長龍山抽水蓄能電站監(jiān)控系統(tǒng)安全性設計

趙勇飛，盧小芳，瞿文鵬，張 茜，王 鵬，陳康貝，楊全付

（北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京 100038）

1 概述

長龍山抽水蓄能電站位于浙江安吉縣，安裝有6臺單機容量350 MW的可逆式機組，電站平均年發(fā)電量24.35億kW·h，平均年抽水耗電量32.47億kW·h。電站建成投產(chǎn)后，將進一步優(yōu)化華東地區(qū)電源結(jié)構(gòu)、改善華東電網(wǎng)運行條件。電站由監(jiān)控系統(tǒng)進行全面監(jiān)視與控制。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

電站監(jiān)控系統(tǒng)廠站層設備包括相關(guān)服務器、工作站、網(wǎng)絡、安防、衛(wèi)星時鐘設備等，現(xiàn)地控制層設置有6套機組、公用設備、主變洞、500 kV開關(guān)站、中控樓、上庫現(xiàn)地控制單元。

廠站層及各現(xiàn)地控制單元形成冗余光纖雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，現(xiàn)地網(wǎng)絡采用現(xiàn)場總線技術(shù)，其中重要信息、相關(guān)命令和異常信號等同時采用現(xiàn)場總線通信和硬布線I/O連接兩種方式接入，以保障系統(tǒng)可靠性。

3 監(jiān)控系統(tǒng)安全性設計

抽水蓄能機組監(jiān)控對象和工況較常規(guī)電站更多、轉(zhuǎn)換流程更為復雜、機組間以及機組與公用、上下庫等設備信息交互需求量大、啟停頻繁。監(jiān)控系統(tǒng)作為電站監(jiān)視和控制中樞，需適應相關(guān)特點及要求，基于安全的理念進行各項功能的設計，提升系統(tǒng)的可靠性和安全性。

3.1 流程安全設計

抽水蓄能機組控制流程采用模塊化設計，滿足各種生產(chǎn)場景下各控制對象的控制需求，異常響應模式，運行過程中的配合需求等，充分考慮靈活性、獨立性、可擴性以及安全可靠性。

（1）控制流程中各工況轉(zhuǎn)換均設置若干執(zhí)行步，每一執(zhí)行步中可根據(jù)控制需求，執(zhí)行多個設備的操作，并監(jiān)視操作反饋情況。

（2）工況轉(zhuǎn)換設置跨步條件，跨步條件為進行下一步執(zhí)行的前置條件，由相關(guān)反饋信號組合而成。在上一步相關(guān)操作正確執(zhí)行完畢后，跨步條件滿足方執(zhí)行下一步。

（3）控制流程設置時間監(jiān)視和安全監(jiān)視，在發(fā)生過程阻滯時，在顯示阻滯原因的同時，自動將機組及有關(guān)設備轉(zhuǎn)換到安全狀態(tài)。同時通過各步實際執(zhí)行時間統(tǒng)計，分析設備運行和異常情況，優(yōu)化機組運行狀態(tài)。

（4）機組工況轉(zhuǎn)換流程設置單步執(zhí)行功能，單步執(zhí)行時不設置流程步執(zhí)行超時跳閘功能；當流程跨步條件滿足時，人工確認單步執(zhí)行下一步操作。流程單步執(zhí)行和自動執(zhí)行模式可隨時切換，且不能影響流程的正常執(zhí)行。

（5）控制流程設置統(tǒng)一的跳閘流程，機組工況轉(zhuǎn)換異常或穩(wěn)態(tài)跳機時均執(zhí)行該跳閘流程。

3.2 控制安全設計

在安全控制方面提供容錯和控制冗余功能，且重要設備冗余配置。現(xiàn)地安全控制閉鎖措施采用了狀態(tài)檢查、重要信號表決、RTD梯度及斷線判斷的安全控制技術(shù)。在輸出信號方面采用了上位機軟件閉鎖+LCU軟件閉鎖+雙通道DO冗余措施的三重防誤閉鎖措施，防止誤動、拒動。

3.2.1 冗余配置

監(jiān)控系統(tǒng)采用有效的冗余措施，確保監(jiān)控系統(tǒng)安全可靠運行，

（1）相關(guān)服務器、衛(wèi)星時鐘等采用熱備冗余配置，冗余配置的雙機系統(tǒng)互相檢測和備用，同時運行相同的任務，當檢測發(fā)現(xiàn)主機故障時，備機可自動升為主機運行。主站服務器電源采用雙機熱備配置，無擾動切換，廠站層UPS采用雙機并機方式工作，具有高可靠性。

（2）系統(tǒng)采用雙網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu)，雙網(wǎng)同時工作，單網(wǎng)故障系統(tǒng)相關(guān)功能不受影響。

（3）LCU的各環(huán)節(jié)采用冗余措施，采用主用PLC和事故后備PLC兩套獨立的PLC系統(tǒng)，主用PLC采用雙CPU、雙網(wǎng)卡、雙電源。

