小型梯級水電站綜合網絡監控系統的設計

翁獻進，許建峰， 李 強

（浙江浙能溫州發電有限公司，浙江 溫州 325602）

新疆古爾圖河梯級水電站位于天山北麓古爾圖河畔，規劃開發的水電站共分7個梯級，總裝機容量約9.25萬kW。本期工程建設的電站有3、6、7級站，7級站位于梯級電站的下游，6級站距7級站約6 km，3級站距7級站約15 km。

為了提高梯級水電站系統監控和運行管理自動化水平，確保電站安全可靠運行，提高電站經濟效益，除各級電站內部的綜合自動化系統外，還設計了一套綜合網絡監控系統。以下對梯級水電站的綜合網絡監控系統的設計加以介紹。

1 綜合網絡監控系統

綜合網絡監控系統總體規劃如圖1所示。圖中以6級站為例，3級站的設計原理與6級站基本一致，而7級站作為本監控系統的控制中心，其設計較為簡單。6級站的綜合網絡設計總體規劃為3個信號監測點，第一個監測點是6級引水渠，該處信號需經過光信號傳輸，信號類型包含3路RS485信號、2路視頻信號以及1路電話音頻信號；第二個監測點是6級站的前池，包含3路視頻信號、2路RS485信號以及1路電話音頻信號；第三個監測點是6級站中控室，中控室內包含站內5路電話音頻信號、綜合自動化系統送至梯級調度中心的數據信號。

綜合網絡監控系統是具有電站視頻監控、電話音頻傳輸、數據傳輸的一體化綜合系統，主要實現了以下功能：

（1）各級電站中控室對各自站點的監視點進行視頻監控。

（2）各級電站與梯級調度中心之間的電話音頻傳輸。

（3）梯級調度中心的數據監視工作站對各級電站的參數監視。

（4）梯級調度中心對各站主要監視點的視頻監控。

（5）梯級調度中心數據向電網調度中心的數據傳輸。

2 綜合網絡監控系統的設計方案

2.1 電話音頻網絡系統

音頻網絡系統基于光端機傳輸。以6級電站為例，程控交換機的7路音頻信號接入光端機的音頻接口，經光纜傳輸到6級中控室，其中5路供中控室使用，1路直接接至6級站前池，另外1路經光端機傳輸至引水渠。3級站電話音頻 信號傳輸方式與6級站相同，而7級站的音頻傳輸直接使用電話線。

2.2 視頻網絡系統

3、6級站各設有6個視頻監視點 （引水渠2點，前池3點，中控室1點），圖1中以6級站為例。引水渠處有2路攝像機視頻信號，一路為節制閘和引水閘共用的云臺攝像機，監視主渠道上的節制閘與引水渠上的引水閘，另一臺定焦攝像機用于監視引水渠入口處的水位標尺，這2路信號因距離較遠，通過1對光端機連接至數字硬盤錄像機DVR；前池3點視頻信號（分別監視攔污柵、排冰閘、沖沙閘）與中控室1點視頻信號直接接至DVR。所有視頻信號均由DVR經網絡交換機，由光端機上傳至電站MIS網，并通過MIS網傳送至位于7級站的視頻工作站。

7級站設計有3個視頻監視點，為前池攔污柵、排冰閘、沖沙閘，視頻信號直接接至DVR。

2.3 監控數據傳輸系統

監控數據傳輸系統主要是為梯級電站調度系統傳輸數據，綜合網絡監控系統也傳輸距離較遠的各級電站需送至綜自系統的部分監控信號。

梯級電站調度系統包含電網調度中心、梯級電站調度中心、各級電站分控中心3級控制。3、6級站的數據由各自綜自系統的通信工作站經RS232由光端機傳輸至梯級電站調度中心的數據前置機（服務器），7級站的數據由綜自系統的通信工作站經RS232直接傳輸至梯級調度中心的數據前置機，實現梯級調度中心對各級站數據的采集與監視，并實現對電網調度系統的數據上傳，同時梯級電站調度中心通過網絡交換機與MIS系統實現互聯，從而實現廠級信息的監控。

圖1 綜合網絡監控系統總體規劃

部分監控信號的傳輸以6級站為例。6級站的引水渠附近安裝了主渠道上的節制閘以及引水渠上的引水閘，綜自系統需對這2個閘門進行監控；另外，引水渠的流量信號也需送至公用就地控制單元LCU并在后臺顯示。因6級引水渠與中控室相距較遠，普通RS485信號傳輸距離不足，這些監控信號將經過光端機的RS485口轉換成光信號后傳輸至公用LCU。

3 綜合網絡監控系統的實現

古爾圖河水電站綜合網絡監控系統包括梯級電站調度自動化、視頻監控和電話語音3個子系統，通過統一設計和實施，實現了數據、視頻和電話音頻的通信網絡一體化。同時，邏輯通道的分離保障了子系統的相對獨立和完整，避免系統之間的干擾，降低了系統實施的復雜性和運行維護的難度。

