牛路嶺水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用

蒙美安，段振國

（1.海南牛路嶺電力工程有限公司，海南 瓊海 571400；2.中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100038）

牛路嶺水電站位于海南省瓊海市境內(nèi)的萬泉河干流上，裝有4臺單機(jī)容量為20 MW混流式機(jī)組，設(shè)2臺110 kV主變壓器，其開關(guān)站為五角形接線,共有三回110 kV出線，一回線路送到瓊海官塘220 kV變電站，一回線路送到萬寧紅石220 kV變電站，一回線路送到屯昌110 kV變電站。是海南電網(wǎng)主力水電廠之一。電站原二次部分按常規(guī)集中控制方式設(shè)計,采用24 V弱電有觸點(diǎn)集中控制接線,對電廠各主要設(shè)備進(jìn)行一對一的集中控制和監(jiān)視,舊中控室設(shè)有信號返回屏和控制臺。為進(jìn)一步提高電廠自動化和安全運(yùn)行水平，實現(xiàn)少人值守的目標(biāo),牛路嶺水電站對綜合自動化系統(tǒng)進(jìn)行改造，其計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)選用中國水利水電科學(xué)研究院自動化所開發(fā)的H9000系統(tǒng)，該系統(tǒng)投運(yùn)以來，運(yùn)行情況良好，實現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和處理，實時控制和調(diào)節(jié)，安全運(yùn)行監(jiān)視，數(shù)據(jù)通信，系統(tǒng)診斷等功能，為電廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行打下良好的基礎(chǔ)。

1 監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

牛路嶺水電站監(jiān)控系統(tǒng)采用基于以太網(wǎng)絡(luò)的全開放型、分層分布式結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)方案，共分二層：廠站級主控層以及現(xiàn)地控制單元層。

廠站級主控層設(shè)備包括兩套雙冗余、熱備用的操作員工作站 (兼應(yīng)用主機(jī))、一套工程師工作站、一套站內(nèi)通訊工作站、冗余熱備用的省調(diào)通訊工作站、一臺打印機(jī)、一套GPS時鐘同步系統(tǒng)及一套UPS電源等設(shè)備。

現(xiàn)地控制層采用現(xiàn)地控制單元與專用功能裝置既相互配合又相互獨(dú)立的設(shè)計原則，以提高系統(tǒng)的可靠性和整體性。

LCU主機(jī)與外部獨(dú)立裝置以通訊方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，每套LCU均是一套完整的控制系統(tǒng)，與廠站級主控層聯(lián)網(wǎng)時，作為監(jiān)控系統(tǒng)的一部分，實現(xiàn)系統(tǒng)指定的功能；LCU獨(dú)立運(yùn)行時也可以完成對設(shè)備的監(jiān)視和控制功能。LCU采用GE公司PLC并配置觸摸屏。

2 監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

牛路嶺水電站監(jiān)控系統(tǒng)的廠站主控級與單元控制級采用100 MB交換式以太網(wǎng)絡(luò)總線連接，構(gòu)成高可靠性的局域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通訊介質(zhì)為光纜，具有較高傳輸速率和良好的抗電磁干擾能力。配置一臺交換機(jī)，構(gòu)成100 MB(10/100 MB自適應(yīng))網(wǎng)絡(luò)，在中控室和計算機(jī)房內(nèi)的設(shè)備采用屏蔽雙絞線連接。交換機(jī)提供3.2 Gb/s的交換網(wǎng)，提供24路雙絞線交換式以太網(wǎng)口，連接電廠主控級的各計算機(jī)，通過多摸光纜分別與各個現(xiàn)地控制單元LCU構(gòu)成100 MB交換式以太網(wǎng)。

3 系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）采用開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和成熟、可靠、標(biāo)準(zhǔn)化的硬件、軟件與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，各計算機(jī)均采用開放的漢化操作系統(tǒng)Window 2003，網(wǎng)絡(luò)軟件為TCP/IP，圖形界面符合X/Window標(biāo)準(zhǔn)。

（2）關(guān)鍵設(shè)備選用國際著名品牌產(chǎn)品，采用HP公司工作站產(chǎn)品和GE公司PLC。

（3）主要設(shè)備直接接入網(wǎng)絡(luò)，可獲得高速通訊能力和資源共享能力，PLC直接接入以太網(wǎng)，可靠性高。

（4）具有豐富的開發(fā)工具軟件和通訊規(guī)約，系統(tǒng)維護(hù)擴(kuò)充和聯(lián)網(wǎng)通訊非常方便。

（5）為確保可靠性，系統(tǒng)重要、關(guān)鍵設(shè)備采用冗余技術(shù)。

（6）系統(tǒng)功能分布，該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)上的每一個設(shè)備都有自己特定的功能，某個設(shè)備故障僅影響局部功能。

