水電站集控系統在明星電力集控中心的應用

古領先　盧金龍　冀　娟　洪　瑜

（許繼電氣股份有限公司，河南　許昌　461000）

水電站集控系統在明星電力集控中心的應用

古領先盧金龍冀娟洪瑜

（許繼電氣股份有限公司，河南許昌461000）

本文從四川明星電力股份有限公司水電站集控系統入手，主要介紹水電站集控系統的任務、設計原則，并結合明星電力集控系統網絡結構圖，介紹TJK-8600系統硬件配置及網絡架構，最后著重介紹TJK-8600系統的軟件架構、功能、特點等。

集控系統；計算機監控系統；網絡結構

四川明星電力股份有限公司現所屬4座水電站，分別是：三星水電站，位于遂寧市船山區老池鎮三新場涪江干流，裝機容量為3×16.0MW；過軍渡水電站，位于遂寧市船山區龍坪鄉涪江干流，裝機容量為2×22.5MW；小白塔水電站，位于遂寧市船山區龍鳳古鎮，裝機容量為5× 3.2MW；龍鳳水電站，位于遂寧市船山區龍鳳古鎮，裝機容量為3×1.36MW+2×1.25MW。

根據四川明星電力股份公司發展戰略需要，在遂寧市船山區龍鳳古鎮建設集控中心。在集控中心設置計算機監控系統，對三星水電站、過軍渡水電站、小白塔水電站、龍鳳水電站實現遠方集中監視與控制、安全運行管理等功能。4座水電站除三星水電站、過軍渡水電站完全實現水電站綜合自動化外，其他各電站仍采用常規繼電器控制。接入集控中心必須對小白塔水電站、龍鳳水電站進行技術改造升級，實現計算機監控系統。

明星電力股份有限公司水電站集控中心采用許繼電氣自主研發的TJK-8600智能流域調度集控系統。各電站除三星水電站使用原有計算機監控系統外，其他各站均改造成TJK-8600子站系統。龍鳳水電站本期暫不接入集控中心。

1　集控系統任務

集控系統對各電站設備進行自動監視，并按調度及各電站運行要求，實現各電站相關設備的自動控制，確保各電站機電設備的安全運行；與調度部門通訊，上送各電站運行數據，并接收調度指令或各電站負荷曲線，實現對各電站的調度運行管理，以達到各電站經濟運行的目的；集成視頻監控系統，實現事故或操作視頻聯動，以觀察設備動作情況；與其他系統通信，準確、及時、全面地收集各電站的各種數據（包括水文、氣象、消防、繼電保護等），以滿足各電站運行的要求［1］。

集控系統建成后，各電站實現“少人值班”（無人值守）的運行模式，大幅度提升各電站的運行可靠性、安全性，降低運行人員勞動強度。

2　集控系統設計原則

集控系統設計應完全滿足《DL/T 578-2008水電廠計算監控系統基本技術條件》《DL/T 5065-2009水力發電廠計算機監控系統設計規范》《DL/T 5345-2006梯級水電廠集中監控工程設計規范》《電力二次系統安全防護規定》和《電力監控系統安全防護總體方案》等有關技術規范、規程、標準的要求［2］。集控系統應具有高度可靠、冗余，其本身的局部故障不影響系統的正常運行，系統配置和選型應在保證整個系統可靠性、設備運行的安全穩定性、實時性和應用性的前提下，在系統硬件及軟件上充分考慮系統的開放性，符合計算機發展趨勢。集控系統應能夠接入規劃的所有水電站，并便于擴展，以滿足后期水電站的接入。集控系統采用全分層分布式開放體系結構，便于功能和硬件擴展；采用符合IEEE和ISO標準的開放系統，便于系統的移植及系統二次開發，實現第三方系統或軟件無縫集成和可靠運行，以最大限度地保護用戶投資；采用軟件模塊化、結構化設計，實現功能模塊的“即插即用”，滿足業務功能快速發展的需要。同時，集控系統的設計還必須按照功能完善、可靠性高、實時性強、可擴充性好、技術先進、運維便捷、人機接口友好且操作方便等設計原則進行。

3　集控系統網絡結構

3.1集控層

集控層位于遂寧市龍鳳古鎮明星電力水電公司院內的集控樓。主要配置有：1套冗余的歷史數據服務器（含光纖磁盤陣列1套）、1套冗余的數據接口服務器、1套冗余的實時數據服務器、2套雙顯示屏配置的操作員工作站、1套培訓/工程師工作站、1套打印/語音報警/OnCall工作站、1套通訊服務器、1套冗余的遠動工作站、2套GPS/北斗雙時鐘授時系統、2套網絡打印機和2套冗余UPS電源等組成。這些設備除網絡打印機及顯示器放置在操作臺外，其他設備都組屏安裝在計算機室。顯示器通過KVM設備與主機連接。集控層主要設備的功能如下。

