烏東德水電站計算機監控系統網絡結構設計分析

趙 亮，楊 賽

(烏東德水力發電廠籌建處，云南 祿勸 651500)

烏東德水電站位于四川省會東縣和云南省祿勸縣接壤的金沙江峽谷段，是一座以發電為主，兼有防洪、改善下游航運和發展庫區通航等綜合效益的大型水電站。烏東德水電站工程于2015年12月16日通過國家核準，2015年12月24日主體工程正式開工。預計2020年8月，電站首批機組投產發電；2022年2月，工程完工。烏東德電站是國內已建和在建的第四大電站、世界已建和在建的第七大水電站，總裝機容量10 200 MW，左右岸各6臺850 MW水輪發電機組。預計左岸電站以500 kV的3回出線接入云南電網；右岸電站以500 kV的3回出線接入昆北換流站，再通過±800 kV柔性直流為廣東、廣西送電。

1 烏東德水電站計算機監控系統設計概述

烏東德左、右岸電站計算機監控系統采用一體化的設計方案，即左、右岸電站和大壩等設備均采用一套計算機監控系統進行監控，左、右岸電站按單一電站設計，左、右岸電站能實現信息互通但不能相互控制。系統通過相應的設計和配置，將實現現地、左/右岸集控室、電站控制樓、昆明調控中心對烏東德水電站的監控。

烏東德水電站計算機監控系統為分層式結構，由電站層和現地控制單元層兩部分組成。電站層設備分集控層和廠站層，集控層設備包括：布置在集控樓的設備和通過專用網絡延伸布置在昆明調控中心的設備。廠站層設備包括：布置在左岸地下副廠房集控室和右岸地下副廠房集控室的設備。現地控制單元層設備包括：12套機組LCU；2套開關站公用LCU；10套開關站GIS LCU；2套廠用電LCU；2套廠內公用LCU；1套左岸泄洪洞LCU；1套集控樓LCU；1套大壩LCU。電站計算機監控系統具有以下特點：

1)全系統均為計算機監控結構。

2)電站控制樓取消常規的集中控制設備，僅利用計算機及其相關設備用以監控相關設備。

3)現地LCU不采用常規的邏輯回路布線，由具有雙重化設計的計算機及其相關設備進行監控，并且水機后備保護功能由單獨設置的PLC完成。

4)盡可能采用工業以太網總線及遠程測控單元。

5)加強現地層控制功能，提高現地層可靠性。

2 烏東德水電站監控系統內部網絡結構

2.1 烏東德水電站監控系統網絡結構

電站現地控制單元以上由三層網絡結構組成，分別為電站控制網、電站信息網和信息發布網。

電站控制網采用雙萬兆主干環網加雙千兆星型接入網的混合網絡結構。在左、右岸地下副廠房計算機室、控制樓計算機室分別布置2臺控制網主干交換機，各處主干交換機之間通過2路單模光纜互連構成10 000 Mbps雙環型主干網。電站廠站層各計算機節點設備通過2路網絡雙絞線以雙星型方式就近接入控制網交換機，網絡傳輸速率1 000 Mbps。

電站信息網采用雙萬兆以太網結構，傳輸速率10 000 Mbps。在左、右岸地下副廠房計算機室、控制樓計算機室分別布置2臺信息網主干交換機。信息網主干交換機之間通過2路單模光纜互連構成10 000 Mbps雙鏈路聚合主干網。電站廠站層各計算機節點設備通過2路網絡雙絞線以雙星型方式就近接入信息網交換機，網絡傳輸速率1 000 Mbps。

電站信息發布網采用千兆單網結構，傳輸速率1 000 Mbps，采用TCP/IP協議，遵循IEEE802.3標準。在控制樓計算機室布置1臺電站信息發布網交換機，并通過1 000 Mbps網絡雙絞線接口接入2臺電站信息查詢數據服務器集群、2臺WEB發布服務器等電站信息發布層計算機。電站信息網通過電站側的2臺梯調通信網關機經金沙江梯級光傳輸網實現至昆明調控中心的延伸。在昆明調控中心布置2臺延伸網交換機，從而實現電站操作員在昆明調控中心的電站監控網絡延伸平臺上的遠程值班需求。

