蒲石河抽水蓄能電站計算機監控系統的設計與應用

郭 陽，杜丹晨，王少華，任 偉，李承龍，張 楠

（遼寧蒲石河抽水蓄能有限公司，遼寧 丹東 118216）

1 工程概況

蒲石河抽水蓄能電站位于遼寧省寬甸滿族自治縣境內，電站樞紐工程由上水庫面板堆石壩、地下廠房及輸水系統、下水庫混凝土重力壩組成，總裝機容量1 200 MW （4×300 MW），設計年發電利用小時數1 550 h，年抽水利用小時數2 008 h。電站主接線采用發變組單元接線，在發電電動機和主變壓器之間接有換相開關和發電機斷路器。發電機、電動機工況轉換時的換相和機組并入系統的同期均在主變18 kV側進行，每2組發變組單元在主變500 kV側聯合后采用二進一出三角形接線接至500 kV丹東北變電所。

蒲石河抽水蓄能電站計算機監控系統采用南瑞集團自行開發、具有完全自主知識產權的SSJ-3000計算機監控系統，其上位機采用南瑞集團的NC2000監控系統，下位機采用南瑞集團的MB80智能PLC。

2 系統結構與功能

蒲石河抽水蓄能電站計算機監控系統是雙環網、分層分布式計算機監控系統，由現地控制層、電站控制層和調度控制層3部分組成，控制權限依次遞減。電站控制層與現地控制單元 （LCU）之間采用100Mb/交換式冗余以太環網進行通訊，通訊協議為TCP/IP網絡協議。現地控制單元之間通過冗余以太網絡進行信息自動交換，這樣在電站控制層退出運行后仍能實現機組抽水啟動。現地控制單元與其他計算機控制子系統之間通過現場總線進行信息交換，對于無法采用現場總線進行通信的設備采用硬布線I/O進行連接，另外，對于重要的安全運行信息、控制命令和事故信號除采用現場總線通信外，還通過I/O點直接連接，以實現雙路通道通信，確保通信安全[1]。蒲石河抽水蓄能電站計算機監控系統結構圖見圖1所示。

圖1 蒲石河抽水蓄能電站計算機監控系統結構示意

2.1 現地控制層

現地控制層設有12套現地控制單元，包括4套機組LCU、1套機組公用LCU、1套廠內公用LCU、1套500 kV開關站LCU、1套下水庫進出水口LCU、1套66 kV變電所LCU、1套上水庫進出水口LCU、1套下庫壩LCU和1套中控樓LCU。

機組現地控制單元采用南瑞集團的SJ-600現地單元監控裝置，由冗余的可編程邏輯控制器、SOE輸入模件、開入模件、模入模件，溫度量輸入模件、開出模件、模出模件，通訊管理模件和15TFT彩色液晶觸摸屏構成。另外，機組現地控制單元還配置有自動準同期裝置、手動準同期裝置、溫度數顯儀、涵普變送器和手動緊急停機裝置。其他現地控制單元的結構與機組現地控制單元類似。

現地控制層完成對相應被控對象的監視和控制，主要功能如下：

（1）數據采集和處理。采集機組、SFC、全廠公用的油/氣/水系統、廠用電、550 kV GIS及出線、上下庫等的電氣量、非電氣量和繼電保護信息，作相應處理存入數據庫，并根據需要上送電站控制層。

（2）安全運行監視。與電站控制層、監控對象的保護系統、微機保護裝置等相結合，完成狀變監視、越復限檢查、過程監視和LCU異常監視。

（3）控制和調節。接受電站控制層命令，在沒有電站控制層命令或脫離控制層的情況下，獨立完成對所控設備的閉環控制，如開停機、工況轉換，保證機組安全運行，同時相互協調工作，實現機組水泵工況起動。在機組LCU柜內另設一小型PLC作為機組事故停機的后備手段，該PLC的緊急停機信號為獨立的機組過速、事故低油壓、LCU死機和緊急停機按鈕等信號，小型PLC緊急停機的主要操作過程與LCU相同，由專用交直流復合電源模塊供電。

（4）事件檢測和發送。自動檢測本單元所屬的設備、繼電保護和自動裝置的動作情況，發生事件時，依次檢測事件的性質，并上送電站控制層。

（5）數據通信。通過以太網實現與控制層及其他LCU之間通信。接收電站的同步時鐘信號，以保持與電站控制層時鐘同步。通過現場總線實現與電廠其他相關設備通信，另外，對于安全運行的重要信息、控制命令和事故信號除采用現場總線通信外，還通過硬布線I/O直接接入LCU，實現雙路通道通信，以保證安全。

（6）自診斷功能。在線或離線自診斷硬件故障并定位到模塊；自動判斷出軟件的故障性質及部位，并提供相應的軟件診斷工具；在線診斷出故障，能自動閉鎖控制出口或切換到備用系統，并將故障信息上送至電站控制層顯示、打印和報警。

（7）輸出保護。通過采用南瑞公司的DOP-1輸出保護技術和PLC控制程序的軟閉鎖功能，雙重保護閉鎖，防止開出模件或繼電器誤輸出，保證了輸出的正確性，提高了現地控制單元的可靠性。

