、可靠性高、实时性强、可扩充性好、技术先进、运维便捷、人机接口友好且操作方便等设计原则进行。

3　集控系统网络结构

3.1集控层

集控层位于遂宁市龙凤古镇明星电力水电公司院内的集控楼。主要配置有：1套冗余的历史数据服务器（含光纤磁盘阵列1套）、1套冗余的数据接口服务器、1套冗余的实时数据服务器、2套双显示屏配置的操作员工作站、1套培训/工程师工作站、1套打印/语音报警/OnCall工作站、1套通讯服务器、1套冗余的远动工作站、2套GPS/北斗双时钟授时系统、2套网络打印机和2套冗余UPS电源等组成。这些设备除网络打印机及显示器放置在操作台外，其他设备都组屏安装在计算机室。显示器通过KVM设备与主机连接。集控层主要设备的功能如下。

3.1.1历史数据服务器。安装Unix操作系统，采用Oracle数据库，配以光纤磁盘阵列，主要完成历史数据存储、检索，各记录数据的计算和处理，历史数据维护与管理等。

3.1.2数据接口服务器。安装Unix操作系统，起到前置服务的作用，用于规约解析，接收现场数据，进行预处理后转发给实时数据服务器，并转发来自实时数据服务器的指令；自诊断及冗余切换。

3.1.3实时数据服务器。安装Unix操作系统，接收前置发来的现场实时数据，进行实时数据计算和处理，并转发给历史数据服务器及各种应用服务器；自诊断及冗余切换。

3.1.4操作员工作站。安装Unix操作系统，其是集控系统的人机接口，用于显示各监控设备实时数据及状态，显示机组运行状态、升压站运行方式等，完成控制、调节指令等。

3.1.5培训/工程师工作站。根据用户需要可安装Unix或Windows操作系统，用于系统生成/备份、系统管理维护及故障诊断、数据库维护及管理、画面/报表等生成，并完成人员培训。在明星电力集控系统中，该工作站还承担报表工作站的功能。

3.1.6打印/语音报警/OnCall工作站。可安装Windows或Unix操作系统，用于完成打印、语音报警功能，并将报警信息通过拨打语音电话或发送短信通知有关人员，同时也支持有关人员拨打电话或发送短信查询相关信息，实现“信息找人，人找信息”的功能。

3.1.7通讯服务器。根据实际情况，可安装Windows 或Unix操作系统，完成与第三方系统或设备通讯，实现集控系统与水情自动测报系统、消防监控系统等的通讯。

3.1.8远动工作站。嵌入式设备，采用各种调度规约与调度中心通讯，上传各电站实时数据并接受调度下发的控制调节指令；明星电力集控中心采用IEC60870-5-101和IEC60870-5-104规约与调度中心通讯。

3.1.9双时钟授时系统。系统配置GPS、北斗双时钟授时系统，输出SNTP协议给集控系统校时，以保证系统时间的统一，满足集控中心各系统授时要求。

3.1.10UPS电源。集控系统配置冗余UPS电源，以保证集控系统不间断工作。

3.2网络层

网络层形成集控系统100/1 000Mbps自适应主干网络，用于连接集控层设备、厂站现地层设备，实现集控中心、厂站、现地设备的信息交换。明星电力集控系统采用双星型网络结构，通道采用明星电力已建成的调度数据专用网。网络层主要配置有中心交换机2套、硬件防火墙1套、网络入侵检测系统1套、纵向加密装置1套、隔离装置若干套、光传输设备若干以及光缆/网络双绞线若干等。

硬件防火墙用于安全Ⅰ区与安全Ⅱ的隔离，实现位于安全Ⅰ区的集控系统与位于安全Ⅱ区的继保信息主站通讯；纵向加密装置用于同一安全区内的纵向通讯，这里用于集控系统与三星水电站的监控系统通讯；隔离装置是用于安全Ⅰ区或安全Ⅱ与安全Ⅲ区间的单向通讯，一般用作隔离Web服务。

3.3厂站现地层

厂站现地层应包括厂站计算机监控系统、厂站网络及现地控制层设备。厂站计算机监控系统除三星水电站使用第三方厂家系统外，其他各站均改造为TJK-8600子站系统，以降低接入难度和调试工作量。TJK-8600系统子站系统亦包括数据服务器、操作员工作站等，以完成计算机监控系统的数据解析、实时数据生成、历史存储、实时显示与操作控制等功能。厂站网络是为控制各水电站设备构成的控制子网，也是集控系统的重要组成部分，一般为100/ 1 000M自适应以太网。现地控制层设备主要由现地控制单元LCU组成，主要完成数据采集及预处理、网络通信（上送并接收计算机监控系统指令、与相关设备通讯等）等，实现单元设备控制、调节操作及监视等功能。现地控制单元一般由可编程控制器PLC、规约转换器、触摸屏等组成。过军渡水电站、小白塔水电站改造后，各现地控制单元LCU均使用施耐德Quantum冗余PLC，采用RIO方式扩展IO系统，以提高现地控制单元的可靠性，保证机组的安全运行。