3.1.1歷史數據服務器。安裝Unix操作系統，采用Oracle數據庫，配以光纖磁盤陣列，主要完成歷史數據存儲、檢索，各記錄數據的計算和處理，歷史數據維護與管理等。

3.1.2數據接口服務器。安裝Unix操作系統，起到前置服務的作用，用于規約解析，接收現場數據，進行預處理后轉發給實時數據服務器，并轉發來自實時數據服務器的指令；自診斷及冗余切換。

3.1.3實時數據服務器。安裝Unix操作系統，接收前置發來的現場實時數據，進行實時數據計算和處理，并轉發給歷史數據服務器及各種應用服務器；自診斷及冗余切換。

3.1.4操作員工作站。安裝Unix操作系統，其是集控系統的人機接口，用于顯示各監控設備實時數據及狀態，顯示機組運行狀態、升壓站運行方式等，完成控制、調節指令等。

3.1.5培訓/工程師工作站。根據用戶需要可安裝Unix或Windows操作系統，用于系統生成/備份、系統管理維護及故障診斷、數據庫維護及管理、畫面/報表等生成，并完成人員培訓。在明星電力集控系統中，該工作站還承擔報表工作站的功能。

3.1.6打印/語音報警/OnCall工作站。可安裝Windows或Unix操作系統，用于完成打印、語音報警功能，并將報警信息通過撥打語音電話或發送短信通知有關人員，同時也支持有關人員撥打電話或發送短信查詢相關信息，實現“信息找人，人找信息”的功能。

3.1.7通訊服務器。根據實際情況，可安裝Windows 或Unix操作系統，完成與第三方系統或設備通訊，實現集控系統與水情自動測報系統、消防監控系統等的通訊。

3.1.8遠動工作站。嵌入式設備，采用各種調度規約與調度中心通訊，上傳各電站實時數據并接受調度下發的控制調節指令；明星電力集控中心采用IEC60870-5-101和IEC60870-5-104規約與調度中心通訊。

3.1.9雙時鐘授時系統。系統配置GPS、北斗雙時鐘授時系統，輸出SNTP協議給集控系統校時，以保證系統時間的統一，滿足集控中心各系統授時要求。

3.1.10UPS電源。集控系統配置冗余UPS電源，以保證集控系統不間斷工作。

3.2網絡層

網絡層形成集控系統100/1 000Mbps自適應主干網絡，用于連接集控層設備、廠站現地層設備，實現集控中心、廠站、現地設備的信息交換。明星電力集控系統采用雙星型網絡結構，通道采用明星電力已建成的調度數據專用網。網絡層主要配置有中心交換機2套、硬件防火墻1套、網絡入侵檢測系統1套、縱向加密裝置1套、隔離裝置若干套、光傳輸設備若干以及光纜/網絡雙絞線若干等。

硬件防火墻用于安全Ⅰ區與安全Ⅱ的隔離，實現位于安全Ⅰ區的集控系統與位于安全Ⅱ區的繼保信息主站通訊；縱向加密裝置用于同一安全區內的縱向通訊，這里用于集控系統與三星水電站的監控系統通訊；隔離裝置是用于安全Ⅰ區或安全Ⅱ與安全Ⅲ區間的單向通訊，一般用作隔離Web服務。

3.3廠站現地層

廠站現地層應包括廠站計算機監控系統、廠站網絡及現地控制層設備。廠站計算機監控系統除三星水電站使用第三方廠家系統外，其他各站均改造為TJK-8600子站系統，以降低接入難度和調試工作量。TJK-8600系統子站系統亦包括數據服務器、操作員工作站等，以完成計算機監控系統的數據解析、實時數據生成、歷史存儲、實時顯示與操作控制等功能。廠站網絡是為控制各水電站設備構成的控制子網，也是集控系統的重要組成部分，一般為100/ 1 000M自適應以太網。現地控制層設備主要由現地控制單元LCU組成，主要完成數據采集及預處理、網絡通信（上送并接收計算機監控系統指令、與相關設備通訊等）等，實現單元設備控制、調節操作及監視等功能。現地控制單元一般由可編程控制器PLC、規約轉換器、觸摸屏等組成。過軍渡水電站、小白塔水電站改造后，各現地控制單元LCU均使用施耐德Quantum冗余PLC，采用RIO方式擴展IO系統，以提高現地控制單元的可靠性，保證機組的安全運行。