3.2.2 軟、硬件雙重閉鎖

對于重要流程，進行軟、硬件雙重閉鎖。

（1）背靠背拖動，建立電氣軸；

（2）機組背靠背拖動，兩臺機組ESD互跳；

（3）GCB低頻閉鎖分閘；

（4）機組ESD硬接線跳SFC；

5）電制動ECB、GCB合閘閉鎖；

（6）轉(zhuǎn)速≥50%閉鎖ECB合閘。

3.2.3 防誤操作閉鎖

系統(tǒng)根據(jù)被控設備的運行模式和需求，設置必要的硬、軟件措施，保證各系統(tǒng)間以及控制級之間的相互閉鎖，并按操作性質(zhì)配置不同操作控制權(quán)限，進行分區(qū)域安全控制。

3.3 監(jiān)視安全設計

監(jiān)控系統(tǒng)采用一系列措施構(gòu)建面向值班人員的監(jiān)視平臺：

（1）智能報警

抽蓄機組設備對象多、監(jiān)視信息量大，尤其是工況轉(zhuǎn)換過程中，報警事件較多。監(jiān)控采用面向?qū)ο髨缶⑾嚓P(guān)量分析、邏輯閉鎖等進行智能報警，避免重要信息淹沒在大量的事件中。

（59）高氏合葉苔 Scapania gaochii X.Fu ex T.Cao，Acta Bot 熊源新等（2006）；楊志平（2006）

（2）運行預警

實時監(jiān)視上下庫庫容及機組運行情況，判斷可發(fā)電/抽水時間，提前預警。對溫度、振擺、油泵等進行趨勢智能診斷，對亞健康的設備進行預警。

（3）實時診斷

系統(tǒng)實時監(jiān)視流程執(zhí)行情況、診斷故障信息、標識故障情況。在實時顯示當前各跨步條件狀態(tài)的同時，記錄故障時刻的各跨步條件狀態(tài)，以迅速定位故障，實現(xiàn)對機組控制流程的實時診斷。

3.4 通信安全設計

系統(tǒng)充分采用數(shù)字通信方式進行信息交互，采用多種措施保證通信數(shù)據(jù)的可靠性和安全性。

（1）多通道通信

監(jiān)控系統(tǒng)與上級調(diào)度、AVC子系統(tǒng)、計劃曲線系統(tǒng)、事故總系統(tǒng)等采用多通道通信方式，單通道的故障不影響數(shù)據(jù)與命令的交互。

對于各通信通道實時進行狀態(tài)監(jiān)視，通道異常報警。

（3）通信數(shù)據(jù)可信判斷

對于通信數(shù)據(jù)進行可信判斷，在通道異常或數(shù)據(jù)異常時置數(shù)據(jù)質(zhì)量位異常，不參與控制過程。

3.5 緊急操作安全設計

系統(tǒng)設置獨立光纖硬布線緊急操作回路，通過安裝在地下廠房不同部位的3套水位測量裝置，進行“三取二”邏輯判斷水淹廠房信號。

在水淹廠房信號動作后，觸發(fā)緊急關(guān)閉命令至上庫各進出水口閘門，輸出各機組的緊急停機命令至各機組緊急停機硬布線回路，并根據(jù)閉鎖條件對應輸出機組尾水閘門緊急關(guān)閉命令至各機組尾水閘門。同時將水淹廠房信號傳送至中控室消防系統(tǒng)，啟動水淹廠房的逃生廣播；傳送至地下廠房的區(qū)域火災報警系統(tǒng)，啟動各區(qū)域水淹廠房的聲光報警。

3.6 負荷成組安全設計

系統(tǒng)設置負荷成組及緊急支援控制功能，根據(jù)電站實時獲取的總有功負荷指令或通過計劃曲線系統(tǒng)獲取負荷曲線，進行負荷計算分配以及自動開停機組控制，滿足電網(wǎng)的負荷需求。

（1）成組自動退出策略

系統(tǒng)在軟硬件故障、通道故障等情況發(fā)生時自動退出全廠或單機功能。

（2）參數(shù)辨識

系統(tǒng)對相關(guān)參數(shù)進行辨識控制，當檢測到的異常參數(shù)時，保持上一時刻負荷并告警提示。

（3）運行限制

系統(tǒng)根據(jù)電站設備狀態(tài)和運行方式實施限制運行，并按限制方式相應的參數(shù)和電站可調(diào)容量實施控制。

4 結(jié)束語

長龍山抽水蓄能電站作為“高水頭、高轉(zhuǎn)速、大容量”電站，監(jiān)控系統(tǒng)軟件功能、工況轉(zhuǎn)換流程、相關(guān)設備控制邏輯的安全性至關(guān)重要，系統(tǒng)設計上充分考慮抽蓄電站各子系統(tǒng)及設備的控制需求、通信接口，各異常情況下的響應模式，運行過程中的配合需求。可為其他同類電站監(jiān)控系統(tǒng)提供經(jīng)驗與借鑒。