阿爾塔什水利樞紐工程監控系統設計

於文匯

(新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

1 工程概況

阿爾塔什水利樞紐工程作為一座重要的控制性水利生態電站，具有著灌溉、維持生態以及發電等綜合任務，該水電站位于新疆克孜勒蘇柯爾克孜自治州阿克陶縣的庫斯拉甫鄉境內的葉爾羌河干流山區河段。

具體位置距喀什地區的莎車縣約120 km，距下游卡群渠首約55 km，距喀什市約310 km。阿爾塔什水利樞紐工程中含有一個22.49億m3庫存容量的水庫，該水庫正常蓄水的位置可以達到1820 m，同時擁有12.60億m3的可調節庫存容量，總裝機容量達到755 MW，其中55 MW為生態電站的容量。

阿爾塔什水利樞紐工程建成以后，可以輸送21.28億kW·h的電量供給于南疆地區，成為南疆地區的一個骨干電能輸送點，起到承擔季節峰荷、腰荷、基荷的作用，并且也能夠作為地區電網系統的備用和事故負荷儲備。

2 監控系統設計概述

2.1 總體設計原則

根據實際工程情況參照設計原則，本水利樞紐工程采用的運行值班方式為“無人值班”(少人值守)。水利電站的監控系統不設置獨立集中式監控，而采用全廠統一設置的監控系統進行運作。對于主電站和生態電站之間采用光纜進行通信，其中交換機使用的通信方式為擴展級。同時對于電站的安全和可靠性的考量下，設置了安全閉鎖功能、事故動作回路、緊急停機功能，從而滿足因為監控系統發生故障或者事故時候，可以對電站的重要設備和系統進行對應處理。

2.2 電站調度方式

阿爾塔什水利樞紐工程連接新疆的電網進行運行，根據新疆電網分層管控和統一調度的規定，主電站的運行將由省調直接進行管控，南疆地調會進行相應的監視。計算機監控系統會把運行信息直接發送給省調和地調，接收全省的AGC(自動發電控制)調令，根據梯級集中控制系統進行調控。

本計算機監控系統包括主電站計算機監控系統和生態電站監控系統兩部分組成，兩電站相距16.7 km左右，賣方需完成兩個電站之間的通信，實現由主電站和生態電站的集中控制。

3 監控系統的控制方式和對象

3.1 控制方式設置

采用的控制方式為，電站級/遠方調度端控制方式；電站級/現地單元級控制方式；聯合控制/機組單控運行方式；聯合調運行/機組單調方式；設備自動/手動控制方式。控制調節方式具有一定的優先級，其順序依次為現地層、電站層。

3.2 控制對象

3.2.1 主電站

監控方式：主電站主要運用的方式為全計算機監控，通過操作員工作站的人機接口設備由值班人員對全廠實行集中監控，也可在現地LCU處進行操作，主電站的監控系統在保證穩定運行情況下實現自動控制，待遠方控制中心或梯調建成后，也可在該處進行遠程監控。

監控范圍包括：220 kV開關設備、輔助設備、110 kV開關設備、水輪發電機組、主(副)廠房內公用及輔機設備、主變壓器、廠用變壓器、發電機電壓配電裝置、高、低壓廠用電系統、220 V直流電源、生態電站機組及開關站、各過水建筑物閘門及啟閉機等。

3.2.2 生態電站

監控方式：采用全計算機監控方式，通過操作員工作站的人機接口設備由值班人員對全廠實行集中監控，也可在現地LCU處進行操作，生態電站的監控系統在保證穩定運行情況下實現自動控制。

監控范圍包括：110 kV開關設備、輔助設備、廠用變壓器、主變壓器、水輪發電機組、主(副)廠房內公用及輔機設備、發電機電壓配電裝置、廠用電系統、220 V直流電源及壩區各泄水建筑物閘門等。

4 監控系統結構設計

4.1 監控系統整體層次規劃

根據設計原則，水利工程中采用開放性分層結構的監控系統，并且數據的管理為分布式。具體的分層按照網絡拓撲可以分為現地控制層和電站控制層；按照設備的位置區分，可以分為現地控制級設備以及電站控制級設備。

