新疆小山口流域梯級水電站集中監控系統工程實踐與應用

張欽

[摘? ? 要]文章簡述了新疆小山口流域梯級水電站集中監控系統工程項目背景、設計原理、現場實施過程以及項目實施后效果，提出了一整套方案的建設流程，為后期各發電企業中小型水電集中監控系統的建設和應用提供參考和借鑒。

[關鍵詞]流域梯級水電站;集中監控;工程實踐與應用

[中圖分類號]TM611 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）09–0–03

[Abstract]This article briefly describes the project background， design principles， on-site implementation process， and post-implementation effects of the centralized monitoring system for cascade hydropower stations in Xinjiangs Xiaoshankou Basin The construction and application of the system provide reference and reference.

[Keywords]cascade hydropower stations in river basin; centralized monitoring; engineering practice and application

新疆巴州新華水電開發有限公司（以下簡稱“巴州新華公司”）目前投產水電站項目有4個：分別為小山口水電站、小山口二級水電站、小山口三級水電站和哈爾莫墩水電站，四座電站均勻分布在開都河流域下游、巴音郭楞蒙古自治州和靜縣境內，相鄰之間距離在4～10 km，四座電站分別于2009年4月、2012年10月、2013年10月以及2015年6月實現并網發電，小山口流域梯級水電站集中監控系統工程建設于2015年12月全部竣工完畢。

2015年未實施集控及小山口三級未并網發電前，哈爾莫墩水電站以及小山口水電站由巴州新華公司負責運行與檢修，小山口二級水電站由巴州新華公司委托給三門峽電廠進行托管運行，而當時新疆哈爾莫墩水電站、小山口水電站運行、檢修和管理等人員共約50名，其中大多住在庫爾勒市，巴州新華公司不再計劃新增人員，小山口三級水電站發電后，如若不實施集中監控，人員配置將十分緊張。為了充分利用小山口梯級電站特有的地理優勢和水文實際情況，解決單個電站人員獨立配置所帶來的問題;降低工作難度、節約人員成本、從而提高發電效益、促進電廠的信息化建設，加強員工對企業的歸屬感和穩定性，巴州新華公司迫切需求對流域四座電站進行集中監控。

1 設計目標

系統項目建設初期規劃在新疆小山口水電站建立運行管理中心，對四座電站實行集中監控、管理，達到“無人值班、少人值守、網絡控制、統一調度”的現代化水電站建設要求。系統建成后，通過逐步擴展完善，能夠適應巴州新華公園的長期運營發展，并通過不斷優化完善集控運行方案，最大限度地發揮工程投資效益;提高管理水平和管理效率，并能更好地節約資源，為新疆電網的安全、經濟、優質運行提供服務。同時也為新華水電開發有限公司對下屬電站，特別是對偏遠電站實現遠程管理、集中控制提供借鑒，在技術和管理上要求達到國內先進水平。

2 系統方案設計

本方案的設計主要實現將哈爾莫墩水電廠、小山口三級水電廠、小山口二級水電廠接入小山口水電廠中控室，實現四個電廠的集中監控。本系統工程設計主要涵蓋網絡通道設計、集控中心各子系統設計、各站接入集控中心升級改造設計以及網絡IP規劃等。

2.1 網絡通道

網絡通道是指連接小山口現地集控中心與各電站的通信鏈路，以及后期規劃的庫爾勒遠程集控中心至小山口現地集控中心專用通道等。其主要介紹小山口現地集控中心與四站之間的通訊連接。網絡通道是保證數據可靠傳輸的關鍵，為了保障數據傳輸的可靠性、安全性，本系統工程建設了兩路獨立的網絡通道，其數據傳輸率為≥1000 Mpbs。

一路光纖通道是沿10 kV施工變線路自架的24芯ADSS光纖通道，分別由小山口一級電站連接至小山口二級電站，小山口二級電站連接至小山口三級電站，小山口三級電站連接至哈爾莫墩電站，再獨立建設一路哈爾莫墩電站再連接至小山口一級電站光纖通道，組成這樣的環網結構連接形式;

另一路是選用原110 kV線路OPGW光纜備用芯，構成與ADSS光纖通道同樣的環網結構形式;

兩路通道互為備用，構成雙環網結構，該網絡結構具有高冗余、高可靠、高安全等特性，如圖1所示。

2.2 集控中心系統建設

根據小山口流域梯級水電站的現況，需在集控中心建設六個應用系統，即計算機監控系統、微機五防系統、電能量計量子系統、保護信息管理與故障分析子系統、生產運行管理系統以及視頻監控系統。

流域骨干網以四個電站為節點，每個電站配置2臺支持冗余的千兆以太網交換機，組成雙通道冗余環網結構，兩路通道其中一路自架1根24芯單模光纜，另一路為采用110 kV線路OPGW光纜進行連接。4個電站視為地理位置擴大的一個電廠（擴大廠站的理念），各個電站根據機組臺數、公用設備和開關站、閘首的分布等情況設置現地控制單元LCU，LCU具備其監控范圍內的完整功能，可脫網獨立運行。