2.2 電站控制層

電站控制層由2套冗余數據服務器、3套操作員工作站、2套調度通信工作站、1套工程師/培訓工作站、1套On-call/打印服務器、1套廠內通信工作站、1套冗余GPS時鐘同步裝置及外圍設備等組成。

2套數據服務器采用SUN公司Sun Fire V445服務器，安裝Solaris操作系統，互為熱備用。主用數據服務器實時采集、監視LCU1-LCU12的PLC數據，經分析、運算后發送給控制層的各個工作站，同時接收操作員指令并發送至相應LCU；備用數據服務器處于熱備狀態，實時接收主用服務器的數據，并實時判斷主用服務器狀態，當主用服務器故障時，自動切換為備用數據服務器，實時采集、監控LCU1-LCU12的PLC數據，經分析、運算后發送給控制層的各個工作站，同時接收操作員指令并發送至相應LCU。這種設計不僅保證了電站控制層的安全、穩定運行，還方便了日常維護和檢修工作。2套數據服務器同時兼有數據庫配置和歷史數據存儲功能，為日常運行和故障分析提供相應數據源。操作員工作站采用SUN公司Sun Ultra45 Workatation工作站，安裝Solaris操作系統，1套操作員工作站安裝于地下廠房監控室，另外2套操作員工作站安裝于洞口中控樓。這3套操作員工作站控制權限相同，既能夠實現對4臺機組的各個流程的監控，也能夠實現對全廠各個設備的監控。工程師/培訓工作站采用SUN公司Sun Ultra45 Workatation工作站，安裝Solaris操作系統，用于系統軟件維護，不僅可以修改定值和順控流程，還可以修改監控畫面和報表，同時兼有培訓功能。On-call/打印服務器采用HP公司的XW4600 Workstation工作站，安裝Windows操作系統，用于語音報警、On-call報警和打印服務管理。廠內通信工作站采用HP公司的XW4600 Workstation工作站，安裝Linux操作系統，用于電站控制層與外部設備通訊；同時接收GPS時鐘信號，并發送給控制層的各個工作站。GPS時鐘同步裝置采用英奧公司的SZ型時鐘同步裝置，由2臺SZ型時鐘同步裝置組成，互為熱備用。1臺時鐘同步裝置安裝于地面開關站，另外1臺時鐘同步裝置安裝于洞口中控樓。這種分散布置設計，充分保證了GPS時鐘同步裝置的安全、穩定運行。網絡設備采用Hirschmann公司生產的Mach4002系列工業以太網交換機和MS20系列工業以太網交換機。

Analysis of Spatial Agglomeration Degree of Tourism Industry based on Location Entropy——A Case Study of Xinjiang________________________________JIANG Tong,LI Xiaodong,XIE Xia 13

電站控制層完成對電站所有被控對象的監視和控制，主要功能如下：

（1）數據采集與處理。實時采集來自電站控制層的所有主要運行設備的模擬量、開關量、脈沖量等信息和電站其他系統的數據信息以及來自調度控制層的控制命令和交換數據，對其進行實時分析和處理，用于歷史數據記錄、顯示畫面的更新、控制調節、操作指導、事故記錄及分析，并進行越限報警、SOE量記錄和重要參數的運行變化趨勢分析等。

（2）實時控制與調節。完成機組的工況轉換、負荷調節、開關的合/分控制和自動發電控制AGC和自動電壓控制AVC。

（3）參數設定。根據電站運行需要，運行人員可通過人機對話方式對AGC、AVC等參與調節的參數進行設定。

（4）監視、記錄和報表。監視設備運行情況和工況轉換過程，發生過程阻滯時能夠給出原因，并可由操作人員改變運行工況，直至停機；越復限、故障、事故的顯示，報警并自動顯示有關參數，同時推出相關畫面；監控系統的軟、硬件故障報警。記錄全廠監控對象的操作事件、報警事件，各種統計報表，重要監視量的運行變化趨勢，SOE量，事故追憶和設備的運行記錄等，并能以中文格式顯示并打印。

（5）運行參數計算。包括運行工況計算，AGC、AVC計算等。

（6）通信功能。通過雙以太環網與各LCU通信；通過現場總線方式與電站其他系統通信；通過On-call系統，根據報警種類和等級來啟動不同的短消息報警發送到相關人員的手機，通知有關人員處理故障。

（7）系統診斷。離線或在線進行軟、硬件和通信故障診斷，在線診斷時不影響對電站的監控功能。

（9）系統擴充。系統具有很強的開放功能，通過簡單連接便可實現系統擴充，且保留有擴充現地控制單元、外圍設備等的接口。

（10）培訓仿真。在工程師/培訓工作站上可對運行人員進行操作、維護及事故處理等培訓，并不影響電站的監控功能。

2.3 調度控制層

調度控制層由2套調度通信工作站及外圍設備等組成。調度通信工作站采用南瑞公司SJ30-645無盤工作站，安裝Linux操作系統，用于與調度系統通訊。監控軟件與電站控制層的工作站一樣，與電站控制層的數據服務器進行數據交換，共同配合實現電站的自動發電控制AGC和自動電壓控制AVC，保證電站經濟運行最優化。