網絡結構及特性：生態電站與主電站間通過交換機擴展級聯方式通信，通信采用光纜，兩電站間按擴大場站模式進行監控。

4.2 監控系統設備配置

本工程監控系統主要涉及主電站和生態電站，其中主電站及生態電站計算機監控系統在功能上分為兩級，即主控級和單元控制級。各級的設備配置如下：

4.2.1 主控級

主控級作為水電站的監控系統中心，主要統管全廠的系統運行情況，監控系統的功能和運行數據的處理，同時還承擔有全廠人機交互、通訊對話、以及網管培訓等職責。

主電站主控級設備主要包括有2套系統服務器、2套操作員工作站、1套工程師工作站、2套系統通信服務器、1套廠內通信服務器、1臺語音報警服務器、1套歷史數據服務器。

生態電站主控級設備主要包括有1套系統兼操作員工作站、2套系統通信服務器、1套廠內通信服務器、1臺語音報警服務器。2套同功能服務器間互為熱備用，保證網絡管理、自動控制及數據庫的正常進行。

4.2.2 單元控制級

水電站根據控制的對象可以將單元控制分為機組、開關站、閘門、公用設備各個單元。主電站共設置6個現地控制單元(LCU)，即每臺機組各設置1個，開關站及全廠公用設備分別設置1個。

生態電站共設置4個現地控制單元(LCU)，即每臺機組各設置1個，開關站及全廠公用設備設置1個，壩區閘門設置1個。生態電站通過交換機級聯通信接入主電站。

4.3 監控系統設計特點

本電站分為生態電站和主電站兩個相對獨立又聯系的部分，綜合南疆有電力供應情況較為迫切，需要盡快能夠投運送電，在建設中兩座電站是能夠進行獨自運行供電，其中生態電站可以提前接入電網，然后等待全部完工在接入主工程電站。功能上兩部分電站可以通過系統分別受地調和省調的管理，適應以后梯級和集控等方式的運行需求。

根據上述情況，結構設計中對于生態電站和主電站兩個部分，分配獨立的監控系統和相對完善的系統設備，但是兩個部分的數據是通過一臺計算機服務器進行共享，然后通過主電站的監控系統可以實現整個水利工程的統一調配和管理。

綜上所示，設計阿爾塔什水利工程的監控系統中，為了前期建設方便和快捷，進行了兩個電站獨立的運行設計，但是具有數據和控制集中管理的功能，實現了一套值班人員管理兩個電站的運行模式，更好地適應了該地區電站的發展需求。

4.4 監控系統的拓撲圖

監控系統采用符合國際開放系統標準的分層、分布式結構，不同層具有不同的功能互相協作，完成整個電站的監控和運行，主電站和生態電站的控制層通信為自適應式，其運行的網絡速度選取不小于100/1000 Mbps，網絡結構呈現雙星型，采用TCP/IP協議。該層網絡為雙冗余熱備，傳輸介質為光纖及雙絞線。掛在該網絡層上的設備為電站控制級設備，以及屬于現地控制級設備的各個現地控制單元(LCU)。

主電站計算機監控系統網絡上掛有10套主控級服務器和6套現地控制單元(LCU)等，并配置2臺網絡打印機；生態電站計算機監控系統網絡上掛有5套主控級服務器和4套現地控制單元(LCU)等，并配置2臺網絡打印機。生態電站與樞紐電站間通過交換機擴展級聯方式通信，通信采用光纜，兩電站間按擴大場站模式進行監控，保證系統能夠良好運行，達到設計要求。具體監控系統的結構拓撲圖見圖1。

圖1 阿爾塔什水利樞紐工程主電站監控系統拓撲圖

5 結語

本文闡述了阿爾塔什水利樞紐工程的設計原則，以及主電站、生態電站的電站控制層和現地控制層的層間結構，并且進一步說明監控系統各個部分的功能特點和作用，所述設計方案達到了工程需求目標，保障了水利工程的正常建設。阿爾塔什水利樞紐工程建成后，也可使400萬的葉爾羌河流域人群獲益，同時對于南疆地區的社會穩定和經濟發展有著重大意義。