老口水電站及泄水閘壩計算機監控系統設計

韋世達

（廣西水利電力勘測設計研究院有限責任公司，南寧 530023）

1 工程概述

老口航運樞紐是一座以航運、防洪為主，結合發電，兼顧改善南寧市水環境等效益的水資源綜合利用工程，位于郁江上游廣西壯族自治區南寧市區，是郁江綜合利用規劃十個梯級中的第七個梯級。老口壩址位于左、右江匯合口下游4.7 km，往上游分別距離左江山秀壩址84 km和右江金雞灘壩址121 km，往下游距離西津壩址198 km，控制集水面積為72 368 km2。

電站總裝機容量為5×30 MW，多年平均發電量6.4 億kW·h，裝機利用小時數4265 h；電站以2 回110 kV 出線接入220 kV 石西變向南寧市區電網供電，線路長約為2×8 km。泄水閘壩設有13個閘孔，每個閘孔均設有1 扇弧形閘門及1 臺液壓啟閉機。船閘等級為Ⅲ級，通航標準為2×1000 t 級頂推船隊及1000 t級貨船。

2 計算機監控系統

2.1 系統特點

（1）監控系統符合開放式（OSF）環境，采用UNIX操作系統。人機界面采用OSF/MOTIF窗口管理和X-WINDOWS支持的全圖像技術，編程語言采用C++語言及其它標準編程語言如FORTRAN等。

（2）功能和相關數據庫分布在各計算機上，實行數據采集和處理功能分布在每個計算機上；局網各節點計算機的數據庫分布在各結點上。

（3）系統可靠且冗余。計算機監控系統采用冗余交換式以太網通信，且各LCU 的PLC 采用冗余CPU、電源模塊冗余的設計。主機/操作員工作站采用一臺工作、另一臺為熱備用的方式來實現實時控制，電站控制級采用冗余逆變電源供電。

2.2 系統構成

電站按照“無人值班”（少人值守）的管理模式設計，計算機監控系統為全開放的分布式結構，分電廠控制級和現地控制級[1]；泄水閘壩計算機監控系統由電站遠控級、壩頂變電所控制級和現地控制級構成，其中電站遠控級不單獨設置，與電站計算機監控系統共用上位機。泄水閘壩計算機監控系統二層交換機通過光纖接入電站計算機監控系統千兆交換機，搭建電站計算機監控系統對泄水閘壩計算機監控系統遠程管理的網絡通道，并發送電站對時信號。

計算機監控系統通信規約采用TCP/IP協議，通信介質采用光纖，電站控制級設備和各LCU采用冗余交換式以太網通信，系統各節點通過光纖電纜連接到LAN 上。局域網支持全開放的分布式結構并按IEEE802.3 標準設計，電站計算機監控系統數據傳輸速率不小于1000 Mbps，泄水閘壩計算機監控系統數據傳輸速率不小于100 Mbps。

電站計算機監控系統由相互連接成網的如下設備組成：2套主機/操作員工作站，1套工程師工作站，2套遠動通信裝置，1套通信處理站，1套文件報表語音服務器，1 套GPS 時鐘裝置，5 套機組現地控制單元（LCU），1 套升壓站現地控制單元（LCU），1套公用現地控制單元（LCU），1套400 V廠用電現地控制單元（LCU），1 臺便攜式MMI，1 套大屏幕顯示系統，1套二次系統安全防護設備，1臺A3激光網絡打印機，1 臺A3 彩色噴墨打印機，整套冗余光纖以太網網絡及配件，1套計算機監控系統軟件。

泄水閘壩計算機監控系統由集中監控單元和現地控制單元構成，包括1 臺壩頂變電所控制級工作站、1套壩頂公用現地控制單元（LCU）、13套閘門現地控制單元（LCU）、整套冗余光纖以太網網絡配件，1套計算機監控系統軟件等。

2.3 系統功能

計算機監控系統能實現數據采集與監視控制（SCADA）、數據交換、人機接口、自動實時控制、電站經濟運行、調度自動化、事故分析和處理、歷史資料管理等功能。

2.3.1 電站控制級

具有數據采集和監視，電站經濟運行，自動電壓控制（AVC），泄水閘壩閘門成組控制，人機聯系及操作，事故分析和處理，運行管理指導，歷史資料系統管理，統計和制表打印，系統自診斷和自恢復，通信，GPS 同步時鐘系統，電力調度自動化，語音報警等功能。

2.3.2 現地控制單元（LCU）

電站各LCU作為分布式系統的一個節點，負責整個電站機組及其附屬設備、變壓器、斷路器、隔離開關、接地刀閘、廠用電等各主要電氣設備和公用輔助設備、直流系統設備的自動監視與控制。

機組LCU 能完成模擬量、數字量、電度量等數據采集和處理，完成機組及其附屬設備的控制、操作和調整，完成機組事故跳閘、故障報警、手動緊急停機及水力機械保護，完成機組同期并網，實現與電站控制級計算機、保護系統、其他智能裝置（微機型或PLC 型）的通信，實現人機聯系，完成時鐘同步、自診斷等。