（7）所有計算機(jī)在失電停機(jī)時，存儲器無數(shù)據(jù)丟失，電源恢復(fù)時能自動重啟。

（8）操作員站與工程師工作站設(shè)備型號一致，系統(tǒng)維護(hù)方便，備件互換性良好。

4 系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)的實施實現(xiàn)了牛路嶺水電站（少人值守）的目標(biāo)，是一套完整的實時控制系統(tǒng)，配備了完整的系統(tǒng)監(jiān)控功能：

（3）定額偏高。施工項目大，工作量大，工期長，涉及分項眾多，定額的過程不明確的情況經(jīng)常發(fā)生，從建設(shè)單位來說，希望定額套用盡可能低，控制成本；施工單位要利用較高的收費(fèi)配額獲得較高的利潤，因此，一些施工單位往往采用定額取費(fèi)就高不就低的方法來獲得較高的利潤。工程量的計算是一項復(fù)雜的工作，不同造價人員的結(jié)果往往會有一定的差異，建設(shè)單位單位下意識地認(rèn)為施工單位會夸大工程范圍，而施工單位也明白，最終結(jié)算金額會在上報的項目金額的基礎(chǔ)上打折，所以就直接在工程量和金額上高報，希望最終結(jié)算金額還會有可觀的利潤。

具有數(shù)據(jù)采集與處理；綜合計算；安全運(yùn)行監(jiān)視及事件報警；人機(jī)聯(lián)系；控制與調(diào)節(jié)；生產(chǎn)統(tǒng)計記錄；運(yùn)行日志與報表打印；運(yùn)行指導(dǎo)，包括開停機(jī)過程監(jiān)視、設(shè)備操作指導(dǎo)、事故處理和恢復(fù)操作指導(dǎo)等；操作票顯示、編輯與打印；系統(tǒng)通信；系統(tǒng)自診斷與自恢復(fù)；系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫；系統(tǒng)時鐘同步；防誤操作功能；系統(tǒng)的授權(quán)管理與功能分配；現(xiàn)地控制單元（LCU）；高級應(yīng)用，AGC、AVC功能。

5 系統(tǒng)運(yùn)行情況及改進(jìn)

5.1 改造概況

牛路嶺水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的改造工作，于2004年6月中旬系統(tǒng)設(shè)備到貨并安裝開始，2004年7月開始現(xiàn)場調(diào)試，2004年7月底主控制級設(shè)備投入運(yùn)行，2004年8月中旬1號機(jī)組LCU及公用LCU首先投入運(yùn)行，隨后2號、3號、4號機(jī)LCU也相繼投運(yùn)。運(yùn)行多年來，H9000計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能夠迅速、準(zhǔn)確、有效地完成對本電廠被控對象的安全監(jiān)視和控制，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集與處理，實時控制和調(diào)節(jié)，安全運(yùn)行監(jiān)視，屏幕顯示，數(shù)據(jù)通信，系統(tǒng)診斷等功能，為公司設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定了良好基礎(chǔ)。

5.2 與調(diào)度通信系統(tǒng)的改進(jìn)

牛路嶺水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，原設(shè)計配置一臺省調(diào)通訊工作站，接入兩個串行通信通道，采用IEC60870-5-101規(guī)約與海南省調(diào)度中心通信。這樣的主備雙通道通信方式，在后來的實際使用中發(fā)現(xiàn)，一旦省調(diào)通訊工作站退出（例如，該工作站需要維護(hù)），電站與省調(diào)的通訊將中斷。為此增加一臺省調(diào)通訊工作站，改為一臺通訊工作站對應(yīng)一條串行通信通道方式，這樣可維護(hù)性和可靠性都得到提升。

根據(jù)海南省調(diào)度中心要求，牛路嶺水電站在2009年增加遠(yuǎn)動網(wǎng)絡(luò)方式通信，即增加一條2 M帶寬的通道，在電站側(cè)配置一臺2 ME1 G703到以太網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議轉(zhuǎn)換器（天為MA20B-2ETH），將兩臺省調(diào)通訊工作站接入遠(yuǎn)動網(wǎng)絡(luò)，采用IEC60870-5-104規(guī)約與海南省調(diào)度中心通信。