表1　TJK-8600系統架構框

4　TJK-8600智能流域調度集控系統

TJK-8600智能流域調度集控系統是許繼電氣專門針對中小型水電站群打造的一款集調度集控系統于一體的計算機監控系統。該系統是在總結多年電力系統計算機監控系統的經驗基礎上，結合當前水電站調度集控系統的優缺點和用戶需求，以及充分吸收和利用國際計算機科學領域的最新技術開發的計算機監控系統。TJK-8600系統采用擴大廠站運行方式，直接訪問廠站現地控制單元LCU，避免由于廠站端服務器故障造成的集控停運，以減少停運范圍。系統包括TJK-8600主站系統、TJK-8600子站系統。TJK-8600主站系統，使用Unix操作系統，采用Oracle數據庫，一般用作調度系統或集控系統；TJK-8600子站系統，使用Windows操作系統，采用MySQL數據，一般用作單個水電站監控系統。

4.1系統架構

TJK-8600系統采用平臺+業務應用架構設計，系統擴展靈活。業務應用采用即插即用技術，實現插件化、模塊化功能擴展，便于應用功能擴充及快速構建。該系統使用跨平臺設計方案，使用一套軟件支持多種操作系統，并支持異構系統，滿足用戶的多種需要。TJK-8600主站系統和子站系統采用同一套代碼，在不同環境下編譯而成。TJK-8600系統架構框如表1所示。

4.2系統功能

4.2.1數據采集與處理。系統自動采集各水電站監控對象的數據，包括實時運行數據、計算數據、歷史數據和記錄數據等，并對這些數據進行有效性和正確性分析，以能準確地反應出各監控設備的運行狀態及工作情況。系統根據采集到的數據，經有效性、正確性分析后，用于更新實時庫，并進行各類統計、計算分析，最后形成歷史數據，存入歷史數據庫，以便用于歷史查詢分析，為生產管理系統提供基礎數據。

4.2.2安全運行監視。集控中心運行人員通過集控中心計算機監控系統的人機接口實現對各電站監控對象進行安全運行監視。監控設備安全運行涉及到有關監控對象的運行狀態、實時數據等，運行人員據此分析判斷設備是否安全，是否滿足與當前系統運行工況匹配。運行人員的監視手段是多樣化的，如屏幕顯示數據、文字、圖形、曲線和表格等；事故或故障音響、語音、電話或短信報警；大屏幕拼接屏顯示、打印輸出等。

4.2.3趨勢分析。趨勢分析用于顯示監控對象測點在一定時間內的變化趨勢。在趨勢分析畫面上，以曲線形式顯示測點的趨勢數據。運行人員可進行在線趨勢分析，并可對進行曲線分析的變量進行選擇和重新定義。一般趨勢分析數據包括在開機過程中發電機和水輪機軸承的溫度-時間趨勢監視、溫度變化率和顯示各軸瓦間的溫差值等。

4.2.4事故和報警。系統應能按時間先后順序列出事故和報警發生的順序，對重要事件應產生事件順序記錄SOE。發生事故時，系統自動推出有關事故畫面并給出事故處理指導意見，畫面以閃光和變色形式顯示，并伴隨音響語音等予以提醒，通過OnCall系統以撥打語音電話或發送短信的方式通知相關人員，以便快速及時地處理故障，減少停機時間。

4.2.5事故追憶。當發生事故時，系統能對事故前后電站運行方式及主要參數記錄保存，用于事后分析事故發生原因，并避免類似事故的重復發生。系統記錄事故發生前4min內和事故發生后6min內的主要參數及數據采樣值，事件記錄時間可根據需要進行調節。一般事故追憶主要參數為：各電站各段母線頻率及三相電壓；各線路三相電流及頻率；主變零序電流和主變溫度；發電機三相電壓、三相電流、線電壓、勵磁電壓、勵磁電流、有功功率、無功功率、轉速和導葉開度等。事故追憶的主要參數可根據實際需要和經驗進行選擇和重新定義。

4.3系統特點

4.3.1采用全分層分布式開放系統結構。系統分為三層，各層間相互獨立但又互相聯系，即當集控層或網絡層出現故障不影響廠站現地層設備的正常運行；分布式結構符合技術發展趨勢，實現各服務器、工作站功能分散，數據處理分散，提高數據處理速度。

