老撾南立1-2水電站雙語計算機監控系統設計與實現

顏現波，趙勇飛，盧小方，邢 斌，李建忠

（1.北京中水科水電科技開發有限公司，北京 100038；2.中國水利電力對外公司，北京 100120）

0 電站概況

南立水電站位于老撾首都萬象市西北，13號公路班欣合南立大橋上游約50 km 處的南立河干流上。距萬象市公路距離132 km，其中自壩址經孟豐縣班登村到班欣合13號公路需新建和改建對外公路約42 km。自班欣合沿13號公路到萬象市約90 km。電站裝機容量2×50 MW，送出電壓等級為115 kV，其中115 kV側進線2 回，出線2 回。電站115 kV側采用單母線接線，115 kV主變進線二回，115 kV出線二回。電站接入老撾電網，在系統中承擔調峰任務。

南立1-2水電站主體工程于2007年9月開工建設，2010年8月實現兩臺機組同時投產發電。H9000V4.0計算機監控系統與機組同步投運。

1 電站計算機監控系統設計原則

南立水電站計算機監控系統，按“無人值班”(少人值守)，能實現現地、遠方監控的原則進行總體設計和配置。該系統應能達到高可靠、高性能地全計算機監控，遠程維護，全網絡化信息交換的電站現代控制水平，以適應“關門電站”的發展需要。實現全廠AGC、AVC的自動控制，保證電廠最優經濟運行。包括確定最佳運行機組組合、在運行機組間按經濟運行準則分配有功及無功的自動控制，保證電站在最佳狀態下運行。

電站計算機監控系統應采用符合國際標準的開放、分層分布式計算機監控系統結構，以保證今后各子系統選用不同計算機時的兼容性，系統擴展和設備更新時的可移植性。電站計算機監控系統由站控級和現地控制單元構成。站控級主機、工作站及現地各LCU均使用實時多任務多窗口操作系統，監控軟件采取國際上流行的模塊化體系結構，實現監控數據處理、計算和儲存的實時性和分布性。監控系統集成軟件采用C/S 或B/S 架構，保證系統響應的實時性和穩定性。通過中控室及計算機房工作站上的集中監控畫面對設備進行監視控制，并自動快速響應控制設備狀態信息。

計算機監控系統網絡結構圖如圖1 所示：

圖1 監控系統配置圖

考慮到南立水電站的特點以及對老撾電網的重要作用，電站監控系統按照以下原則進行設計：

（1）監控系統需要具備中、英文雙語平滑切換功能

南立水電站屬于國外項目，由中方負責建設并在前期負責運行和維護，后期將會移交給老撾方面獨立運營。中方人員需要中文環境，老撾運行人員要求英文環境，要求監控系統的畫面、報警等均可支持中、英文兩種顯示模式。因此，為了便于運行人員進行操作，監控系統設計了“一鍵切換”功能，運行人員通過對界面上按鍵的簡單操作，能夠實現整個系統在中文、英文之間的平穩切換，并保持系統的正常運行，不會因為切換而造成數據的丟失和對遠方設備的誤動。為此，中水科技公司在原有的H9000計算機監控系統單語言版本的基礎上研制開發了H9000 系統的雙語版本。該版本通過在實時數據庫、人機界面等方面對原來單語言的H9000 數據庫系統進行升級，在不改變原來體系結構的情況下，實現了雙語功能，并實現了“一鍵切換”功能，用戶僅需點擊菜單項，即可將系統從當前的語言環境切換到另外一個語言環境中，人機界面、報警等也將會變為另一個語言環境下的內容。由于該方法具有較強的通用性，所以，可以實現任意兩種語言的組合，如中英文組合、英法文組合等。

（2）熱備型PLC及不間斷電源

南立水電站在老撾電網中屬于容量比較大的電站，對老撾電網的穩定有較大的影響，所以，電站的安全要求較高，為保證電站可以安全穩定運行，監控系統中的主要設備和供電電源均采用冗余工作方式。

現地控制單元采用施耐德Quantum unity 熱備型PLC。LCU采用雙電源模塊、雙CPU、雙以太網模板的冗余結構。主、備用CPU 熱備冗余工作方式可以在主用CPU 發生故障的同時，發生主、備用CPU的切換，不會出現任何擾動現象影響外圍設備的運行；系統采用冗余數據的采集、控制結構，每套CPU 都可以通過A、B，2套I/O 數據網對遠程I/O 實施采集和控制，任何一套網絡出現問題的情況下，CPU會從另外一套網絡上獲得遠程I/O數據，從而保證了數據采集與控制的可靠性。

