溪洛渡電站計算機監控系統網絡結構分析

丁倫軍，夏建華，遲海龍

（1.溪洛渡水力發電廠，云南 永善 657300 2.北京中水科水電科技開發公司，北京 100038）

0 引言

溪洛渡電站位于四川省雷波縣與云南省永善縣接壤的金沙江干流上，距下游宜賓市約184km(河道里程)，左岸距四川省雷波縣城約15km，右岸距云南省永善縣城約8km。電站由攔河大壩、泄洪建筑物及引水發電建筑物組成。溪洛渡電站作為中國第二、世界第三水電站，總裝機容量13860MW，左右岸各安裝9臺770MW水輪發電機組，左岸以500kV等級電壓3回出線方式接入國家骨干電網，右岸以500kV等級電壓4回出線接入南方電網。電站監控系統采用北京中水科水電科技開發公司H9000 V4.0監控系統，肩負“一廠兩調”、“調控一體化”使命。

1 溪洛渡電站計算機監控系統概述

溪洛渡左、右岸電站計算機監控系統采用統一設計、統一實施的方案，即左、右岸電站采用一套全計算機監控系統進行監控，采用統一調度管理和“無人值班”的設計原則。系統按照應能實現現地（LCU）、中控室、成都調控中心監控的指導思想進行總體設計和配置，并能實現成都調控中心對溪洛渡水電站的調控一體化。在監控系統軟件結構設計中，溪洛渡電站分為左、右岸2個相對獨立的電站進行設計，并由各自冗余配置的數據采集服務器完成數據采集；在數據庫結構和功能設置上應按2個電站獨立設置，但左、右岸電站各類數據相互共享，構成統一完整的溪洛渡電站全廠數據庫，通過中控室的操作員站實現全廠集中監控。

H9000 V4.0系列計算機監控系統，是中國水利水電科學研究院自動化所開發的新一代面向的分布開放水電站監控系統，具備完善的水電站和遠方集控中心的監控系統軟件包。采用開放式的系統結構和成熟、可靠系統軟件，廠站層關鍵設備采用基于UNIX平臺的硬件，其它計算機節點采用WINDOWS平臺，進一步提高了兩個平臺應用軟件的兼容性。海量數據采集與傳輸技術，保證采集數據的實時性指標，完善的歷史數據庫功能，滿足大型及特大型機組要求，提高系統的開放性，新型的人機聯系、報表、Web功能，充分考慮運行人員習慣和需要，提高系統的友善性。

2 溪洛渡電站監控系統內部網絡結構

2.1 溪洛渡電站監控系統三網四層結構

溪洛渡電站監控系統采用三網四層結構，總體上分為廠站層和現地層，其中廠站層又分為廠站控制層、廠站信息層和生產信息查詢層；為保證溪洛渡電站監控系統網絡的安全可靠性、信息分流，監控系統網絡分為電站控制網、電站信息網和生產信息查詢網三網，即整個系統采用三網四層的全冗余分層分布開放系統總體結構。

廠站層系統設備主要包括：數據采集服務器、歷史數據庫服務器、應用程序服務器、操作員工作站、工程師工作站、培訓工作站、維護工作站、電網檢修申請工作站、廠內通信服務器、調度通信服務器、生產信息查詢服務器、WEB發布服務器、報表服務器、語音報警及短信服務工作站、主設備狀態監測趨勢分析服務器、打印機等外設、模擬屏及其驅動器、大屏幕液晶顯示器及其控制器、衛星時鐘同步裝置、UPS電源及相關網絡設備等。另外還包括左、右岸地下電站副廠房廠站層設備。

左/右岸電站現地控制級設備各包括：機組現地控制單元（9套）、500 kV開關站現地控制單元（1套）、公用現地控制單元（3套），在大壩上還設置1套大壩現地控制單元及1套操作員站。

