南歐江梯級水電站集控中心方案設(shè)計(jì)

魏 源，陳家恒，鄒 穎，劉 松

（中國電建集團(tuán)昆明勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650051）

1 工程概況

南歐江是湄公河左岸老撾境內(nèi)最大支流，發(fā)源于中國云南省江城縣與老撾豐沙里省接壤的邊境山脈一帶，河流流向開始自北向南，最后在B.Pak-ou匯入湄公河。

南歐江梯級共規(guī)劃開發(fā)七級水電站，分為兩期開發(fā)。一期共三級電站，分別是南歐江二級水電站（3×40 MW）、南歐江五級水電站（3×80 MW）和南歐江六級水電站（3×60 MW）。二期共四級電站，分別是南歐江一級水電站（4×45 MW）、南歐江三級水電站（3×70 MW）、南歐江四級水電站（3×44 MW）和南歐江七級水電站（2×110 MW）。其中，一期水電站于2016 年全部投產(chǎn)發(fā)電，二期水電站于2021 年底全部投產(chǎn)發(fā)電。

南歐江梯級水電站集控中心是正在建設(shè)的南歐江電力運(yùn)維中心的一部分，位于老撾瑯勃拉邦。所轄7 個(gè)電站分兩期接入集控中心，整體建設(shè)將遵循“遠(yuǎn)方監(jiān)視、實(shí)時(shí)掌控、優(yōu)化調(diào)度、應(yīng)急指揮”的方針進(jìn)行。目前，南歐江梯級一至七級電站均已接入集控中心，完成了對南歐江流域7個(gè)電站的運(yùn)行監(jiān)控，并預(yù)留其它電站的接口。

2 設(shè)計(jì)原則

南歐江梯級水電站集控中心是“以節(jié)能增效為目的、以梯級聯(lián)合優(yōu)化運(yùn)行為核心、以遠(yuǎn)程集中控制為手段”的綜合性項(xiàng)目。集控中心的建設(shè)和投入應(yīng)以進(jìn)一步降低各水電站發(fā)電成本、提高流域整體規(guī)模效益、在老撾電力系統(tǒng)更具競爭力為目的。按“流域統(tǒng)籌、適應(yīng)發(fā)展、分步實(shí)施、安全可靠、經(jīng)濟(jì)適用”的原則，在南歐江流域梯級電站的聯(lián)合經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、水庫群發(fā)電優(yōu)化運(yùn)行的理論和應(yīng)用研究上進(jìn)行規(guī)劃、建設(shè)和實(shí)施，搭建實(shí)施遠(yuǎn)程集控的綜合應(yīng)用平臺，實(shí)現(xiàn)南歐江梯級7個(gè)電站的聯(lián)合經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，提高梯級電站群的整體綜合效益。

本項(xiàng)目初期實(shí)施階段已達(dá)到“遠(yuǎn)方監(jiān)視、實(shí)時(shí)掌控、優(yōu)化調(diào)度、應(yīng)急指揮”的功能要求。

3 建設(shè)內(nèi)容

南歐江梯級水電站集控中心的建設(shè)主要分為三部分，分別是集控通信系統(tǒng)、自動(dòng)化系統(tǒng)和配套設(shè)施。

4 集控通信系統(tǒng)

鑒于老撾通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定集控通信網(wǎng)設(shè)計(jì)采用光纖傳輸和衛(wèi)星通信分別構(gòu)建主、備兩個(gè)通信通道，負(fù)責(zé)將南歐江流域一至七級各電站的監(jiān)控信息、實(shí)時(shí)視頻信息、調(diào)度語音和其他信號等傳送到流域集控中心以及集控中心的指令下達(dá)；由于實(shí)時(shí)視頻信息數(shù)據(jù)量比較大，其數(shù)據(jù)只通過光纖傳輸通道完成，僅在特殊情況下通過衛(wèi)星通信通道傳輸。

主用通道采用光纖通信網(wǎng)方式組建，作為集控中心使用的主要通信通道。通道傳輸速率為STM-16/2.5Gbit/s，通道要求分別在集控中心、各個(gè)電站和沿途變電站設(shè)置基于STM-16 速率的SDH 光傳設(shè)備，各站點(diǎn)間通過架設(shè)在輸電線路上的OPGW 或ADSS 光纜連接。