升壓站LCU 能完成模擬量、數字量、電度量等數據采集和處理，完成升壓站110 kV 斷路器、隔離開關分、合閘的控制、操作和調整，完成升壓站同期并網，實現與電站控制級計算機、保護系統、其他智能裝置（微機型或PLC 型）的通信，實現人機聯系，完成時鐘同步、自診斷等。

電站公用LCU 能完成模擬量、數字量、電度量等數據采集和處理，完成近區10 kV 系統所有負荷開關、隔離開關的分、合閘、近區10 kV 備自投的控制、操作和調整，實現與電站控制級計算機、保護系統、智能配電裝置、其他智能裝置（微機型或PLC型）的通信，實現人機聯系，完成時鐘同步、自診斷等。

400 V廠用LCU能完成模擬量、數字量、電度量等數據采集和處理，完成廠用400 V 配電系統母線上重要饋線、進線和分段斷路器的分、合閘、400 V廠用電備自投的控制、操作和調整，實現與電站控制級計算機、智能配電裝置的通信，實現人機聯系，完成時鐘同步、自診斷等。

2.3.3 泄水閘壩計算機監控系統

壩頂變電所控制級工作站能實現數據采集和處理，控制調節，安全運行監視，事件順序記錄，打印記錄，畫面顯示，可編程運行要求及參數計算，事故處理指導和恢復操作指導，數據通信，監控系統時鐘同步，監控系統自診斷，系統維護等功能。

泄水閘壩壩頂公用LCU 作為分布式系統的一個節點，負責泄水閘壩變電所變壓器、0.4 kV低壓進線柜、母聯柜和低壓出線主要回路斷路器，0.4 kV柴油發電機系統等各主要電氣設備的自動監視和控制，同時是泄水閘壩現地控制單元與泄水閘壩、電站監控系統的輸入/輸出接口，負責泄水閘壩現地控制單元與電站監控系統的通信。具有數據采集，控制、操作和調整，通信，人機聯系，時鐘同步，自診斷等功能。

泄水閘壩閘門LCU布置于相應的啟閉機房內，負責泄水閘壩工作閘門啟閉全過程的控制以及工作液壓泵與備用泵的切換、監視和控制。能完成閘門運行監視、操作、控制及調整，實現與泄水閘壩計算機監控系統上位機的通信，實現人機聯系，完成自檢及自診斷等

2.3.4 二次系統安全防護設備

具備互聯交換機、縱向加密認證網關、縱向硬件防火墻、橫向互聯硬件防火墻、正向隔離裝置、系統加固軟件等功能。

2.3.5 便攜式人機接口（MMI）

能用于維護和調試計算機監控系統的各LCU，完成LCU通訊接口的測試，能通過局域網訪問并實現對任意1 臺LCU 進行故障診斷、程序修改、裝載、啟動等。

2.3.6 大屏幕顯示系統

大屏幕顯示系統能支持多屏圖像拼接，畫面可整屏顯示，也可顯示多分屏畫面和組合畫面，并可多畫面在大屏幕上任意分割，能實時顯示電站及泄水閘壩計算機監控系統2 臺主機/操作員工作站畫面，同時能顯示15 路來自視頻監視系統的高清/標清視頻監視畫面。

2.4 系統硬件設備

2.4.1 電站控制級設備

（1）主機操作員工作站及工程師站。采用DELL T5600 產品，主要硬件配置：CPU≥2×Intel Xe?on 5607，主頻2.26 GHz，內存8GB，SAS2.0 接口硬盤1TB+1TB，23英寸液晶顯示器。

（2）遠動裝置。包括2套SJ30-664遠動通信裝置。

（3）文件報表語音服務器。采用DELL 3010MT產品，主要硬件配置：CPU≥Intel 酷睿i52320，主頻3.0 GHz，內存4 GB，硬盤1TB，23英寸液晶顯示器。

（4）通信處理站。采用DELL R720 產品，主要硬件配置：CPU≥2×Intel Xeon E5606，主頻2.13 GHz，內存4 GB，SAS2.0接口硬盤300GB+300GB，19英寸液晶顯示器。

（5）GPS 時鐘裝置。包括1 套SK-2UA 時鐘裝置，準確度優于0.2 μs。

（6）局域網設備。包括2 套1000 Mbps 網絡交換機。

2.4.2 電站現地控制級設備

每套LCU 配置1套南京南瑞公司MB80系列的可編程序控制器（PLC），機組LCU 的I/O 模塊配置為：開關量輸入352 點，開關量輸出128 點，模擬量輸入48點，模擬量輸出8點，SOE量輸入64點，溫度量Pt100輸入96點；升壓站LCU的I/O模塊配置為：開關量輸入416點，開關量輸出160點，模擬量輸入48點，SOE量輸入64點，溫度量Pt100輸入16點；公用LCU 配置的I/O 模塊為：256點開關量輸入，48點模擬量輸入，16點溫度量Pt100輸入，64點開關量輸出；400 V廠用LCU配置的I/O模塊為：384點開關量輸入，48 點模擬量輸入，16 點溫度量Pt100 輸入，96點開關量輸出。

