龍頭石水電站計算機監控系統設計與功能

周永濱，趙勇飛，劉華平，任 翔，白 瑩，宋乃興

(⒈中國水利水電科學研究院中水科技公司，北京100038；⒉大渡河龍頭石水電開發有限責任公司，四川 石棉 625409)

0 概述

大渡河龍頭石水電站壩址位于四川省石棉縣境內大渡河上，距下游石棉縣城約23 km，距上游瀘定縣城約93 km。壩址控制流域面積6.3萬km2，多年平均流量1 020 m3/s。正常蓄水位以下庫容約1.199億m3，調節庫容0.167億m3，具有日調節能力。電站地面廠房裝設4臺水輪發電機組，單機容量為175 MW，額定水頭45 m，最大水頭53 m，最小水頭41.9 m。電站單獨運行時年發電量31.18億kW·h，梯級聯合運行時年發電量32.73億kW·h。電站以550 kV電壓等級接入電力系統。

電站升壓樓布置在主廠房上游側。升壓樓第一層為發電機電壓配電裝置層，布置有發電機電壓離相封閉母線和發電機出口斷路器；升壓樓第二層為主變壓器層，布置有2臺主變壓器；升壓樓第三層為550 kV GIS層，布置有550 kV GIS設備和1臺安裝和檢修GIS用的10 t（暫定）橋式起重機；升壓樓頂為出線場，布置有550 kV出線設備。

電站采用550 kV一級電壓接入電力系統，發電機－變壓器組接線方式為擴大單元接線，裝設發電機出口斷路器，發電機額定電壓為15.75 kV。全廠設2臺400 MVA的主變壓器。550 kV側共1回出線，采用三角形接線，3組550 kV斷路器單列布置。

電站按“無人值班”（少人值守）設計，全站采用計算機監控系統監視控制。

1 設計原則

（1）龍頭石水電站按照“無人值班，少人值守”的原則設計。電站按能實現現地、遠方監控的指導思想進行總體設計和配置。

（2）通過目前廣泛使用的通用現場總線或者串行接口等實現電站計算機監控系統與電廠保護系統、勵磁裝置、調速器裝置、直流系統、公用和輔助設備控制系統等之間的通信。

（3）系統配置和設備選型應符合計算機發展的特點，充分利用計算機領域的先進技術，系統達到當前的國際先進水平。

（4）系統應高度可靠、冗余，其本身的局部故障不應影響現場設備的正常運行，系統的MTBF、MTTR及各項可用性指標均應達到中國電力部部頒《水電廠計算機監控系統基本技術條件(DL/T578-95)》的規定。

（5）系統為全分布、全開放系統，既便于功能和硬件的擴充，又能充分保護應用資源和投資，分布式數據庫及軟件模塊化、結構化設計，使系統能適應功能的增加和規模的擴充，并能自診斷。

（6）實時性好、抗干擾能力強。

（7）人機接口界面友好、操作方便。

計算機監控系統采用雙環網設計，其結構圖如圖1所示。

2 系統功能

計算機監控系統應能實時、準確、有效地完成對本站被控對象的安全監控。其主要功能如下：

2.1 控制與調節方式

正常運行時，由電站計算機監控系統對現地各LCU及設備進行遠方實時控制、安全監視及調度管理。

當主干網絡故障使得電站的現地控制單元與計算機監控系統聯系中斷時，可通過現地控制單元或移動MMI進行相關控制、操作及監視。

計算機監控系統應具有多種調控方式，以滿足水電站運行的需要。為了保證控制和調節的正確、可靠，操作步驟按“選擇－確認－執行”的方式進行，并且每一步驟都應有嚴格的軟件校核、檢錯和安全閉鎖邏輯功能，硬件方面也應有防誤措施。

2.2 控制方式

現地控制單元設置：全自動控制和手動分步控制。

圖1 龍頭石電站計算機監控系統網絡結構圖

電站級：全自動控制。

上級控制中心：全自動控制。

在電站的現地控制單元上設置“遠方/現地”選擇開關，電站級上設置“遠方/現地”選擇軟開關。只有當現地控制單元上的該選擇開關切至“遠方”時，才允許水電站電站級控制；當現地控制單元“遠方/現地”選擇開關和電站級上軟開關均切至“遠方”時，才能由上級調度和集控中心遠方控制。這樣保證系統安全可靠的運行最大限度減少誤操作。

2.3 AGC調節

監控系統能實時接收省調發出的總調節負荷，并根據電廠當前的運行情況，通過最優、合理的AGC算法進行經濟、合理的負荷計算，實時的分配到參與AGC運行的機組，以最優的控制策略進行跟蹤調節，從而使發電總功率在電站機組間按安全、可靠、經濟的原則進行分配，在保障發電滿足給定功率和其他限制條件下，使發電耗水量最少，同時自動避開機組的非穩定區和低效區運行，減少機組運行的不安全因素，最大限度的降低電網AGC運行對電廠機組的不利影響，提高設備運行的可靠性，降低設備缺陷發生率、實現經濟運行。

2.4 系統時鐘管理

電站計算機監控設有統一的衛星時鐘系統，通過數據通訊和編碼脈沖的方式定時校對系統內各計算機的實時時鐘，包括主控層計算機、現地各LCU系統的時鐘，保證監控系統內部時鐘的同步一致。時鐘系統同時提供故障錄波裝置、微機保護裝置等時鐘同步信號，保障全廠各系統設備的時鐘同步。

2.5 現地控制單元功能

龍頭石水電站現地控制單元包括：4套機組LCU、開關站LCU、公用系統LCU及閘門LCU共7套LCU，完成對控制單元的控制、調節、監視、數據采集及數據預處理，負責向網絡傳送數據信息，并自動服從上位機命令和管理。每套LCU均配有法國Schneider公司的Quantum系列冗余CPU、冗余電源，極大提高了系統運行的可靠性和安全性。LCU配有人機觸摸屏，即使完全脫網的情況下也能完成監視和控制功能。

各現地控制單元和下一級的分布式I/O應具備較強的獨立運行能力，并能夠完成其監控范圍內設備的實時數據采集處理、設定值修改、設備工況調節轉換、事故處理等任務，處理速度快 (現地控制單元的主CPU不低于32位且采用冗余配置)、具有容錯、糾錯能力，并帶有其監控范圍內的數據庫。現地控制單元1～7采用交流/直流兩回電源供電，任意回路有電時，現地控制單元均應能正常工作。對于來自CT、PT的信號，采用交流采樣的方式進行采集。

機組現地控制單元內的未設置常規控制回路，采用獨立的PLC模件單元構建獨立于機組LCU內的控制回路，在接收到機組電氣或機械事故信號(空接點)以及機組技術供水、調速器油壓中斷等重要輔助回路故障信號時，應將機組安全停機。機組現地控制單元上設有獨立于現地控制單元計算機回路的常規“緊急停機按鈕”和“事故停機按鈕”、水機事故保護回路，并采取了有效措施防止誤操作這些按鈕。

機組現地控制單元配有臺灣MOXA公司的UC7410串口通信裝置，采用Modbus協議與交流采樣、勵磁、繼電保護、調速器等設備進行通訊，對綜合電量、設備重要信息進行采集處理并上傳到上位機供運行人員監視控制。

3 結束語

大渡河龍頭石水電站計算機監控系統采用了北京中水科水電開發有限公司開發的新一代H9000 V4.0水電站計算機監控系統，功能強、性能穩定、安裝調試方便。系統于2008年9月開始投入運行，使用效果良好，滿足了“無人值班”（少人值守）的設計要求。