2.2 溪洛渡電站現地層與廠站層通信

溪洛渡電站現地層01-18F機組LCU均采用Schneider Quantum系列CPU67261作為主控制器，冗余控制器結構配置4塊140NOE77111以太網模板，采用TCP/IPModbus作為網絡協議，左岸各LCU通過控制網雙星型結構與左岸副廠房主干控制網交換機連接，右岸各LCU通過控制網雙星型結構與右岸副廠房主干控制網交換機連接，左右岸主干控制網交換機與控制管理樓機房主干控制網交換機采用千兆雙環結構連接，全廠控制網采用星型網絡和環形網絡相結合的結構，既具有星型網絡結構的靈活性，又保證了網絡自愈功能。現地層機組LCU與廠站層之間同時具備信息網通信功能，全廠控制網與信息網的分離，將與LCU無關的網絡信息均分流到信息網，控制網僅連接與LCU直接相關設備，與其他系統和信息隔離，減少相互干擾，保證網絡的安全性、可靠性，通過實現信息分流，系統實時性能和網絡的靈活性也得到了提高，但使網絡結構相對比較復雜。

2.3 現地層與現地智能設備通信

溪洛渡電站監控系統肩負整個電站設備設施監控任務，在保證對現地設備可靠穩定控制情況下，與現地智能設備之間采用智能通信方式，最大可能的保證數據采集的完整性和全面性，簡化現場施工的復雜性。

（1）勵磁控制系統（Modbus）

（2）調速器及其油壓裝置控制系統（Modbus和MB+總線）

（3）主變冷卻器控制系統（MB+總線）

（4）主變技術供水控制系統（Profibus-DP總線）

（5）筒形閥電氣同步控制系統及其油壓裝置控制系統（Modbus）

（6）機組頂蓋排水控制系統（Modbus）

（7）機組技術供水控制系統（Profibus-DP總線）

（8）水輪發電機輔助設備控制系統（Modbus）

（9）超聲波流量計（僅 1，6，9，10，14，18 號機組）（Modbus）

3 溪洛渡電站監控系統外部網絡結構

溪洛渡電站監控系統與外圍通信，主要有成都調控中心、國家電網、南方電網，電站監控全部數據上送成都調控中心，由成都調控中心中控室集中監控溪洛渡電站運行情況；左岸電站部分數據直接傳送至國調及備調、四川省調及備調、華中網調；右岸電站部分數據直接傳送南網及備調、云南省調及備調。正常情況下，國網及南網調度部門通過成都調控分別調度到溪洛渡左、右岸電站母線，緊急情況下，電網調度部門可直接調度到電站機組。

3.1 與成都調控中心的通信（圖1）

圖1 溪洛渡電站與成都調控中心通信

溪洛渡電站為了滿足成都調控對電站的遙測、遙信、遙調及遙控功能，監控系統隨時準備接受調控的調度命令，調控一體化的實施，要求監控系統發送電站全數據，含設備運行工況、運行參數及相關信息等。溪洛渡電站計算機監控系統與成都調控采用金沙江光傳輸網雙通道作為主用通信方式，采用租用的電力通道為備用通信方式，采用衛星通信作為應急通信方式。四通道相對獨立，盡可能的保證成都調控監控系統與溪洛渡電站監控系統通信的暢通。

（1）主用通道雙通道（金沙江光傳輸網，A/B通道），采用100Mb/s以太網連接，通信協議采用IEC60870-5-104。

（2）備用通道（租用電力傳輸通道，C通道），采用10Mb/s以太網連接，通信規約為IEC60870-6-TASE.2。

（3）衛星應急通信通道（D通道），采用點對點連接，通信速率64Kb/s，通信規約為IEC60870-5-104。已配置兩臺冗余的通信工作站提供備用通道的路由切換裝置。

3.2 電站與電力調度部門的通信

溪洛渡電站左岸與國調通信采用雙平面方式（見圖2），數據A網與數據B網相對獨立，左岸電站地下副廠房調度通信服務器1和調度通信服務器2直接通過實時VPN實現電站與國調之間實時通信；電站檢修工作采用電網申請檢修工作站通過文件網關、非實時VPN與網調通信，保證網絡的安全性。