表1　TJK-8600系统架构框

4　TJK-8600智能流域调度集控系统

TJK-8600智能流域调度集控系统是许继电气专门针对中小型水电站群打造的一款集调度集控系统于一体的计算机监控系统。该系统是在总结多年电力系统计算机监控系统的经验基础上，结合当前水电站调度集控系统的优缺点和用户需求，以及充分吸收和利用国际计算机科学领域的最新技术开发的计算机监控系统。TJK-8600系统采用扩大厂站运行方式，直接访问厂站现地控制单元LCU，避免由于厂站端服务器故障造成的集控停运，以减少停运范围。系统包括TJK-8600主站系统、TJK-8600子站系统。TJK-8600主站系统，使用Unix操作系统，采用Oracle数据库，一般用作调度系统或集控系统；TJK-8600子站系统，使用Windows操作系统，采用MySQL数据，一般用作单个水电站监控系统。

4.1系统架构

TJK-8600系统采用平台+业务应用架构设计，系统扩展灵活。业务应用采用即插即用技术，实现插件化、模块化功能扩展，便于应用功能扩充及快速构建。该系统使用跨平台设计方案，使用一套软件支持多种操作系统，并支持异构系统，满足用户的多种需要。TJK-8600主站系统和子站系统采用同一套代码，在不同环境下编译而成。TJK-8600系统架构框如表1所示。

4.2系统功能

4.2.1数据采集与处理。系统自动采集各水电站监控对象的数据，包括实时运行数据、计算数据、历史数据和记录数据等，并对这些数据进行有效性和正确性分析，以能准确地反应出各监控设备的运行状态及工作情况。系统根据采集到的数据，经有效性、正确性分析后，用于更新实时库，并进行各类统计、计算分析，最后形成历史数据，存入历史数据库，以便用于历史查询分析，为生产管理系统提供基础数据。

4.2.2安全运行监视。集控中心运行人员通过集控中心计算机监控系统的人机接口实现对各电站监控对象进行安全运行监视。监控设备安全运行涉及到有关监控对象的运行状态、实时数据等，运行人员据此分析判断设备是否安全，是否满足与当前系统运行工况匹配。运行人员的监视手段是多样化的，如屏幕显示数据、文字、图形、曲线和表格等；事故或故障音响、语音、电话或短信报警；大屏幕拼接屏显示、打印输出等。

4.2.3趋势分析。趋势分析用于显示监控对象测点在一定时间内的变化趋势。在趋势分析画面上，以曲线形式显示测点的趋势数据。运行人员可进行在线趋势分析，并可对进行曲线分析的变量进行选择和重新定义。一般趋势分析数据包括在开机过程中发电机和水轮机轴承的温度-时间趋势监视、温度变化率和显示各轴瓦间的温差值等。

4.2.4事故和报警。系统应能按时间先后顺序列出事故和报警发生的顺序，对重要事件应产生事件顺序记录SOE。发生事故时，系统自动推出有关事故画面并给出事故处理指导意见，画面以闪光和变色形式显示，并伴随音响语音等予以提醒，通过OnCall系统以拨打语音电话或发送短信的方式通知相关人员，以便快速及时地处理故障，减少停机时间。

4.2.5事故追忆。当发生事故时，系统能对事故前后电站运行方式及主要参数记录保存，用于事后分析事故发生原因，并避免类似事故的重复发生。系统记录事故发生前4min内和事故发生后6min内的主要参数及数据采样值，事件记录时间可根据需要进行调节。一般事故追忆主要参数为：各电站各段母线频率及三相电压；各线路三相电流及频率；主变零序电流和主变温度；发电机三相电压、三相电流、线电压、励磁电压、励磁电流、有功功率、无功功率、转速和导叶开度等。事故追忆的主要参数可根据实际需要和经验进行选择和重新定义。

4.3系统特点

4.3.1采用全分层分布式开放系统结构。系统分为三层，各层间相互独立但又互相联系，即当集控层或网络层出现故障不影响厂站现地层设备的正常运行；分布式结构符合技术发展趋势，实现各服务器、工作站功能分散，数据处理分散，提高数据处理速度。

