恰木薩水電站監控系統結構設計

黃志明

（新疆水利水電勘測設計研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程概況

恰木薩水電站工程位于新疆喀什地區莎車縣境內，引水式發電，中型Ⅲ等工程，是新華水力發電有限公司在葉爾羌河上投資的第二座水電站。電站總裝機203 MW，其中主電站裝機容量200 MW（4×50 MW），機組側采用發變組單元接線，220 kV側采用雙母線接線，出線1回至220 kV葉城變、2回備用。生態電站裝機容量3 MW（2×1.5 MW），2臺機組采用單母線接線，出線側采用線路變壓器組接線，出線1回送至主電站。

2 監控系統結構設計

2.1 電站調度方式

工程分為主電站監控系統和生態電站監控系統2套獨立的系統。主電站主設備由新疆省調直接調管，疆南地調監視，主電站計算機監控系統的遠動信息直送新疆省調及疆南地調，接受省調自動發電控制(AGC)命令。生態電站裝機容量小，由疆南地調調管，生態電站通過主電站接至疆南地調，接受地調自動發電控制。同時主電站接受遠期集控系統的調度，預留至梯調、水調接口，以便與電站梯調系統連接。

2.2 總體設計原則

運行值班采用“無人值班”（少人值守）的方式，監控系統不再設置獨立的常規集中監控設備，采用全計算機監控的模式、開放性的分層分布式系統結構。主電站與生態電站間通過交換機采用光纜通信，兩電站間按擴大場站模式進行監控。

2.3 計算機監控系統的控制、調節方式、控制對象

2.3.1 控制方式設置

遠方調度端/電站級控制方式設置；電站級/現地控制單元級控制方式設置；機組單控/聯合控制運行方式設置；機組單調/聯合調運行方式設置；運行設備自動/手動控制方式設置。控制調節方式的優先級依次為現地層、電站層。

2.3.2 控制對象

（1）主電站

機組部分：調速器系統、勵磁系統、機組循環供水泵系統、發電機出口斷路器、調速器及調速器油壓裝置。

公用部分：滲漏排水泵系統、檢修排水泵系統、主副廠房通風控制系統、中壓空壓機、低壓空壓機、10 kV及0.4 kV廠用電。

開關站部分：220 kV GIS設備、35 kV設備。

閘門系統：前池平面快速閘門、前池沖沙閘平面工作閘門、 泄水排冰閘舌瓣工作閘門、壩區配電系統。

（2）生態電站

機組部分：調速器系統、勵磁系統、機組循環供水泵系統、發電機出口斷路器、調速器及調速器油壓裝置。

公用及開關站部分：檢修排水系統、滲漏排水系統、通風控制系統、消防泵控制、低壓空壓機。

閘門系統：生態電站平面事故閘門、泄洪沖沙閘弧形工作閘門、排冰排漂閘舌瓣工作閘門、引水閘平面工作閘門、灌溉引水閘平面工作閘門、壩區配電系統。

2.4 監控系統結構

2.4.1 系統層次劃分及接頭形式

計算機監控系統結構采用開放式分層分布，數據庫實行分布管理方式。計算機監控系統按網絡結構分為二層：電站控制層和現地控制層。按設備布置分為兩級：電站控制級設備、現地控制級設備。

電站控制層：控制層網絡選用雙星型以太網結構，網絡為雙冗余熱備，傳輸介質使用光纖及雙絞線。電站控制級設備及現地層各LCU連接在電站控制層的網絡設備上，完成監控系統的實時信息采集、處理、監視與控制。

現地控制層：現地控制層網絡按監控系統各LCU及現地智能監測設備分布?，F地生產過程里的各種繼電保護裝置、自動裝置、自動化設備和裝置、監測儀表和裝置、監測系統、機組輔助設備和全廠公用設備以RS485形式及I/O接入各LCU，從而實現現地設備的就地監控任務。

2.4.2 設備配置

（1）主電站監控設備主要配置

1）電站控制級設備主要配置

監控系統工作站（2套）；操作員工作站（2套）；工程師/工作站； ON-CALL語音報警工作站；遠程通信服務器（2套）；廠內通信服務器；歷史數據服務器；時鐘同步系統裝置；省調、地調調度數據網接入設備（2套）；電能計量系統；便攜式計算機（2臺）；廠級網絡設備；中控室緊急關閉前池快速閘門按鈕箱；防水淹廠房信號用控制箱；激光網絡打印機（2臺）；微機五防系統；發電能力申報服務器。

2）現地控制級設備配置

機組 LCU（4 套）； 公用 LCU； 開關站 LCU； 壓力前池閘門LCU。

（2）生態電站電站控制級設備主要配置

1）電站控制級設備主要配置

監控系統工作站（兼操作員工作站）；ON-CALL語音報警工作站；廠內通信服務器； 時鐘同步系統裝置； 電能計量系統； 廠級網絡設備；中控室緊急關閉平面事故閘門按鈕箱；防水淹廠房信號用控制箱；激光網絡打印機；微機五防系統。

