牛路嶺水電站計算機監控系統應用

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.中國水利水電科學研究院，北京 100038）

牛路嶺水電站位于海南省瓊海市境內的萬泉河干流上，裝有4臺單機容量為20 MW混流式機組，設2臺110 kV主變壓器，其開關站為五角形接線,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。是海南電網主力水電廠之一。電站原二次部分按常規集中控制方式設計,采用24 V弱電有觸點集中控制接線,對電廠各主要設備進行一對一的集中控制和監視,舊中控室設有信號返回屏和控制臺。為進一步提高電廠自動化和安全運行水平，實現少人值守的目標,牛路嶺水電站對綜合自動化系統進行改造，其計算機監控系統選用中國水利水電科學研究院自動化所開發的H9000系統，該系統投運以來，運行情況良好，實現了監控系統的數據采集和處理，實時控制和調節，安全運行監視，數據通信，系統診斷等功能，為電廠的安全經濟運行打下良好的基礎。

1 監控系統總體結構

牛路嶺水電站監控系統采用基于以太網絡的全開放型、分層分布式結構控制系統方案，共分二層：廠站級主控層以及現地控制單元層。

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

現地控制層采用現地控制單元與專用功能裝置既相互配合又相互獨立的設計原則，以提高系統的可靠性和整體性。

LCU主機與外部獨立裝置以通訊方式進行數據交換，每套LCU均是一套完整的控制系統，與廠站級主控層聯網時，作為監控系統的一部分，實現系統指定的功能；LCU獨立運行時也可以完成對設備的監視和控制功能。LCU采用GE公司PLC并配置觸摸屏。

2 監控系統網絡結構

牛路嶺水電站監控系統的廠站主控級與單元控制級采用100 MB交換式以太網絡總線連接，構成高可靠性的局域網絡結構，通訊介質為光纜，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，構成100 MB(10/100 MB自適應)網絡，在中控室和計算機房內的設備采用屏蔽雙絞線連接。交換機提供3.2 Gb/s的交換網，提供24路雙絞線交換式以太網口，連接電廠主控級的各計算機，通過多摸光纜分別與各個現地控制單元LCU構成100 MB交換式以太網。

3 系統特點

（1）采用開放系統結構和成熟、可靠、標準化的硬件、軟件與網絡結構，各計算機均采用開放的漢化操作系統Window 2003，網絡軟件為TCP/IP，圖形界面符合X/Window標準。

（2）關鍵設備選用國際著名品牌產品，采用HP公司工作站產品和GE公司PLC。

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

（4）具有豐富的開發工具軟件和通訊規約，系統維護擴充和聯網通訊非常方便。

（5）為確保可靠性，系統重要、關鍵設備采用冗余技術。

（6）系統功能分布，該系統網絡上的每一個設備都有自己特定的功能，某個設備故障僅影響局部功能。

（7）所有計算機在失電停機時，存儲器無數據丟失，電源恢復時能自動重啟。

（8）操作員站與工程師工作站設備型號一致，系統維護方便，備件互換性良好。

4 系統功能

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

（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常發生，從建設單位來說，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雜的工作，不同造價人員的結果往往會有一定的差異，建設單位單位下意識地認為施工單位會夸大工程范圍，而施工單位也明白，最終結算金額會在上報的項目金額的基礎上打折，所以就直接在工程量和金額上高報，希望最終結算金額還會有可觀的利潤。

具有數據采集與處理；綜合計算；安全運行監視及事件報警；人機聯系；控制與調節；生產統計記錄；運行日志與報表打印；運行指導，包括開停機過程監視、設備操作指導、事故處理和恢復操作指導等；操作票顯示、編輯與打印；系統通信；系統自診斷與自恢復；系統數據庫；系統時鐘同步；防誤操作功能；系統的授權管理與功能分配；現地控制單元（LCU）；高級應用，AGC、AVC功能。