4.3.2支持“即插即用”技术。以开放的软件体系架构为基础，采用标准服务总线技术、标准接口访问等技术实现应用与平台之间插件化管理，将平台与应用解耦，最终达到业务功能模块化、业务功能高密度集成化、业务功能部署自由化的目的。通过应用模块化的“即插即用”技术，满足各类业务功能快速发展的需要。

4.3.3基于管道和服务代理的厂站多规约接入机制。基于管道机制开发通讯接入代理服务模块，将每种协议的解析作为一个单独的进程，通过服务代理模块和业务处理模块完成上、下行数据的交互，降低了协议解析模块和业务处理模块的耦合性，有新协议需要接入时，只需开发新的协议解析进程即可，提高了系统的可扩展性。系统天然支持IEC60870-5-104、IEC61850、Modbus/ TCP规约，便于多种以太网设备直接接入，减少规约转换环节，降低故障率，提高系统可靠性，也便于其他厂家厂站监控系统无缝接入。

4.3.4多种通道接入方式。系统接入灵活，根据投资及便捷情况，可选用专用通道、SDH通道、VPN通道和公网通道等方式接入，并具有良好的安全性能。符合国家电力系统有关防护要求。

4.3.5数据直采。系统数据采集直接从厂站现地层获取，避免了由于厂站端服务器故障或停机造成集控系统停运，同时可减少停运范围，提高集控系统的可靠性。

4.3.6嵌入式AGC/AVC功能。AGC/AVC功能内嵌于系统软件，可方便布置于任何操作员工作站，便于AGC/AVC功能监控，且AGC/AVC数据来自SCADA系统，避免数据的重复采集。

4.3.7优良的梯级经济运行功能。满足不同流域经济运行需求，直观反映由梯级经济调度带来的发电效益。

4.3.8外围接口丰富。系统具有丰富的外围接口，可设置独立的通信服务器，便于第三方系统接入，如实现水情测报系统、生产管理系统等系统互传数据。

4.3.9完善的自诊断自恢复功能。自诊断自恢复功能有利于系统实现“无人值班”（少人值守），提高系统的可靠性、安全性。

4.3.10灵活的配置方式。根据用户需求，可设置历史数据服务器、实时数据服务器、操作员工作站、Web服务器和AGVC服务器等，各服务器可冗余配置，提高系统的可靠性。

4.3.11良好的扩展性能。系统各服务器、工作站地位平等，系统扩充后不引起原系统较大的变化，并保证系统的完整性。

4.3.12系统先进、可靠。冗余化的设计方案，使得系统既可靠使用又便于扩充，系统性价比得以最大化提升。

5　结语

四川明星电力水电集控中心于2015年6月正式投入运行，是TJK-8600智能流域调度集控系统的一个典型应用案例。该集控中心在建设过程中，先后对过军渡水电站和小白塔水电站使用TJK-8600子站进行了改造，这两个电站的改造和接入集控中心同时进行，由于子站系统数据库可以直接添加到主站系统中，避免了重复对点和调试工作，提高了集控中心建设效率。集控中心建成后，系统各项功能运行正常，为四川明星电力在实现“无人值班”（少人值守）提供了强有力的技术支撑，保证了各水电站的安全稳定运行，为用户带来了可观的经济效益。

［1］左天才.乌江流域梯级电站远程集中监控系统设计与应用开发［J］.水电厂自动化，2008（1）：1-4.

［2］单鹏珠.福建竹洲水电厂计算机监控系统改造探讨［J］.水电厂自动化，2008（1）：14-16.

Application of Hydropower Station Central Monitoring System in Mingxing Electric Power Centralized Control Center

Gu LingxianLu JinlongJi JuanHong Yu
（Xuji Electric Corporation，Xuchang Henan 461000）

From hydropower station central monitoring system of SiChuan MingXing Electric Power Co.Ltd.，this paper mainly introduced the hydropower station of the mission of the central monitoring system，design principles，and combined with central monitoring system of SiChuan MingXing Electric Power network chart，TJK-8600 system hardware configuration and network architecture were introduced，and finally introduced the TJK-8600 system software architecture，function，characteristics，etc.

central monitoring system；supervisory computer control system；network architecture

TV736

A

1003-5168（2016）07-0040-04

2016-06-03

古领先（1978-），男，本科，工程师，研究方向：电力系统自动化研发；卢金龙（1981-），男，大专，助理工程师，研究方向：变电站自动化的调试；冀娟（1980-），女，本科，工程师，研究方向：继电保护研发；洪瑜（1982-），男，本科，助理工程师，研究方向：继电保护调试。