二郎壩梯級水電站集中監控系統的設計與實現

梁 爽

（陜西省水利電力勘測設計研究院，陜西 西安 710001）

0 引言

二郎壩水電工程屬跨流域引水的梯級開發水電開發工程。工程位于陜西寧強水田坪鄉西流河天生橋段，建設成了天生橋水庫，水庫總庫容0.78 億m3。通過10.53 km 引水洞、渠，采用形成的418 m 落差，建成天生橋（3 臺×0.4 萬kW）、二郎壩（3 臺×0.25 萬kW）、臥龍臺電站（2 臺×0.4 萬kW＋2 臺×1.125 萬kW），三座水電站總裝設10 臺水輪發電機組、共計5 萬kW[1]。

在寧強縣城建設遠程集控中心，以實現三座電站“遠程監控、少人值守、無人值班”的管理運行模式、實現系統AGC/AVC功能[2]；完成遠程進行測量、控制、調節、信號和視頻工作，實現“五遙”功能。

1 設計原則

1）采用以計算機網絡及通訊技術為基礎的流域集中監控方式，集控中心實現“五遙”功能,遙信、遙調、遙視、遙測、遙控，滿足“調控一體化”要求。

2）集控中心的控制系統結構，采用分布式系統，根據功能要求，各功能子系統的設置相對獨立。

3）各子系統的計算機系統應實時性好、抗干擾能力及可靠性強。

4）集中控制系統內各子系統之間功能交互、信息共享。

2 梯級電站集控中心計算機監控系統

為了達到三座電站安全、可靠的生產運轉，按照遠控、少人管理生產運營形式[3]，實現自動化，各級電站應該滿足的集中監控調度、分布式控制的需求，設計在寧強二郎壩水電公司內（縣城）設置梯調監控中心，對三座電站進行集中控制，統一管理[4]；實現遠程監視、調整、操作、測量、信號，合理利用水能資源，確保電能的品質，降低運維成本,實現要求，完善運維方式。

2.1 調度要求

二郎壩梯級水電站調度模式為：電站由陜西電網調度控制中心間接調度，同時，梯級電站應滿足漢中地區調度中心的集中監控方式。

依據以上需求，二郎壩梯級水電站計算機監控系統應能實現以下調度控制、運營的需求：梯級電站計算機監控系統的遠方動作信號直送陜西電網調度控制中心，接收陜西電網調度控制中心的調度控制命令。

2.2 控制、調節方式

二郎壩梯級水電站計算機監控系統控制模式包含現地控制模式和梯調中心控制模式，調節模式包含電站調節模式和梯級電站監控中心調節模式。

電站各現地控制單元（LCU）設置“遠程/ 現場”轉換開關。在現場控制模式下，各LCU 只接收經過現地單元人機界面、現地操作設施等發出的控制及調整指令，站控層設施及遠方集控中心只能采集、監視來自現地的運轉信號和參數，而不能直接對各LCU 的控制對象進行遠方操作與調整[5]。

3 系統結構及硬件配置

三座梯級電站采用遠控、少人管理運行方式，梯級電站集中控制中心按照“集中監控”管理模式進行設計，其計算機監控系統采取全開放型、分層式、分布式的結構，見圖1。

圖1 監控系統分層分布式結構圖

梯調中心監控層，即寧強縣城遠程集控中心，負責整個梯級水電站的監視操作與控制，完成對三座梯級電站的遠方測量、信號、調節、控制和視頻任務，實現系統“五遙”功能；電站控制單元層，即三座電站的微機監控系統，擔任本電站的主動監督和操作。

3.1 集控中心網絡及硬件配置

3.1.1 集控中心網絡

集控中心計算機監控系統網絡包括主生產控制網絡和非生產控制網絡。整個系統采用2 臺核心工業以太網交換機，主干網絡為環形拓撲結構的1000 Mbps 超級冗余交換式以太網系統，星型結構。圖2 為遠程集控中心監控系統網絡結構。

圖2 遠程集控中心監控系統網絡結構圖

3.1.2 硬件配置

整個系統由1 套冗余的歷史數據服務器、1 套冗余AGC/AVC 服務器、2 套操作員工作站、1 套工程師/維護工作站、1 套調度通訊服務器、1 套大屏顯示設備等。

3.2 集控中心與梯級電站通訊

集控中心采用2 臺核心交換機和各級電站遠動工作站通信，通過電站遠動工作站作用到各LCU，完成遠方控制、調節、測量、信號等性能，不直接控制到各電站LCU。

梯級電站計算機監控系統通信網絡采取雙鏈雙芯光纖環網方式，主干層與站控層、站控層與現地控制單元采取光纖環形銜接，現地控制單元與智能設施采取現場MB+模式，現地通信處理器里存儲數據，由通信處理器經過以太網上傳至主干層。圖3 為梯級水電站通信系統結構圖。

主干層與廠站層采用雙鏈雙芯光纖環網。通過環形以太網交換機，主控工作站采用雙機熱備用方式，現場LCU 的PLC 均采用兩個電源、雙CPU、雙通信熱備用方式[6]。

圖3 梯級水電站通信系統結構圖

4 系統的主要功能

二郎壩各梯級電站根據設計原則，正常工作時由置于梯調集中控制中心的操作員站對每座電站實行遠方的數據采集、操作、監視及控制運行，實現遠程控制、調節、信號、測量、視頻任務[7]，完成電力工業“五遙”性能。

集中控制中心操作員站能夠操作到機組和主要開關，以及公用和輔助等設施的開啟、關閉。

其主要性能有：采集和處理數據、監視運行和報警事件、對各水電站的集中控制、AGC/AVC 功能等[8]。

4.1 數據采集和處理功能

數據采集：集控中心計算機監控系統主要通過通信服務器采集各電站監控系統收集的實時數據；接收省調下達的計劃及各種命令信息；采集電能量計量計費系統的數據，故障信息管理系統數據等。

數據處理：完成采集到的數據分析處理和統計。

4.2 對各水電站的集中控制功能

遠程監控中心監控系統能夠直接操控每一級電站的發電機組和重要設施，運行人員能夠在監控中心發布控制指令到現場控制單元（LCU）[9]。

4.3 自動發電控制功能（AGC）

系統能夠根據上級調度部門的調度要求，以及下達的AGC命令和日負荷曲線，按照安全、可靠、經濟的原則，對各梯級電站的運行作出計劃安排，以保證各級電站可靠、穩定的運轉。

4.4 自動電壓控制功能（AVC）

系統根據上級調度部門要求的設定值及安全運行約束條件，確保電站升高電壓母線的電壓變化在給定的范圍內。

5 結語

二郎壩梯級電站遠控監控系統的建立，不僅能夠實現在集控中心對三座水電站生產現場運行遠程的監測、管理和控制，以及調度自動化的要求，還能實現整個流域系統梯級水電站“遠程集控、無人值班、少人值守”的“五遙”功能，實現梯級水電站運行管理的自動化。