上馬蒂水電站計算機監控方案設計

李松森 蔣雨煊

摘要：根據尼泊爾上馬蒂水電站的工程概況，介紹了該電站計算機監控系統的結構、要求及主要配置，闡述了監控系統中現地控制單位的功能及設備配置，分析了監控系統的應用軟件，為類似水電站的計算機監控方案設計提供了參考。

關鍵詞：水電站;計算機監控系統結構;主要配置

1 工程概況

上馬蒂水電站位于尼泊爾西部卡斯基大區的馬蒂河上，處于馬蒂河上中游，壩址和廠址分別位于該段河流的上下游處，它們之間形成了120 m的可利用水頭。

該電站裝設了2臺立軸混流式水輪發電機組，機組引水方式為一管二機，設有調壓井。每臺機組設置蝴蝶閥作為進水主閥。機組調速系統選用具有PID調節規律的微機電液調速器。該電站總裝機容量為2×12.5 MW，根據電站接入系統方式，該電站采用132 kV單回路輸電線路，所發電量輸送到電站以南12 km處的博克拉市區東部變電站，并入尼泊爾綜合電力系統（INPS）國家電網。

2 上馬蒂電站計算機監控系統結構及要求

2.1? ? 系統結構

上馬蒂水電站計算機監控系統采用分層分布開放式系統結構，設電站級和現地控制單元級。監控網絡采用10/100 M自適應單模光纖交換式環形以太網結構，網絡的傳輸速率不小于100 M/s。

電站級監控系統設2臺主機兼操作員工作站、1臺通信工作站、GPS時鐘系統、2臺UPS電源和相關網絡設備等，可完成整個工廠的監視功能，并預留了與調度中心監視系統通信的接口。

現地控制單元級監控系統根據每個單元、交換站、整個工廠的公共設備及壩區閘門等設置，配有2臺單元LCU、1臺交換站LCU、1臺公共LCU和1套壩區LCU。電站控制室電站級控制單元至壩區現地控制單元的距離按5 km遠傳距離考慮。

2.2? ? 系統要求

2.2.1? ? 現地控制方式

現地控制單元應設有“現地/遠方”切換開關。當切換開關處于“現地”位置時，能通過LCU的操作面板對其控制范圍內的電站主輔設備進行控制和調節。此時，遠方控制功能被閉鎖，僅保留遙測和遙信功能。

2.2.2? ? 中控室控制方式

電站級設有“電站控制/調度控制”軟切換開關。當開關切至“電站控制”時，監控系統電站級可對控制方式切換開關處于“遠方”位置的現地控制單元控制范圍內的電站主輔設備發布控制命令，調度級則只能監視。當開關切至“調度控制”時，電站計算機監控系統接收到上級調度中心下達的調度命令，對132 kV斷路器和機組進行控制。

2.2.3? ? 計算機監控系統應有符合“五防”要求的邏輯閉鎖條件

根據預定的決策原則和電廠操作員輸入的指令（或上層調度中心輸入的指令），該計算機監控系統可以實現單元工作條件的自動切換、斷路器和隔離開關的打開和閉合、負載調節開關上變壓器的操作以及電線的自動順序切換等。監視系統應配備符合“五預”要求的邏輯鎖定條件，以確保通過監視系統進行開關操作期間設備和人員的安全。

3 計算機監控系統電站級主要配置

3.1? ? 主機兼操作員工作站

2臺主機兼操作員工作站同時接收和處理各種信息，只要主工作站有信號輸出，2臺主機兼操作員工作站能夠實現自動和手動切換，保證切換過程數據不丟失，實時任務不中斷。每個操作員工作站配置2臺顯示器，鍵盤及鼠標的光標可在顯示器間任意移動。主機兼操作員工作站選用國際知名品牌，打造成熟的高性能工作站。

3.2? ? 工程師工作站

工程師工作站用于維護和管理整個計算機監控系統，可以完成數據庫以及系統參數的定義和修改、報表的生成和修改、網絡維護和系統診斷。計算機監控系統的維護只能在工程師工作站上進行，并且必須提供可靠的登錄保護功能。工程師工作站布置在中控室計算機室，其相關功能由其中一臺主機兼操作員工站兼任。

3.3? ? 通信工作站

通信工作站主要負責對外通信，并與電站內其他設備進行數據通信。在電站載波設備的輔助下，通過載波通道，支持多種通信規約，以滿足尼泊爾電力頒布的通信規約要求，實現電站計算機監控系統與調度系統的數據通信。供應商應配合并協調電廠計算機監控系統和調度工作，包括軟件及硬件連接、通道的調試等，并保證與調度的通信能與電站的機組發電同時完成。