除DLP 大屏幕外，電站級設備由2臺在線式不間斷電源（UPS）供電。每臺不間斷電源的容量按全部設備最大負載總和的150%考慮，正常工作時2臺不間斷電源分擔全部設備負載，任一臺事故時由另一臺負擔全部設備負載，2臺UPS應為并連冗余，UPS的切換確保不中斷供電，且確保系統是恒頻恒壓。UPS 具有一定的過壓和過載能力，且具有抑制浪涌電壓和電磁干擾的能力。每組UPS的輸入電源為廠用交流220V及電站直流220V，當廠用電消失時，自動轉由電站220V 蓄電池供電，供電電源切換應不影響計算機正常工作。

（3）監控系統采用獨立的水機保護裝置

為了保證機組在主、備用CPU 全部癱瘓的情況下，可以在機組出現事故的時候及時停機，現地LCU還提供了另外一套單獨的PLC和單獨的電源用來為機組提供后備水機保護。當兩臺CPU完全癱瘓的情況下，這套單獨的PLC 將接管機組控制，在水機保護信號產生的同時，使機組停機，達到保護機組的目的。

2計算機監控系統實現

2.1 上位機系統實現

站控層由操作員站A、操作員站B、工程師站兼仿真培訓站、廠內通信服務器等構成，實現監視控制現地設備等功能，形成全站監控中心。其中操作包括：機組操作、功率調節、斷路器操作、隔離開關及刀閘操作、設備操縱及閘門升、降、停操作等。主要設備詳細配置及實現功能如下：

（1）操作員工作站：采用Sun U24 工作站，Solaris 10操作系統，實現中控室運行人員監視與控制功能。兩臺操作員站互為熱備用。

（2）工程師兼仿真培訓工作站：采用Sun U24 工作站，Solaris 10操作系統，實現仿真培訓功能。

（3）廠內通訊服務器：采用HP XW4600 工作站，中文Windows 2000操作系統，實現監控系統與廠內其它系統的通訊功能。

（4）GPS 時鐘：實現全廠監控系統及其它監視設備時間一致功能。在中控室放置一個子鐘，在發電機層放置一個子鐘，從GPS接收時鐘信號，構成時鐘系統，用于顯示標準時間。

2.2 現地控制單元實現

電站LCU包括2套機組LCU、1套開關站/公用LCU和1套壩區LCU。

現地控制單元采用施耐德Quantum unity熱備型PLC。LCU采用雙電源模塊、雙CPU、雙以太網模板的冗余結構。LCU完成對監控對象的數據采集及數據預處理，負責向網絡傳送數據信息，并自動服從上位機的命令和管理。同時各LCU也具有控制、調節操作和監視功能，配備有人機觸摸屏，當與上位機系統脫機時，仍具有必要的監視和控制功能。

LCU具有掉電保護功能和電源恢復后的自動重新啟動功能。機組LCU、開關站/公用LCU由380/220V 交流廠用電和電站內設置的220V 直流電源同時供電，LCU工作電源采用交直流切換方式，正常情況下由廠用電供電，廠用電消失時能自動切換到電站直流電源。兩套電源之間的切換應滿足自動無擾動，任務不中斷，數據不丟失。壩區LCU由380/220V 交流廠用電供電。

2.3 網絡結構實現

電站級計算機及現地控制單元采用100 Mb/s 冗余交換式工業以太網連接。機組和壩區現地控制單元與交換機采用光纖連接，其它節點采用屏蔽雙絞線。交換機采用MOXA PT-7728 千兆模塊化網絡交換機為工業級的交換機，采用無風扇設計，雙工作電源。該網絡設備滿足多個輸入輸出，適應各種類型數據的傳輸要求，適應電力工業現場的電磁干擾、溫度、振動等環境要求，在實現計算機監控系統功能的前提下滿足數據實時性要求。

2.4 工業電視監控實現

工業電視監控系統由下列設備組成：監控中心設備、網絡傳輸設備和監控前端設備。

工業電視系統采用數模結合的配置方案，電站內部傳輸及前端設備配置為模擬方式，以保證圖像效果；并配備圖像數字編解碼設備實現網絡化管理和傳送，可利用SDH 設備和光纜組成的光纖通道進行對外傳送。

實時提供電站各監視點設備的運行情況。向中控室操作人員提供現場實時圖像，以配合電站計算機監控系統，取得設備運行及電站設施的全面信息。對歷史圖像進行完整的保存與再現，滿足運行監控、管理對信息的要求，為設備故障或事故分析和處理提供準確、可靠的依據。與消防監控系統配合，提供現場火災災情圖景信息，以便準確判斷災情，及時采取消防措施。

4 結束語

H9000V4.0計算機監控系統在南立1-2水電站的合理設計與實現，為該水電站的“無人值班（少人值守）”奠定了堅實的基礎。老撾南立1-2計算機監控系統的投運，完全滿足了各方面的要求，實現了中英文系統無擾動切換；該系統自投運以來，設備運轉正常，系統運行良好，并且從投入運行至今尚未出現重大事故，實現了安全穩定運行的目標，證明了南立計算機監控系統的設計原則和主要功能是十分安全、可靠的，為H9000V4.0計算機監控系統在國外水電站項目中的成功應用積累了經驗。