老虎嘴水電站監控系統結構及設備選型分析

吳裕金

（國網西藏電力有限公司巴河發電公司，西藏 林芝860200）

0 引言

隨著網絡信息技術和通訊技術的快速發展，我國水電站監控系統取得了長足進步，不斷向高速信息化、網絡化、精確化方向發展，實現了真正意義上的“無人值班、無人值守”。老虎嘴水電站近年來在社會經濟發展的推動下逐步構建了科學化的監控系統，實現了智能化、自動化，為確保水電站正常運行、推進我國電網建設發揮了重要作用。

1 老虎嘴水電站監控系統結構和設備選型

老虎嘴水電站位于西藏自治區東南部林芝地區的工布江達縣巴河干流上，是巴河巴松湖以下河段的第7個梯級電站，是“十一五”電力發展規范的重點建設項目之一，有效緩解了藏中地區缺電現象，提高了藏族人民的生產生活條件［1］。老虎嘴水電站裝機容量達到了102 MW，已安裝3臺單機容量為34 MW的混流式水輪發電機組，能確保其出力23.19 MW，年均發電量已達49550萬k W·h，裝機的年利用小時數為4858 h。

1.1 老虎嘴水電站監控系統結構

該水電站監控系統結構采用的是開放式分層分布系統、全分布數據庫［2］。系統主要由現地控制單元（LCU）、電廠站控級計算機、網絡設備組成，所配備的調度通信工作站由路由器和上級調度部門計算機連接實現數據通信。系統的每臺機組、開關站、公用設備、閘門監控等都配置了一套LCU，不僅能作為分布系統中的現地智能終端，也能作為獨立裝置單獨運行，直接監控被監控設備的整個生產過程。老虎嘴水電站監控系統的具體結構如圖1所示。

圖1 老虎嘴水電站監控系統結構示意圖

1.2 系統配置設計

（1）工作站。1）主機和操作員工作站。該類型工作站的機型選取的是美國HP公司生產的DL360，兩套。主機的功能是對系統歷史數據進行存儲和管理以及改變工作方式。操作員工作站的功能是顯示圖形，值班員通過液晶顯示器監控電站生產及設備運行，以獲取所需信息［3］。2）工程師工作站。該類型工作站的機型選取的是美國HP公司生產的DL360，一套。其主要功能是便于管理人員和系統維護人員對系統參數、定值、數據庫、報表和畫面進行修改，負責功能開發、程序下載、系統維護等工作。3）調度通信工作站。該類型工作站的機型選取的是美國HP公司生產的XW4600，兩套［4］。其主要用于連接西藏電力調度中心和林芝地區調動中心的通訊，能通過廣域網將路由器轉化成E1接口進行通訊，每套遠動通信工作站中都配備了4個以太網口，兩個分別與兩個路由器連接，另外兩個與系統的兩臺主交換機連接。通訊規約為IEC870－5－104和IEC870－5－101，其中后者還特意配置了一套電子專用調制解調器來連接通訊［5］。

（2）服務器。廠內通信服務器機型選取的是美國HP公司生產的XW4600，一套，主要用于服務器與電站內其他自動化設備的通訊，通訊規約為IEC870－5－104和IEC870－5－101。及語音報警服務器機型選取的是美國HP公司生產的XW4600主機型工作站一套，同時配備了語音軟件和聲卡，當被監控對象發生故障時，就能通過語音提示實現報警。

（3）GPS時鐘同步系統。該系統選取的是南瑞公司生產的SZ－DUA型GPS標準時間同步鐘，兩套，其中廠房和開關站各一套［6］。該系統包括主機和天線各兩套、同步信號擴展裝置，主機機房能通過天線接收衛星同步信號，通過主機上的串口和系統中的通訊機連接通訊。