通信工作站連接到主控級網絡交換機，可以與網絡上的所有聯系人直接交換數據，以實現信息的直接獲取和傳輸遙控。工作站配備多個數字通信接口，并且每個接口都可以配置各種通信協議。

3.4? ? 時鐘系統及顯示裝置

系統采用GPS時鐘信號為標準時間，構建時鐘系統，GPS時鐘裝置的輸出接口除滿足計算機監控系統要求外，還需滿足繼電保護裝置、現地控制單元、所有系統的控制裝置及其他智能裝置的需要。在中控室和發電機層放置顯示裝置，顯示來自GPS裝置的標準時間。

3.5? ? 網絡設備

監控網絡采用單模光纖環形以太網結構，配置工業級網絡以太網交換機。站控層與各現地控制單元間的各交換機均采用單模光纖連接。

4 現地控制單元

4.1? ? 現地控制單元功能

上馬蒂水電站現地控制單元的功能主要為對監控對象進行數據采集與處理、控制和調節、通信、自我診斷及恢復、掉電保護和人機聯系。

4.2? ? 現地控制單元級設備配置

電站LCU包括2套機組LCU、1套開關站、1套公用LCU和1套壩區LCU。現地控制單元采用施耐德Premium系列，CPU為TSXP573634。人機界面采用一體化的12英寸彩色LCD觸摸屏（觸摸屏與PLC同廠家）。LCU應有專用的便攜式調試計算機的接口。LCU應能實現時鐘同步校正，其精度應與SOE分辨率配合。現地控制單元的設備應能在無空調、無凈化設施和無專門屏蔽措施的電站主副廠房、壩區電氣室中運行。

現地控制單元LCU應提供多個接口，如ModBus Plus和ModBus以及供貨商認為有必要配置的接口及相關轉換接口設備，并實現規約轉換，以便與其他控制設備進行通信，包括勵磁系統的微機調節器、調速系統的PLC調速器、微機保護裝置、自動準同期裝置、閘門現地控制設備、主變現地控制設備、現地PLC控制屏、電度表計、測量表計以及其他設備進行現場總線通信，還應提供主控級和上述設備之間進行信息交換的通信軟件。

5 操作系統應用軟件

5.1? ? 數據采集軟件

數據采集軟件可自動采集各現地控制單元和智能裝置的各類實時數據，接收調度的命令信息。按要求對采集數據進行處理，并發送電站相關數據給調度中心。

5.2? ? 人機接口軟件

人機接口軟件包括顯示和打印軟件、電話語音報警和查詢軟件，采用中/英文切換界面。人機界面軟件應允許操作員在不詳細了解計算機的情況下添加或修改操作員命令。操作員應該能夠直接在屏幕上選擇某個設備，然后系統會彈出控制面板以直接控制系統設備。人機界面軟件還應提供交互式圖形編輯軟件供用戶生成人機界面圖像，且圖形和數據之間的連接可由用戶定義。

5.3? ? 通信軟件

通信軟件包括計算機監控系統內部各節點之間的通信，包括通信工作站和廠內其他計算機系統及上級調度系統的通信，現地控制單元與繼電保護裝置、智能裝置、智能監控設備的通信等。

5.4? ? 診斷軟件

供貨商應提供完備的診斷軟件，以實現計算機監控系統網絡設備、計算機設備和I/O模塊的診斷功能，診斷結果應精確到模塊和通道。

5.5? ? 控制軟件

控制軟件主要包括機組開停機流程、廠用電控制流程、斷路器控制流程等。

5.6? ? AGC軟件

電站計算機根據調度給定的總有功功率或日負荷曲線，按最優發電運算（EDC）確定開機臺數及機組間的負荷分配，實現成組控制。

5.7? ? AVC軟件

電站計算機根據調度或運行人員給定的全站無功功率給定值或負荷曲線及安全運行約束條件，并考慮機組的限制條件，確定機組開機臺數。AVC軟件按照等無功功率或等功率因數分配機組間的無功功率，也可提出指導性的數據供運行人員參考。

電站計算機根據調度或運行人員給定的132 kV母線電壓或日調節曲線，計算得出電站無功功率目標值，并分配給參加聯合調節的機組。在特殊電氣故障情況下能實現高周切機，防止系統崩潰。

6 結語

上馬蒂水電站計算機監控系統根據無人值班、少人值守的設計原則，采用開放式分層分布式系統結構，可以進行數據的收集和處理、計算和交換。監控系統能夠有效地監控整個水電站運行情況，提高了上馬蒂水電站乃至整個電網的自動化運行和管理水平。

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