調度控制層通過2路IEC870-5-104規約與東北電網調度中心的能量管理系統 （EMS）交換信息，EMS通過調度控制層接收電站控制層上送的遙測量和遙調量，并下到電站控制層，實現對電站的監視和控制，從而實現與東北網調的遙測、遙信、遙控、遙調 “四遙”功能。調度控制層控制權限最低，與電站控制層控制權限互相閉鎖。同時，調度控制層通過4路IEC870-5-104規約與遼寧省電網調度中心的主調EMS系統和備調EMS系統交換信息，省調通過調度控制層接收電站控制層發送的遙測量和遙調量，從而實現對電站的遠程監視。

3 系統特點[1-4]

（1）控制系統和控制策略完全適應我國電網的運行，運行方式既考慮機組的安全，又充分考慮電網安全的需要。

（2）采用全分布開放系統結構。主機、操作員工作站、工程師/培訓工作站等使用符合IEEE和ISO開放系統國際標準的Unix/Linux/Windows操作系統。按照開放的接口、服務和支持格式規范而實現的系統，使應用系統能以最少修改，實現在不同系統中的移植，并能同本地或遠程系統中的應用實現互操作。人機界面友好，全中文組態、顯示，操作使用符合中國人習慣。

（3）系統采用分布式體系結構。系統以雙以太環網為核心，實現各服務器、工作站功能分擔，數據分散處理，既有效地減少了主服務器的負載，又降低了各個工作站故障對整個系統的影響，從而使整個系統的配置更加合理、可靠。

（4）各服務器/工作站在系統中處于平等地位，系統以后擴充時不會引起原系統大的變化，并為整個系統不斷完善創造條件。

（5）系統主網絡采用100 Mb/s交換式冗余雙光纖以太環網，既保證了較高的通信速率，又保證了很高的可靠性，系統上任一節點故障或任一段光纜中斷均不影響系統其他部分的正常運行。

（6）與東北網調和遼寧省調的通信采用了無風扇、無硬盤、雙電源、多CPU的南瑞公司的SJ30-645無盤工作站，大大提高通信的可靠性和安全性。

（7）使用了功能強大、應用廣泛的行業軟件標準，系統升級方便靈活，兼容性強。MB80型PLC提供四路100 M/1 000 M以太網口，支持標準TCP/IP Modbus協議。可以與現場支持TCP/IP Modbus協議智能化設備實現直接通訊，無需增加中間規約轉換裝置。CPM618通訊模件，通過內部現場總線與PLC通訊，每個CPM618通訊模件提供8路串口通訊接口，并可擴展，通過軟件組態可實現其他通訊規約的支持，如：Modbus、IEC870-5-101、IEC870-5-103等。

（8）重要設備熱備冗余化。使用了高性能、高質量的設備，降低了設備故障率，同時系統中的重要設備采用熱備冗余配置，如電站控制層的服務器、現地控制層的PLC以及雙以太環網等，有效降低了重要設備故障時的影響，提高了電站的安全穩定性。

（9）測控單元智能化。MB80型PLC的I/O模件設計全部智能化，因此使I/O模件具有更強的處理能力；同時，MB80型PLC開發了可視化順控流程圖語言，使順序控制過程的實現簡單、調試直觀；并增加了SOE功能塊、脈沖型開出等獨具特色的功能塊，使用方便，維護容易。

（10）LCU采用了南瑞公司的DOP-1輸出保護技術和PLC控制程序的軟閉鎖功能，雙重保護閉鎖，防止開出模件或繼電器誤輸出，保證了輸出的正確性，提高了現地控制單元的可靠性。

4 結語

蒲石河抽水蓄能電站計算機監控系統從2008年2月開始招標采購、合同簽訂、訂貨、安裝調試到2012年1月首臺機組投入正式運行。該系統自投入運行以來，運行穩定可靠，完成了各種運行工況的任務要求，能適應大型抽水蓄能機組啟停頻繁、工況復雜的特點，功能達到設計要求，滿足電站的監控要求，說明在大、中型抽水蓄能電站采用國產計算機監控系統是完全可行的。

［1］ 周慶忠，汪軍，王善永，等.國產化大型抽水蓄能電站計算機監控系統.電力系統自動化［J］.2007， 31（17）:87-89.

［2］ 汪軍，方輝欽，鐘敦美，等.抽水蓄能電站計算機監控系統特殊性與設計要求.電力系統自動化［J］.2000， 24（22）:49-51.

［3］ 汪軍，方輝欽，張紅芳，等.抽水蓄能電站控制與保護設備的國產化.水電自動化與大壩監測［J］.2004， 28（3）:l-3.

［4］ 龔世龍，方輝欽.試析抽水蓄能電站計算機監控系統國產化的可行性.水電自動化與大壩監測［J］.2003， 27（3）:1-6.