光纖通信系統(tǒng)如圖1 所示。

圖1 光纖通信系統(tǒng)圖

備用應(yīng)急通道采用衛(wèi)星通信方式組建，該方式需要為南歐江流域集控項(xiàng)目搭建一個(gè)衛(wèi)星通信主站和7 個(gè)遠(yuǎn)端站（其中7 個(gè)遠(yuǎn)端站分別位于南歐江1～7 個(gè)梯級水電站，衛(wèi)星主站位于瑯勃拉邦集控中心），建立7 個(gè)水電站與集控中心站的獨(dú)立通道，實(shí)現(xiàn)自主路由管理和數(shù)據(jù)安全傳輸。

衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖2 所示。

圖2 衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

上述兩種通信方式、兩個(gè)通信通道同時(shí)運(yùn)行，當(dāng)主用通信通道中斷時(shí)，通信通道可自動(dòng)無間斷的切換到備用通信通道，提高了集控中心與各水電站間數(shù)據(jù)通信的可靠性。

5 自動(dòng)化系統(tǒng)

南歐江集控中心自動(dòng)化系統(tǒng)現(xiàn)階段包括計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)等、將來還將建設(shè)電能計(jì)量系統(tǒng)、水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)。

根據(jù)二次系統(tǒng)安全防護(hù)要求，系統(tǒng)各項(xiàng)功能根據(jù)應(yīng)用分別部署在安全I(xiàn) 區(qū)、安全I(xiàn)I 區(qū)和安全I(xiàn)II 區(qū)。其中安全I(xiàn) 區(qū)包括計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，安全I(xiàn)I 區(qū)主要包括水調(diào)自動(dòng)化系統(tǒng)(本期不設(shè)置)、電能量計(jì)量系統(tǒng)(本期不設(shè)置)和動(dòng)力環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)等，安全I(xiàn)II區(qū)主要包括視頻監(jiān)視系統(tǒng)等。安全I(xiàn) 區(qū)的應(yīng)用和安全I(xiàn)I 區(qū)的應(yīng)用通過防火墻邏輯隔離，安全I(xiàn)I 區(qū)的應(yīng)用和安全I(xiàn)II 區(qū)的應(yīng)用通過物理隔離裝置進(jìn)行隔離。

集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是以對南歐江流域發(fā)電有限公司所屬的南歐江梯級電站生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視，統(tǒng)一生產(chǎn)管理，提高電站的運(yùn)行效率和可靠性等原則進(jìn)行的總體設(shè)計(jì)和配置。

5.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與流域內(nèi)各廠站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組網(wǎng)方式為：集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與各廠站計(jì)算機(jī)監(jiān)控上位機(jī)系統(tǒng)通信，并經(jīng)各廠站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制到各梯級電站機(jī)組及其它主要設(shè)備。

5.1.1 系統(tǒng)分布

南歐江流域梯級水電站集中計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)控制對象包括：南歐江一至七級電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。它們通過通信通道相互連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，構(gòu)成一個(gè)全計(jì)算機(jī)監(jiān)控的實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以監(jiān)視及控制各電站的運(yùn)行。

5.1.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用全開放的分層分布式結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)采用光纖或同軸電纜。系統(tǒng)采用雙星型快速以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議采用TCP/IP，網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率達(dá)到1000 Mb/s。

為滿足梯級水電站調(diào)度自動(dòng)化需要，各接入點(diǎn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)需配置標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)通信應(yīng)用層協(xié)議DL/T 634.5104-2002（IEC60870-5-104:2000），實(shí) 現(xiàn)接收和發(fā)送各種類型的數(shù)據(jù)至集控中心，并確保上行和下行數(shù)據(jù)的及時(shí)、準(zhǔn)確。

流域中各接入電站的監(jiān)控系統(tǒng)通過各站配置的用于與集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的集控通信服務(wù)器、縱向認(rèn)證加密、路由器等裝置，與集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用1000 Mb/s 雙星型快速以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，并具有一定的擴(kuò)展能力，主要考慮流域中目前規(guī)劃實(shí)施的各級電站監(jiān)控系統(tǒng)接入，同時(shí)考慮將來可能新增接入電站的能力。