新疆小山口水電站、小山口二級水電站、小山口三級水電站、哈爾莫墩水電站實行集控之后，將對水電廠信息化提出新的要求。因此為小山口現地集控中心建設一套生產運行管理系統。通過生產運行管理系統項目建設，借助信息技術，建立一整套符合水電廠管理需求，固化和優化水電廠的管理方法、管理理念、工作流程和工作標準，支持業務流程的持續優化和改進，最終實現降低生產成本、提高工作效率、積累知識資產的目的。

2.3 網絡IP規劃

小山口流域梯級水電站集中監控系統建設考慮到網絡節點較多，普通的C類IP地址（C類地址使用三個8位位組表示網絡地址，僅用一個8位位組表示主機號）已經不能適用集控眾多節點的要求，因此在本集控方案設計中，考慮采用B類IP地址（一個B類IP地址由2個字節的網絡地址和2個字節的主機地址組成，網絡地址的最高位必須是“10”，即第一段數字范圍為128～191。每個B類地址可連接65 534（2^16-2，因為主機號的各位不能同時為0，1）臺主機，Internet有16 384（2^14）個B類地址，適用于節點比較多的網絡。小山口現地集控中心各系統IP規劃見表1（n：2～247）。

3 系統實施

3.1 工程實施范圍

整個系統工程共分為6個分部工程，分別如下。

（1）ADSS光纜敷設與安裝工程，完成ADSS光纜沿10 kV施工變線路的安裝與敷設及熔接和測試工作，在各站安裝調試集控設備網絡柜，將4個站聯調構成雙環網雙通道，保證通道的穩定性和可靠性;

（2）小山口集控中心建設工程，完成集控中心平臺搭建工作，根據圖紙將對應各系統屏體、服務器、網絡設備等就位，完成整個系統設備的帶電、烤機、以及根據IP地址規劃進行IP地址設置調試工作，以確保后期各站系統接入的可靠性;

（3）小山口水電廠升級改造與接入集控中心工程，完成各LCU現地控制單元IP設置、PLC程序升級、觸摸屏程序升級等軟件升級工作，同時完成各系統接入集控中心動靜態命令測試工作，完成各系統設備聯動試驗工作等;

（4）小山口二級水電廠升級改造與接入集控中心工程，完成機組LCU、公用LCU、開關站LCU現地單元IP設置、PLC程序升級、觸摸屏程序升級等軟件升級工作，同時完成各系統接入集控中心動靜態命令測試工作，完成各系統設備聯動試驗工作等;

（5）小山口三級水電廠接入集控中心工程，完成機組LCU、公用LCU、開關站LCU接入集控中心動靜態命令測試工作，完成各系統設備聯動試驗工作等;

（6）哈爾莫墩水電站接入集控中心工程，完成機組LCU、公用LCU、開關站LCU現地單元單網升級為雙網設備改造，IP設置、PLC程序升級、觸摸屏程序升級等軟件升級工作，完成輔機系統設備安裝調試、同時完成各系統接入集控中心動靜態命令測試工作，完成各系統設備聯動試驗工作等;

（7）其他試驗：AGC/AVC試驗、負荷調整試驗、蓄電池充放電試驗、雙環網網絡通道中斷測試試驗等。

3.2 實施原則及步驟

本系統工程的實施按照“統籌規劃，分步實施”的原則進行，不影響電廠的安全生產。根據各電廠發電計劃，合理地安排了具有針對性的系統實施方案，同時依據不斷發生變化的各站發電計劃而不停地修正實施流程，確保高效優質完成安裝調試任務，同時未影響電廠的安全生產和電廠的發電運行，保證項目順利進行。

計算機監控系統通過軟硬件結合的方式實現三級操控模式，現地LCU單元具有最高控制權限，任何情況下，無論在集控級、廠站級、現地級，現場都可直接切換到現地LCU級進行操作，以實現高可靠控制方式。同時該系統具有良好的人機界面和功能強大的組態功能，用戶能夠根據實際需求靈活地改變相關功能，達到最優的使用效果。

4 結束語

小山口集控系統工程的計算機監控采用江河機電公司自主研發的梯級集控JTECH工控組態監控軟件，完全滿足用戶“無人值班、少人值守、網絡控制、統一調度”的要求。通過不斷完善，提高了整個流域的安全、經濟運行及綜合自動化水平，充分地挖掘了各電站潛力，發揮了水庫的調節能力，提高了經濟、社會效益，和梯級調度技術和管理水平。同時大大地減輕了集控與電站運行人員的勞動強度，優化了人力資源配置，有效地降低了老運行成本，具有一定的經濟和社會效益。小山口集中監控系統工程的順利實施完成對以后的中小型水電站集控建設具有一定的借鑒意義。

參考文獻

[1] 王連華，周二保，查敏，等.梯級水電站保護信息管理系統的設計與應用[A].水電站機電技術2004年年會論文集[C].2004.

[2] 郭鵬慧.黃河上游梯級電站調度監控系統建設可行性研究[A].中國水利水電科學研究院自動化所論文專集[C].2004.

[3] 王國華，單文坤.跨流域梯級水電站水調自動化系統實踐[J].云南水力發電，2010（6）：30-32.