牛路嶺水電站與省調(diào)的通信有以下特點(diǎn)：

（1）多通道：兩個串行通信通道，一個遠(yuǎn)動網(wǎng)絡(luò)通道。

（2）多規(guī)約：IEC60870-5-101和IEC60870-5-104規(guī)約。

5.3 高級應(yīng)用功能

（1）牛路嶺水電站自動發(fā)電控制（AGC）功能實現(xiàn)兩種運(yùn)行方式：一是日負(fù)荷曲線方式，二是給定全廠總有功方式。日負(fù)荷曲線是采用一天96個時段的日負(fù)荷曲線。在給定全廠總有功方式運(yùn)行時，根據(jù)控制權(quán)在海南省調(diào)或者在電站的不同，AGC可以根據(jù)海南省調(diào)度中心給定的總有功負(fù)荷，或者根據(jù)電站運(yùn)行人員設(shè)定的總有功負(fù)荷要求，實時調(diào)節(jié)各機(jī)組有功功率出力，使電廠總出力滿足給定的總有功負(fù)荷要求。

自動發(fā)電控制（AGC）功能根據(jù)全廠總的負(fù)荷需求和發(fā)電但不參加AGC控制機(jī)組的出力情況，計算出要在AGC可控機(jī)組中分配的出力要求，然后在發(fā)電運(yùn)行的AGC可控機(jī)組中間進(jìn)行負(fù)荷分配，分配準(zhǔn)則采用：按機(jī)組耗水等微增率原則，在各AGC成組可控機(jī)組中間進(jìn)行有功負(fù)荷分配。

自動發(fā)電控制（AGC）功能,考慮了發(fā)電機(jī)組的P-Q運(yùn)行圖的限制,以保證在自動控制狀態(tài)發(fā)電機(jī)組不發(fā)生過載運(yùn)行。對每臺機(jī)組的有功出力有一組人工設(shè)定的運(yùn)行下限、上限和禁止運(yùn)行區(qū)域,是為保證機(jī)組運(yùn)行在一個合理的運(yùn)行范圍。同時對于每臺機(jī)組AGC會根據(jù)實時水頭自動計算出機(jī)組允許的最大出力。綜合以上因素，AGC會計算出每臺機(jī)組的綜合允許運(yùn)行范圍。

牛路嶺水電站AGC功能從2005年投入運(yùn)行以來一直安全、可靠運(yùn)行至今，尤其是在海南電網(wǎng)作為孤網(wǎng)運(yùn)行時期，牛路嶺水電站AGC為海南電網(wǎng)的優(yōu)質(zhì)運(yùn)行做出過一定貢獻(xiàn)。

（2）牛路嶺水電站自動電壓控制（AVC）功能實現(xiàn)三種運(yùn)行方式：①.電壓曲線方式。②電壓給定控制方式。③省調(diào)控單機(jī)方式。在電壓曲線方式和電壓給定控制方式下，AVC周期監(jiān)視節(jié)點(diǎn)電壓，一旦節(jié)點(diǎn)電壓超出允許范圍（死區(qū)），即根據(jù)設(shè)置的電壓～無功調(diào)差系數(shù)計算出所需增減的全廠無功值，然后根據(jù)新的全廠無功值在發(fā)電運(yùn)行的AVC可控機(jī)組間分配，分配準(zhǔn)則：按等比例在各AVC成組可控機(jī)組中進(jìn)行無功分配，同時參照機(jī)組P-Q運(yùn)行圖和設(shè)置的機(jī)組無功限值。

牛路嶺水電站開關(guān)站是五角形接線，沒有母線，牛路嶺水電站AVC是將110 kV節(jié)點(diǎn)電壓作為控制對象。110 kV節(jié)點(diǎn)電壓取自主變壓器高壓側(cè)，采用雙量測電壓，即從兩臺主變壓器高壓側(cè)取電壓，兩路電壓形成有效性相互檢查。AVC同樣采用機(jī)組無功雙量測實現(xiàn)對機(jī)組無功有效性檢查，兩路無功測量分別取自變送器和GE公司PLC的PTM交流采樣模塊。

牛路嶺水電站AVC功能目前以電站本地運(yùn)行方式為主。

6 結(jié)束語

H9000計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在牛路嶺水電站投入運(yùn)行后，形成一個完整的開放網(wǎng)絡(luò)型分層分布的實時閉環(huán)過程控制系統(tǒng)，在中控室就能獨(dú)立完成對電廠的閉環(huán)自動控制功能。該系統(tǒng)的投運(yùn)，使牛路嶺水電站的自動化程度全面提高，運(yùn)行穩(wěn)定，處理速度快，調(diào)節(jié)控制靈活方便，各項功能完善可靠，運(yùn)行維護(hù)方便，實現(xiàn)了（少人值守）的目標(biāo)，大大提高了電廠的安全運(yùn)行水平，改善了員工的工作環(huán)境，提高了公司的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

[1]王德寬，等.H9000分布開放式水電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)[J].水利水電技術(shù)，1996（5）.

[2]段振國，等.白山發(fā)電廠自動發(fā)電控制（AGC）功能的應(yīng)用[J].水電站機(jī)電技術(shù)，2008（3）.