5 系統運行情況及改進

5.1 改造概況

牛路嶺水電站計算機監控系統的改造工作，于2004年6月中旬系統設備到貨并安裝開始，2004年7月開始現場調試，2004年7月底主控制級設備投入運行，2004年8月中旬1號機組LCU及公用LCU首先投入運行，隨后2號、3號、4號機LCU也相繼投運。運行多年來，H9000計算機監控系統能夠迅速、準確、有效地完成對本電廠被控對象的安全監視和控制，實現了數據采集與處理，實時控制和調節，安全運行監視，屏幕顯示，數據通信，系統診斷等功能，為公司設備的安全穩定運行奠定了良好基礎。

5.2 與調度通信系統的改進

牛路嶺水電站計算機監控系統，原設計配置一臺省調通訊工作站，接入兩個串行通信通道，采用IEC60870-5-101規約與海南省調度中心通信。這樣的主備雙通道通信方式，在后來的實際使用中發現，一旦省調通訊工作站退出（例如，該工作站需要維護），電站與省調的通訊將中斷。為此增加一臺省調通訊工作站，改為一臺通訊工作站對應一條串行通信通道方式，這樣可維護性和可靠性都得到提升。

根據海南省調度中心要求，牛路嶺水電站在2009年增加遠動網絡方式通信，即增加一條2 M帶寬的通道，在電站側配置一臺2 ME1 G703到以太網絡的協議轉換器（天為MA20B-2ETH），將兩臺省調通訊工作站接入遠動網絡，采用IEC60870-5-104規約與海南省調度中心通信。

牛路嶺水電站與省調的通信有以下特點：

（1）多通道：兩個串行通信通道，一個遠動網絡通道。

（2）多規約：IEC60870-5-101和IEC60870-5-104規約。

5.3 高級應用功能

（1）牛路嶺水電站自動發電控制（AGC）功能實現兩種運行方式：一是日負荷曲線方式，二是給定全廠總有功方式。日負荷曲線是采用一天96個時段的日負荷曲線。在給定全廠總有功方式運行時，根據控制權在海南省調或者在電站的不同，AGC可以根據海南省調度中心給定的總有功負荷，或者根據電站運行人員設定的總有功負荷要求，實時調節各機組有功功率出力，使電廠總出力滿足給定的總有功負荷要求。

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

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

牛路嶺水電站AGC功能從2005年投入運行以來一直安全、可靠運行至今，尤其是在海南電網作為孤網運行時期，牛路嶺水電站AGC為海南電網的優質運行做出過一定貢獻。

（2）牛路嶺水電站自動電壓控制（AVC）功能實現三種運行方式：①.電壓曲線方式。②電壓給定控制方式。③省調控單機方式。在電壓曲線方式和電壓給定控制方式下，AVC周期監視節點電壓，一旦節點電壓超出允許范圍（死區），即根據設置的電壓～無功調差系數計算出所需增減的全廠無功值，然后根據新的全廠無功值在發電運行的AVC可控機組間分配，分配準則：按等比例在各AVC成組可控機組中進行無功分配，同時參照機組P-Q運行圖和設置的機組無功限值。

牛路嶺水電站開關站是五角形接線，沒有母線，牛路嶺水電站AVC是將110 kV節點電壓作為控制對象。110 kV節點電壓取自主變壓器高壓側，采用雙量測電壓，即從兩臺主變壓器高壓側取電壓，兩路電壓形成有效性相互檢查。AVC同樣采用機組無功雙量測實現對機組無功有效性檢查，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行方式為主。

6 結束語

H9000計算機監控系統在牛路嶺水電站投入運行后，形成一個完整的開放網絡型分層分布的實時閉環過程控制系統，在中控室就能獨立完成對電廠的閉環自動控制功能。該系統的投運，使牛路嶺水電站的自動化程度全面提高，運行穩定，處理速度快，調節控制靈活方便，各項功能完善可靠，運行維護方便，實現了（少人值守）的目標，大大提高了電廠的安全運行水平，改善了員工的工作環境，提高了公司的經濟和社會效益。

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

[2]段振國，等.白山發電廠自動發電控制（AGC）功能的應用[J].水電站機電技術，2008（3）.