集控中心自動(dòng)化系統(tǒng)采用鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)（位于I 區(qū)）與II 區(qū)系統(tǒng)采用防火墻隔離，II、III區(qū)之間設(shè)置隔離裝置。I 區(qū)和II 區(qū)均設(shè)置數(shù)據(jù)交換服務(wù)器，用于數(shù)據(jù)交互，同時(shí)兼顧與大屏工作站的通信。

圖3 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)框圖（I 區(qū)）

6 配套設(shè)施

除自動(dòng)化系統(tǒng)和通信系統(tǒng)外，為了滿足集控中心正常運(yùn)行和安全運(yùn)行的需要，還進(jìn)行了集控中心配套設(shè)施的建設(shè)，包括：供配電系統(tǒng)、大屏幕系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、防雷接地系統(tǒng)、綜合布線系統(tǒng)、動(dòng)力環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等子系統(tǒng)。

6.1 供配電系統(tǒng)

為保證集控中心各系統(tǒng)設(shè)備安全可靠運(yùn)行，集控中心需要雙路獨(dú)立AC 400 V 市電電源接入。低壓配電系統(tǒng)采用0.4 kV 一級電壓供電，0.4 kV 接線采用單母線分A、B 兩段接線，兩段母線間設(shè)置備用電源自動(dòng)投入裝置，互為熱備用。正常運(yùn)行時(shí)，A、B兩段分段獨(dú)立運(yùn)行，其中一段失電后，由另一段帶全部負(fù)荷。另外，柴油發(fā)電機(jī)引1 回進(jìn)線接至0.4 kV A 段母線上，作為低壓配電系統(tǒng)的應(yīng)急電源，當(dāng)兩回電源均失電時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)，給重要負(fù)荷供電。

為保證集控中心供電的質(zhì)量和安全可靠，還配置一套冗余UPS 電源系統(tǒng)，供集控中心服務(wù)器、工作站、交換機(jī)、事故照明、大屏等重要負(fù)荷使用，該系統(tǒng)由兩臺逆變裝置、兩組蓄電池組成。兩套逆變電源分段獨(dú)立運(yùn)行，正常運(yùn)行時(shí)每組逆變裝置承擔(dān)50%的負(fù)荷。從設(shè)備供電可靠性考慮，對雙電源供電的設(shè)備，分兩路供電；對只有單電源供電的設(shè)備配置STS 供電。

6.2 大屏幕系統(tǒng)

集控中心設(shè)置一套3.36 m×7.20 m 的LED 大屏幕顯示設(shè)備，可以從計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中得到信息并在大屏幕上反映系統(tǒng)運(yùn)行狀況及主要參數(shù)，同時(shí)還可以接收各電站視頻監(jiān)視系統(tǒng)的視頻信號并在大屏幕上反映。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)I 區(qū)、II 區(qū)通過數(shù)據(jù)交換服務(wù)器DVI 接口接入大屏幕顯示設(shè)備，視頻監(jiān)視系統(tǒng)通過DVI 接口接入大屏幕顯示設(shè)備。

集控中心大屏幕拼接系統(tǒng)，包括一套大屏幕管理計(jì)算機(jī)、一套控制計(jì)算機(jī)，一套圖像拼接控制器和一套液晶拼接大屏幕，通過圖像拼接處理器可以將多路視頻監(jiān)視信號、計(jì)算機(jī)顯示信號實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)將RGB 圖像窗口和VIDEO 圖像窗口無約束的進(jìn)行疊加、漫游和單屏分割。通過控制計(jì)算機(jī)可對顯示信號進(jìn)行多個(gè)管理，可在屏幕顯示范圍內(nèi)對信號進(jìn)行拉伸、組合、場景預(yù)設(shè)等模式。

6.3 視頻監(jiān)視系統(tǒng)

集控中心按照全數(shù)字高清圖像標(biāo)準(zhǔn)配置一套數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要設(shè)備有視頻管理服務(wù)器、視頻存儲服務(wù)器、流媒體服務(wù)器（含網(wǎng)關(guān)）、視頻核心交換機(jī)及雙屏視頻工作站等。其中視頻交換機(jī)形成整個(gè)集控視頻監(jiān)控的組網(wǎng)核心。除各級電站的視頻監(jiān)控信號外，本系統(tǒng)還兼顧集控中心現(xiàn)場的需要，在集控中心設(shè)置現(xiàn)場監(jiān)控點(diǎn)。各電站現(xiàn)地視頻監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)分別選擇當(dāng)?shù)? 路監(jiān)控畫面，通過路由器和光纖通信網(wǎng)送入集控中心視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在操作控制臺上巡回顯示。