右岸電站計算機監控系統實現與南方總調及備調、云南省調及備調之間的通信。溪洛渡右岸水電站遠動信息向南方總調和云南省調的傳輸以電力調度數據網絡（雙網）傳輸方式為主，以常規點對點傳輸方式為輔。此外，遠動信息采用調度數據網方式傳輸至南方總調備調和云南省調備調。

圖2 溪洛渡左岸電站與國網通信

4 溪洛渡電站時鐘同步系統

4.1 網絡結構

根據溪洛渡電站的工程布置和光纖敷設情況，衛星時鐘同步系統采用一、二、三級時鐘的方案。一級時鐘布置在電站控制管理樓計算機室，由2臺衛星同步時鐘主機構成。在左、右岸電站地下副廠房和大壩分別設置一套雙機互備的二級時鐘擴展單元和一套單機的二級時鐘擴展單元，三級時鐘設置在LCU，為左、右岸各LCU提供衛星時鐘同步信號。

衛星時鐘同步系統由2套主時鐘、3套二級子時鐘以及24套三級子時鐘及相關附件組成，其結構參見圖3。

圖3 溪洛渡時鐘同步系統結構圖

衛星時鐘同步系統采用冗余配置，兩臺時鐘主機互連構成雙機熱備一級時鐘，主機箱分別配置雙電源模塊供電，能分別接收GPS和北斗星授時信號，實現GPS和北斗兩種衛星時鐘信息共享，互為熱備用，并具有自動恒溫守時功能。時鐘主機分別通過以太網接口接入2套監控系統信息網交換機，采用NTP（網絡時間協議）通過生產控制網絡，對整個網絡內的計算機進行時鐘對時。

雙機熱備的二級時鐘擴展單元同時接入兩臺主時鐘分別輸出的同步信號，且2路外部時鐘基準信號互為熱備用。主時鐘與擴展單元之間采用單模光纜連接。

二級擴展單元的2臺主機分別通過擴展光纖時鐘信號接口，與分布在各LCU內的三級子時鐘相連接。可根據距離選用單模或多模光纜。

二級和三級衛星時鐘同步系統具有多種輸出接口，包括：PPS，PPM，串口 RS-232，RS-422/RS485，以太網、IRIG-B；空接點（有源、無源），TTL、差分電平等能適各種保護裝置及自動化設備的接口要求。各種輸出接口能靈活配置，能滿足電站所有自動裝置所的各種時間同步信號。輸出至其它系統的時鐘信號在本側有電源隔離。

4.2 主時鐘

主時鐘由CPU模塊、接收模塊、接收天線、電源模塊、LED顯示器、時間信號輸出模塊等設備組成。主時鐘同步源輸入信號為：1路GPS天線，1路北斗天線。

4.3 擴展子時鐘

每臺擴展子時鐘均能接入來自2個上級時鐘的2路IRIG-B(DC)時碼輸入信號，互為備用。擴展子時鐘包括信號擴展單元、擴展時鐘裝置、電源裝置、LED顯示器、時間信號輸出模塊等模塊。子時鐘與主時鐘之間采用光纖連接。每臺子時鐘同步源輸入信號為：2路。

5 結束語

溪洛渡電站計算機監控系統肩負監控溪洛渡左右岸機組、公用、大壩、泄洪等所有設備，機組容量大，設備分布廣，整個計算機監控系統采集數據80 000點以上，也使得溪洛渡電站計算機監控系統成為世界上單站規模最大的計算機監控系統。其海量的數據，對計算機監控系統通信提出了更高的要求。監控系統設計所采用的多通道分類型的數據通訊方式，解決了數據的穩定性和實時性，為系統的可靠運行提供了保證。

[1]王德寬，袁 宏，王崢瀛，等.H9000 V4.0計算機監控系統技術特點概要[J].水電自動化與大壩監測，2007,31（3）.

[2]王桂平，姚維達，鐘 衛，等.H9000 V4.0計算機監控系統技術特點及在水電站的應用[J].水電廠自動化，2008,9.

[3]DLT 578-2008，水電廠計算機監控系統基本條件[S].