4.3.2支持“即插即用”技術。以開放的軟件體系架構為基礎，采用標準服務總線技術、標準接口訪問等技術實現應用與平臺之間插件化管理，將平臺與應用解耦，最終達到業務功能模塊化、業務功能高密度集成化、業務功能部署自由化的目的。通過應用模塊化的“即插即用”技術，滿足各類業務功能快速發展的需要。

4.3.3基于管道和服務代理的廠站多規約接入機制。基于管道機制開發通訊接入代理服務模塊，將每種協議的解析作為一個單獨的進程，通過服務代理模塊和業務處理模塊完成上、下行數據的交互，降低了協議解析模塊和業務處理模塊的耦合性，有新協議需要接入時，只需開發新的協議解析進程即可，提高了系統的可擴展性。系統天然支持IEC60870-5-104、IEC61850、Modbus/ TCP規約，便于多種以太網設備直接接入，減少規約轉換環節，降低故障率，提高系統可靠性，也便于其他廠家廠站監控系統無縫接入。

4.3.4多種通道接入方式。系統接入靈活，根據投資及便捷情況，可選用專用通道、SDH通道、VPN通道和公網通道等方式接入，并具有良好的安全性能。符合國家電力系統有關防護要求。

4.3.5數據直采。系統數據采集直接從廠站現地層獲取，避免了由于廠站端服務器故障或停機造成集控系統停運，同時可減少停運范圍，提高集控系統的可靠性。

4.3.6嵌入式AGC/AVC功能。AGC/AVC功能內嵌于系統軟件，可方便布置于任何操作員工作站，便于AGC/AVC功能監控，且AGC/AVC數據來自SCADA系統，避免數據的重復采集。

4.3.7優良的梯級經濟運行功能。滿足不同流域經濟運行需求，直觀反映由梯級經濟調度帶來的發電效益。

4.3.8外圍接口豐富。系統具有豐富的外圍接口，可設置獨立的通信服務器，便于第三方系統接入，如實現水情測報系統、生產管理系統等系統互傳數據。

4.3.9完善的自診斷自恢復功能。自診斷自恢復功能有利于系統實現“無人值班”（少人值守），提高系統的可靠性、安全性。

4.3.10靈活的配置方式。根據用戶需求，可設置歷史數據服務器、實時數據服務器、操作員工作站、Web服務器和AGVC服務器等，各服務器可冗余配置，提高系統的可靠性。

4.3.11良好的擴展性能。系統各服務器、工作站地位平等，系統擴充后不引起原系統較大的變化，并保證系統的完整性。

4.3.12系統先進、可靠。冗余化的設計方案，使得系統既可靠使用又便于擴充，系統性價比得以最大化提升。

5　結語

四川明星電力水電集控中心于2015年6月正式投入運行，是TJK-8600智能流域調度集控系統的一個典型應用案例。該集控中心在建設過程中，先后對過軍渡水電站和小白塔水電站使用TJK-8600子站進行了改造，這兩個電站的改造和接入集控中心同時進行，由于子站系統數據庫可以直接添加到主站系統中，避免了重復對點和調試工作，提高了集控中心建設效率。集控中心建成后，系統各項功能運行正常，為四川明星電力在實現“無人值班”（少人值守）提供了強有力的技術支撐，保證了各水電站的安全穩定運行，為用戶帶來了可觀的經濟效益。

［1］左天才.烏江流域梯級電站遠程集中監控系統設計與應用開發［J］.水電廠自動化，2008（1）：1-4.

［2］單鵬珠.福建竹洲水電廠計算機監控系統改造探討［J］.水電廠自動化，2008（1）：14-16.

Application of Hydropower Station Central Monitoring System in Mingxing Electric Power Centralized Control Center

Gu LingxianLu JinlongJi JuanHong Yu
（Xuji Electric Corporation，Xuchang Henan 461000）

From hydropower station central monitoring system of SiChuan MingXing Electric Power Co.Ltd.，this paper mainly introduced the hydropower station of the mission of the central monitoring system，design principles，and combined with central monitoring system of SiChuan MingXing Electric Power network chart，TJK-8600 system hardware configuration and network architecture were introduced，and finally introduced the TJK-8600 system software architecture，function，characteristics，etc.

central monitoring system；supervisory computer control system；network architecture

TV736

A

1003-5168（2016）07-0040-04

2016-06-03

古領先（1978-），男，本科，工程師，研究方向：電力系統自動化研發；盧金龍（1981-），男，大專，助理工程師，研究方向：變電站自動化的調試；冀娟（1980-），女，本科，工程師，研究方向：繼電保護研發；洪瑜（1982-），男，本科，助理工程師，研究方向：繼電保護調試。