6.4 門禁系統(tǒng)

根據(jù)集控中心不同機(jī)房內(nèi)的設(shè)備和功能，集控中心和各機(jī)房對各進(jìn)出門進(jìn)行不同的安全等級保障管理。通過采用視頻監(jiān)視系統(tǒng)進(jìn)行一般監(jiān)視，配合入口門禁系統(tǒng)進(jìn)行管理，對人員進(jìn)行分流。根據(jù)機(jī)房、集控中心不同的安全等級，通過門禁卡對出入各設(shè)防區(qū)域的人員身份、進(jìn)出及停留時(shí)間，對電動(dòng)門鎖進(jìn)行控制，能實(shí)時(shí)反映、記錄門的開關(guān)狀態(tài)。同時(shí)聯(lián)動(dòng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對進(jìn)出各類門的人員進(jìn)行實(shí)時(shí)畫面記錄和回放。

6.5 防雷接地系統(tǒng)

6.5.1 進(jìn)線防雷接地設(shè)計(jì)

為防止雷電侵入波對設(shè)備的損害，在22 kV 電纜和架空線連接處設(shè)置了一組避雷器；在22 kV 電纜進(jìn)線處（箱變內(nèi)）設(shè)置一組避雷器；在400 V 兩段母線的進(jìn)線處各設(shè)一組避雷器。

6.5.2 機(jī)房接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)

集控大廳、服務(wù)器及通信設(shè)備室、蓄電池室應(yīng)有良好的工作接地，以及防雷和防過電壓措施。集控中心各系統(tǒng)設(shè)備接地利用辦公大樓的公用電氣接地網(wǎng)接地，并保證一點(diǎn)接地，總接地電阻應(yīng)小于1 Ω。

6.6 綜合布線系統(tǒng)

綜合布線系統(tǒng)是集控中心配套設(shè)施的信息網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品選型中重點(diǎn)關(guān)注布線產(chǎn)品的質(zhì)量、布線系統(tǒng)的模塊化、以及系統(tǒng)的安全性、可管理性和可維護(hù)性，同時(shí)本設(shè)計(jì)兼顧考慮機(jī)房及集控中心的應(yīng)用特點(diǎn)以及將來發(fā)展的需要。

根據(jù)本項(xiàng)目特點(diǎn)，綜合布線系統(tǒng)在服務(wù)器及通信設(shè)備室設(shè)置列頭柜，分別用于強(qiáng)、弱電系統(tǒng)。

本項(xiàng)目綜合布線系統(tǒng)包括LAN 數(shù)據(jù)網(wǎng)銅纜和光纜布線系統(tǒng)。其中銅纜采用CAT6 六類非屏蔽產(chǎn)品，光纜采用室內(nèi)多模萬兆系列產(chǎn)品。

6.7 動(dòng)力環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

為了能夠隨時(shí)了解集控中心供配電、消防、門禁等設(shè)備運(yùn)行情況和溫濕度等環(huán)境狀態(tài)，設(shè)置了一套機(jī)房環(huán)境動(dòng)力監(jiān)測系統(tǒng)，由集中監(jiān)測平臺和現(xiàn)場采集、執(zhí)行設(shè)備組成。檢測信息可以通過集中監(jiān)控平臺服務(wù)器上傳到集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

本系統(tǒng)部署在安全區(qū)II。

系統(tǒng)采用現(xiàn)場智能采集設(shè)備采集各類設(shè)備的重要信息并傳送給監(jiān)測主機(jī)，在監(jiān)測主機(jī)上能夠方便、實(shí)時(shí)查看到各智能設(shè)備的所有運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行狀態(tài)。

系統(tǒng)監(jiān)控對象主要包括：供配電子系統(tǒng)、UPS電源子系統(tǒng)、蓄電池監(jiān)測子系統(tǒng)和溫濕度子系統(tǒng)。