2）現地控制級設備配置

機組 LCU（2套）； 開關站及公用 LCU； 攔河引水樞紐閘門LCU。

2.4.3 監控系統設計特點

恰木薩水電站工程分為主電站及生態電站兩部分，考慮到南疆用電緊張、建設工期的迫切性，兩座電站建設中獨立運行，主電站隨當地電網建設送電至南疆220 kV電網，生態電站提前發電接入當地農網，后改接入主電站。兩個電站在功能設計上分別接受新疆省調及疆南地調的調管，又保持各自的監控系統的相對獨立性，滿足用電緊張優先供電的現實，適應將來集控調度、梯級調度的運行要求。

根據上述情況，在監控系統結構設計中，主電站及生態電站2個相對獨立的電站，在配置及功能上按2個電站考慮，分別配置獨立的監控網絡結構，分別配置監控系統工作站、操作員工作站、工程師/培訓工作站、自動發電控制AGC、自動電壓控制AVC、故障錄波、繼電保護信息管理子站、信息安全防護等，但兩個電站數據共享，形成統一完整的恰木薩水電站工程，主電站配置1套歷史數據庫服務器，通過主電站的監控系統工作站實現整個工程的統一集中監控。

總之，恰木薩水電站工程監控系統在設計上，保留了兩個電站的相對獨立運行，便于前期建設任務，同時本工程數據共享、集中控制的功能，實現了兩個電站1套運行值班人員的方式。

2.4.4 主電站電站控制層設備結構

（1）監控系統工作站：設置2臺監控系統工作站，功能完全相同，互為備用。工作站用于管理電站層AGC和AVC，發變電運行檔案、事故故障信號的分析處理、測點定義及限值存儲、各類運行報表生成和儲存、系統時鐘管理等。

（2）操作員工作站：設置2臺操作員工作站，功能完全相同，互為備用。用于處理監視、控制及調節命令發出、報表打印等。

（3）工程師/培訓工作站：設置1臺工程師/培訓工作站。用于處理系統的維護管理、功能及應用的開發、程序下載、全廠各設備的仿真操作、運行人員的培訓工作。

（4）歷史數據庫服務器：主電站設1臺歷史數據庫服務器。用于對主電站及生態電站監控系統的數據備份及維護、程序存儲等。

（5）ON-CALL語音報警工作站：設置1臺ONCALL語音報警工作站，用于語音報警、電話查詢、事故自動呼叫（ON-CALL）等。

（6）通信服務器：設置2臺遠程通信服務器、1臺廠內通信服務器，用于處理主電站計算機監控系統與廠內其它自動化系統、新疆省調計算機監控系統間的聯系。

（7）衛星時鐘同步系統：設置1套時鐘同步系統，支持北斗及GPS信號，為電站層設備、現地各LCU、微機保護及故障錄波等設備提供對時信號。

（8）電能計費系統，主電站電能表設置：系統計量表設在220 kV線路、主變高壓側、發電機側、隔離變高壓側、施工變側。其中220 kV、35 kV線路側及發電機側作為關口計費側，每回220 kV、35 kV線路、發電機出口設主、副表各1塊，雙向智能表（精度為：有功0.2S級，無功為2.0級）共16塊。主變高壓側作為考核側，設單表，雙向智能表（精度為：有功0.2S級，無功為2.0級）共4塊。隔離變高壓側、施工變進線側作為考核側，設單表，單向（精度為：有功0.2S級，無功為2.0級），共3塊。

各電能表計均采用三相四線制，并應配置相應的電能計量專用接線盒。電能量遠方終端通過網絡和撥號方式遠傳至省調和地調計量系統，并保證數據的完整性和一致性。

（9）調度數據網接入設備：新疆恰木薩水電站工程配置2套調度數據網接入設備，接入新疆省調和疆南地調。

（10）信息安全防護系統；根據國家能源局36號文件、國網新疆電調【2018】40號及41號文件要求配置1套二次安防系統及內網安全檢測系統。

2.4.5 生態電站電站控制層設備結構

生態電站電站控制層設備由監控系統工作站（兼操作員工作站）、廠內通信服務器、衛星時鐘同步系統、調度數據網接入設備、信息安全防護系統、電能計費系統等構成。

3 電站網絡結構

電站網絡結構拓撲圖見圖1、圖2。

圖1 生態電站網絡結構拓撲圖

圖2 主電站網絡結構拓撲圖

4 結論

電站于2017年3月全面開工建設，2020年7月24日，首臺機組正式并網發電投產，在疫情防控與社會穩定的雙重壓力下，響應國家復工復產號召，改善了南疆用電緊張，助力脫貧攻堅，促進南疆經濟發展。目前主電站二號機組已順利并網，實踐證明，電站監控系統結構設計是合適的。