2 老虎嘴水電站監控系統的設計

2.1 LCU設計

老虎嘴水電站監控系統LCU共有6套，包括3套機組LCU、1套開關站LCU、1套公用LCU、1套壩區閘門LCU，每套LCU都配備雙CPU和網絡構架。LCU的功能是對被監控設備的就地數據進行采集和監控，保障其與主站級系統脫離后還能對相關設備進行監控，且與主站連接后能自動服從主站系統的管理。該系統LCU選用國際知名品牌南瑞新型構架MB80系列的智能PLC，其每塊模件都有一塊微型CPU芯片，該芯片的主要功能是處理每塊模件收集到的數據。LCU的通信是通過以太網、串口方式、現場總線同機組公用設備和輔助設備的控制裝置實現的［7］。

2.2 網絡設計

該監控系統局域網按照IEEE802.3u進行設計，使用的是雙以太網結構，網絡介質為雙絞線和光纜，網絡傳輸速率≥100 Mb／s。（1）該系統采用的是雙星型網絡結構，網絡交換機選取的是美國MOXA公司生產的工業級網管型交換機，并配備了兩套主控級別的網管型交換機，每套都有8個多模關口，16個RJ45電口［8］。（2）該系統采用的是SJ－30嵌入式通訊管理裝置，核心部件為高集成度的工業級PC／104嵌入式控制PC，存儲介質為固態電子盤，在每個通訊通道都設計了獨立的收發和中斷電路，設計了8路獨立的RS232標準串行接口以及1個以太網接口。該裝置有體積小、工作溫度寬、功耗低的特點，在組態界面上，用戶能修改裝置的各種通訊參數，并對通訊數據進行監控。同時還支持任何一個通訊口進行獨立編程，提供完善、簡潔的產品庫函數，以迅速擴充新的通訊驅動程序。（3）該系統采用的是SJ－12C同期裝置，屬于雙微機系統，且兩系統之間是相互獨立的，這決定了裝置的高可靠性。該裝置支持16個同期對象，每個對象能設置成輸電線路型的開關對象和機組型的開關對象，分別設定每個對象的同期參數后，能對開關兩側的電壓或相角進行補償。所有同期參數都采用數字式整定，線性和零點也實現了自動校正。因此，該裝置不僅界面清晰直觀、操作簡便，設置還實現了裝置的免維護。

3 老虎嘴水電站監控系統的實現

老虎嘴水電站并網發電前對每臺機組都進行了空載試驗、空轉試驗、同期并網試驗，實現了真正意義上的計算機監控。試驗結果顯示，該系統經過72 h連續運轉后運行工況良好，機組性能穩定，整個系統實現了自動化控制。

4 結語

總之，老虎嘴水電站的LCU采用的是性能好、應用廣泛的MB80系列智能PLC，所設計的各項技術指標均達到了設計規范要求。該監控系統能對后臺監控的元器件進行遠程控制，節省了設備運行成本，提高了系統穩定性和可靠性，促進了水電站的穩定安全運行，達到了設計目的。

［1］孫奧博.淺談水電站智能化改造技術［J］.電源技術應用，2014，26（2）：17－18.

［2］吳飛宏.新型微機自動化設備在水電站技術改造中的應用［J］.小水電，2012，39（3）：15－16.

［3］馮磊.亭子口電站機組監控系統邏輯設計及其優化［J］.四川水利，2014，22（5）：30－31.

［4］劉曉波，張毅.智能化水電站監控系統結構探討［J］.水電站機電技術，2012，36（3）：11－12.

［5］孫奧博.淺談水電站智能化改造技術［J］.電源技術應用，2014，30（2）：17－18.

［6］王安明.淺談水電廠基礎自動化系統的應用及發展［J］.科技創新導報，2012，22（18）：41－42.

［7］王德寬，劉同安，楊葉平，等.水電廠自動化技術新進展［J］.水電站機電技術，2012，28（3）：19－20.

［8］王軍輝.花園水電站綜合自動化系統的設計與應用［J］.電網與清潔能源，2013，29（11）：126－130.