6.8 消防系統(tǒng)

6.8.1 設(shè)計(jì)原則

（1）考慮集控中心區(qū)內(nèi)發(fā)生各類火災(zāi)的防止和撲滅，立足于自救。

（2）根據(jù)“預(yù)防為主，防消結(jié)合”的方針，按照有關(guān)規(guī)程、規(guī)范及規(guī)定的要求，采取相應(yīng)的防火措施，設(shè)置必要的滅火系統(tǒng)。

6.8.2 消防疏散通道

集控中心所在二樓集控大廳有一部樓梯直通辦公大樓一樓出口，集控中心機(jī)房區(qū)設(shè)有左右貫通的通道，各生產(chǎn)功能房間能方便的到達(dá)樓梯，便于火災(zāi)時(shí)的人員疏散，各房間均按規(guī)范要求為外開門設(shè)置。火災(zāi)時(shí)人員從房間逃出后能及時(shí)方便的從一樓出口撤離。

6.8.3 消防設(shè)施

UPS 室、服務(wù)器及通信設(shè)備室設(shè)置有柜式自動(dòng)氣體滅火設(shè)備，在集控大廳、樓梯間等地設(shè)置一定數(shù)量滅火器。

6.8.4 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)

集控中心火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)單獨(dú)建立，僅監(jiān)控集控中心區(qū)域，各梯級電站火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)將火災(zāi)信號上送各梯級電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，由電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過通信設(shè)備送至集控中心；目前，集控中心的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對各個(gè)梯級電站的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)僅做簡單的監(jiān)視，不實(shí)施控制。

集控中心設(shè)置一套火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，集中報(bào)警控制器組柜安裝在集控大廳；在集控大廳、服務(wù)器及通信設(shè)備室、蓄電池室等地設(shè)置火災(zāi)探測器。探測器與集中報(bào)警控制器采用總線連接，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警并聯(lián)動(dòng)氣體滅火設(shè)備。各報(bào)警區(qū)域按規(guī)范要求及現(xiàn)場實(shí)際情況還設(shè)置了手動(dòng)報(bào)警按鈕、聲光報(bào)警器、控制模塊、監(jiān)視模塊等設(shè)備。

6.8.5 消防供電

集控中心火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)實(shí)施雙路電源供電，電源取自UPS 屏。

集控中心設(shè)有事故照明，事故照明由UPS 屏供電。

7 主要設(shè)備布置

南歐江梯級水電站集控中心位于南歐江電力運(yùn)維中心辦公樓內(nèi)，其中，集控大廳和工程師室位于辦公樓2 樓，布置有大屏幕及系統(tǒng)盤柜、火災(zāi)報(bào)警主機(jī)柜以及控制臺等；蓄電池室、UPS 室、服務(wù)器及通信設(shè)備室位于辦公樓1 樓，布置有蓄電池組、UPS 盤柜和通信電源柜、強(qiáng)弱電列頭柜、監(jiān)控系統(tǒng)盤柜、通信系統(tǒng)盤柜、水情系統(tǒng)盤柜、環(huán)境動(dòng)力監(jiān)測系統(tǒng)盤柜等，并預(yù)留了部分備用盤柜位置供未來電站接入使用。

圖4 集控大廳

8 結(jié)語

南歐江流域集控中心是老撾國家電網(wǎng)第一個(gè)投運(yùn)的流域梯級電站集控中心，通過先進(jìn)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)，對南歐江流域內(nèi)的梯級水電站進(jìn)行實(shí)時(shí)控制及調(diào)度管理。南歐江流域集控中心已于2019 年12 月投入運(yùn)行，上述各系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行良好，為實(shí)現(xiàn)南歐江流域7個(gè)電站的聯(lián)合經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，達(dá)到進(jìn)一步降低各梯級電站發(fā)電成本、提高水資源的利用效率及提高流域整體規(guī)模效益，打下了良好的基礎(chǔ)。南歐江流域集控中心的建設(shè)，盡顯南歐江流域梯級電站管理“窗口”效應(yīng)，得到中老各級領(lǐng)導(dǎo)贊譽(yù)，被老撾相關(guān)行業(yè)的技術(shù)人員譽(yù)為值得借鑒的工程范例。