現地控制單元采用以太網總線連接遠程I/O及現地智能監測設備，以太網總線采用雙冗余結構，傳輸速率大于100 Mbps。

2.2 烏東德水電站現地層與廠站層通信

在每個LCU柜內均配置2臺控制網子交換機和1臺信息網子交換機，均采用工業級以太網交換機，傳輸速率1 000 Mbps。各LCU分別通過配置的2臺控制網子交換機通過單模光纜以雙星型方式就近接入控制網主干交換機，網絡傳輸速率1 000 Mbps。各LCU分別通過配置的1臺信息網子交換機通過單模光纜以單星型方式就近接入信息網主干交換機，網絡傳輸速率1 000 Mbps。

2.3 烏東德水電站現地層與現地智能設備通信

現地智能設備主要信號通過雙星型或環型以太網接入對應LCU，部分重要信號通過硬接線方式接入相應LCU。另外發變組繼電保護系統，通過現地控制單元控制網交換機直接與監控系統上位機通信，其數據不進入現地控制單元；保護信息管理系統，通過現地控制單元控制網交換機直接與監控系統上位機通信，其數據不進入開關站公用單元。

3 烏東德水電站監控系統外部網絡結構

電站監控系統主要與昆明調控中心、云南電網、南方電網進線通信。電站監控系統的所有數據都傳送至昆明調控中心，由昆明調控中心工作人員進行烏東德電站設備運行的監控。電站左、右岸相關重要數據，按調度要求上送至南網總調及其備調和云南省調及其備調。

3.1 烏東德水電站與昆明調控中心的通信

為滿足昆明調控對烏東德水電站全方位的監控功能，需按要求上送電站全部信息。烏東德水電站監控系統與昆明調控中心監控系統之間采用光傳輸網作為主用通信方式(見圖1)，該傳輸網采用雙通道通信。在緊急情況下，電站采用三峽集團公司內部組建的衛星應急通道向昆明電調監控系統傳送電站主要設備信息。三通道相對獨立，從而確保昆明調控中心監控系統與烏東德水電站監控系統之間的通信不間斷。電站監控系統通過配置的4臺通信網關機和金沙江下游梯級光傳輸網的兩條完全獨立的光傳輸通道實現電站監控系統網絡至昆明調控中心的延伸，通過在延伸網絡上部署電站操作員工作站實現電站運行人員在昆明調控中心遠程值班要求。

3.2 烏東德水電站與電力調度部門的通信

電站監控系統通過布置在集控樓的2臺南網通信服務器，通過南網調度數據網接入平臺接入南網調度數據網(見圖2)，實現與南網總調及備調、云南省調之間的通信。烏東德水電站與南網調度中心的數據傳輸以電力調度數據網絡傳輸方式為主，以2 M專線傳輸方式為輔。

圖1 烏東德水電站與昆明調控中心通信圖

圖2 烏東德電站與南網通信圖

4 烏東德水電站時鐘同步系統

根據烏東德水電站設備分布和通信線纜的敷設情況，衛星時鐘同步系統采用三級時鐘的方案。時鐘同步設備的數量及布置位置見表1。

衛星時鐘同步系統采用雙重化配置，其一級主時鐘能分別接收GPS和北斗星授時信號，且兩種時鐘的信息互通，互為熱備用。兩臺一級主時鐘通過單模光纜將同步信號分別輸出至雙機熱備的二級擴展子時鐘。兩臺二級擴展子主時鐘通過擴展光纖時鐘信號接口將同步信號分別輸出至各三級擴展時鐘單元。一級、二級和三級衛星時鐘同步系統具有多種輸出接口，用以滿足電站各種自動裝置所需的時間同步信號。一級主時鐘利用以太網接入監控系統信息網并為其對時，利用網絡時間協議通過生產控制網并為其對時。

表1 烏東德水電站時鐘同步設備數量及布置位置表

5 結 語

烏東德水電站監控系統網絡結構傳承于三峽、向家壩、溪洛渡監控系統，并具有一定的創新性。烏東德水電站具有機組單機容量大、設備多、設備分布廣等特點，這些都對計算機監控系統通信提出了更高的要求。烏東德水電站監控系統通信系統采用分層分布式體系結構，使散落在電站各個地方的各種設備嚴格執行指定的任務并通過系統網絡與系統進行通信，用以提高系統的實時性和穩定性，為系統的可靠運行提供了保證。