2.4.3 泄水閘壩壩頂變電所控制級設備

（1）壩頂變電所控制級工作站。采用DELL T5600 產品，主要硬件配置：CPU≥2×Intel Xeon 5607，主頻2.26 GHz，內存8GB，SAS2.0 接口硬盤1TB+1TB，19英寸液晶顯示器。

（2）局域網設備。包括2 套5628G 型產品的1000 Mbps網絡交換機。

2.4.4 泄水閘壩現地控制級設備

（1）壩頂公用LCU。配置包括1 臺南京南瑞公司MB80 系列的可編程序控制器（PLC），I/O 模塊配置為：128點開關量輸入，32點模擬量輸入，16點溫度量Pt100輸入，96點開關量輸出。

（2）泄水閘壩閘門LCU。每套閘門LCU配置包括1 臺GE 公司的PAC3i 系列的可編程序控制器（PLC），I/O 模塊配置為：開關量輸入輸出均為32點，模擬量輸入4點，模擬量輸出2點。

2.5 系統軟件

計算機監控系統軟件包括系統軟件、基本軟件、高級應用軟件和工具軟件。

（1）系統軟件。包括操作系統、關系數據庫管理系統、局域網管理、通信軟件、開發系統軟件、語言和編譯軟件、大屏幕控制管理軟件等。

（2）基本軟件?；拒浖菍崿F計算機監控系統基本監控功能所必須的軟件，包括數據采集與處理軟件、實時數據庫管理軟件、基本應用軟件、人機聯系軟件、歷史數據軟件、通訊軟件、冗余設備管理軟件、診斷軟件、系統實時時鐘管理軟件、LCU基本軟件等。

（3）高級應用軟件。高級應用軟件是實現生產過程操作或控制功能的軟件，包括自動發電控制（AGC）軟件，自動電壓控制（AVC）軟件，全廠經濟運行軟件，開/停機過程監視軟件，電話語音報警（On-call）軟件，閘門成組控制、調節軟件，庫容量和泄洪流量計算軟件，閘門啟/閉過程監視軟件，警視聯動軟件，運行指導和事故處理軟件等。

（4）工具軟件。工具軟件具有占用空間小、功能單一、方便使用等特點，能提高系統開發效率，并減輕軟件開發與維護強度。主要包括PLC編程、監控組態、數據庫開發調試、控制操作閉鎖指導、圖像開發、報表生成轉換、遠方診斷、防病毒等軟件。

3 通信

老口水電站建成后由廣西電網調度中心和南寧地調雙重調度，遠動信息發往廣西中調和南寧地調。電力系統通信采用光纖通信方式，分別組成老口水電站—廣西中調和老口水電站—南寧地調的信息傳送通道。

光纖通信設計采用STM-1制式，容量155 Mb/s，通信光纜采用1根12芯OPGW光纜，在電站端配置2套STM-4光傳輸設備，2套PCM設備向廣西中調、南寧地調傳送調度電話、遠動、電能計費等信息。通信通道為老口水電站—石西變1和老口水電站—石西變2，雙通道設計，互為備用，每回路徑長度約8 km。

廠內通信選用一臺100門具有調度功能的程控自動電話交換機作為生產調度和行政通信之用，并可與系統通信和市話網絡進行匯接和交換[2]。另外，由廣西中調和南寧地調分別設置2路小號，實現與調度的通信聯系；并根據調度需要，老口水電站配置1套規格為4通道的錄音系統。

4 電源

老口電站直流系統為220 V，雙蓄電池組，雙整流充電器，容量為800 Ah。直流系統為兩段單母線，設有合閘母線、控制母線及調壓硅鏈。兩組整流充電設備共用一套微機型集中監控器。

正常時直流系統為單母線分段運行，必要時兩組母線能合并運行，即每組整流充電器能單獨向兩組母線供電，每組蓄電池能單獨向兩組母線供電。

直流系統微機控制器能與電站及泄水閘壩計算機監控系統通信，實時傳輸直流系統的工況參數。

電站直流蓄電池布置在蓄電池室，充電、母聯及饋電柜布置在控制保護室，逆變電源布置在中控室設備及資料間，泄水閘壩直流分電箱布置在泄水閘壩變電所。

5 結語

老口航運樞紐工程電站及泄水閘壩計算機監控系統配置和設備選型充分利用計算機領域的先進技術，系統能達到國際先進水平，自投運以來，運行穩定可靠，很好地滿足了業主的要求，取得了良好的社會和經濟效益。