梯級電站調度自動子系統是綜合網絡監控系統的核心，實現了SCADA、PAS的一體化設計。系統分為廠站端和梯級調度中心端，采用模塊化的層次結構設計，從支撐平臺到應用功能的各個組成部分全部按模塊化結構設計，可基于TCP/IP網絡進行擴展。整套系統設計了雙16路通道通信，具有全雙工（同步雙向數據傳輸功能）、多規約通信功能，每路通道支持各種類型的通信規約（如CDT方式、POLLING方式等），同時可分別對每路通道設置通信速率。實現了梯級電站機組運行的集中監控和生產調度，通過對系統模塊的擴展，遠期可實現各電站機組運行遠方操作。

視頻監控子系統運用計算機技術、圖像獲取與處理技術、網絡與安全技術，實時直觀地獲取和記錄各級電站重點部位的視頻圖像信息。視頻監控系統的前端信號接入本地網絡視頻服務器，通過TCP/IP網絡組成統一的視頻監控子系統。系統以電子地圖為平臺，采用圖形界面，形象直觀。整套系統支持監控區域的分組和分級別的權限控制，提供完善的圖像錄像、檢索和回放功能。系統提供本地和遠端兩種客戶端接入方式，可實現靈活的監控管理。

電話音頻管理子系統所使用的數字電話交換機采用了模塊化的結構設計，同時采用了無阻塞數字式交換網絡，提供了豐富的程控交換功能，支持多種中繼和信令接口，易于安裝、擴容、管理和維護。系統具有強大的Web網管功能，可通過IE瀏覽器登錄在線錄音系統及語音信箱進行系統維護與管理。通過模塊的擴展，系統還可以支持標準的IP電話。

為了提高綜合網絡監控系統的可靠性，還設有網絡設備監控子系統對全網光端機設備進行實時監控。該監控子系統實現了對光端機設備運行參數、各子系統通道狀態、設備異常告警和通道異常告警等的監控，提高了基礎網絡的運行維護水平，保障了系統的整體安全。

4 綜合網絡監控系統主要設備的選配

由于水電站所處環境較為惡劣，風沙大、極限溫度低，且各站地域分布廣，因此設計時必須從客觀條件和經濟上充分考慮系統設備的選擇與配置。

4.1 視頻監控系統前端設備

視頻監控系統前端設備負責完成圖像的采集、編碼、傳輸以及云臺控制等工作，擔負著視頻監控系統的數據采集和控制命令的執行，是系統重要的組成部分。系統選用一體化彩色轉黑白攝像機、紅外一體攝像機、高清晰度彩色攝像機等。各種類型的攝像機根據現場的實際需要進行合理布置。

在視頻監控系統設備中，一體化彩色轉黑白攝像機采用了高變倍光學變焦的日夜轉換型攝像機，配備紅外濾光器自動開關。當光源照度在3 lx以下時，彩色圖像自動轉成黑白影像，使圖像監控效果更清晰，而當光源照度回復到5 lx時，圖像又可以由黑白轉成彩色，彩色最低照度可達到0.1 lx，黑白時可達到0.01 lx。數字圖像以MPEG4或H.264制式壓縮。

4.2 通信傳輸設備

監控系統除了使用同軸電纜、雙絞線等常用信號傳輸介質外，由于各級電站之間距離較遠，還采用了光纖傳輸系統。7級站至3級站采用1條24芯的單模光纜，用于3級站、6級站與7級站之間的信號傳輸，同時考慮了后續工程4、5級站需使用的光纖用量，并預留10芯左右的光纖備用量。

為了節省投資，綜合網絡監控系統在光纖傳輸設備中采用了一種復合型光端機。其物理接口包括1路以太網接口、多路RS232/RS485接口、多路電話音頻接口。以太網信號、電話音頻信號以及串口數據信號可由光端機通過光纖進行無失真、遠距離的傳輸，各個接口之間互不影響，其中電話音頻接口與RS232/RS485接口的數量可根據現場需要靈活配置，可有效減少投資。這種復合型光端機工作在物理層，對各種信號流采取時分復用后進行光電轉換通過光纖傳輸，并在另一端進行反向操作，實現了信號的透明傳輸，避免了協議和通信規約的轉換。

5 結語

古爾圖河梯級水電站的綜合網絡監控系統綜合了視頻監控、電話音頻傳輸、數據傳輸等功能，提升了水電站的自動化水平，在保證水電站機組安全運行的同時，也具有較大的經濟效益。

[1]宋遠超，高光華.高壩洲水電站計算機監控系統設計[J].人民長江，1999，30（8）:40-41.