小型梯级水电站综合网络监控系统的设计

2010-11-15翁献进许建峰

浙江电力 2010年10期

关键词：梯级电站调度

翁献进，许建峰，李强

（浙江浙能温州发电有限公司，浙江温州 325602）

新疆古尔图河梯级水电站位于天山北麓古尔图河畔，规划开发的水电站共分7个梯级，总装机容量约9.25万kW。本期工程建设的电站有3、6、7级站，7级站位于梯级电站的下游，6级站距7级站约6 km，3级站距7级站约15 km。

为了提高梯级水电站系统监控和运行管理自动化水平，确保电站安全可靠运行，提高电站经济效益，除各级电站内部的综合自动化系统外，还设计了一套综合网络监控系统。以下对梯级水电站的综合网络监控系统的设计加以介绍。

1 综合网络监控系统

综合网络监控系统总体规划如图1所示。图中以6级站为例，3级站的设计原理与6级站基本一致，而7级站作为本监控系统的控制中心，其设计较为简单。6级站的综合网络设计总体规划为3个信号监测点，第一个监测点是6级引水渠，该处信号需经过光信号传输，信号类型包含3路RS485信号、2路视频信号以及1路电话音频信号；第二个监测点是6级站的前池，包含3路视频信号、2路RS485信号以及1路电话音频信号；第三个监测点是6级站中控室，中控室内包含站内5路电话音频信号、综合自动化系统送至梯级调度中心的数据信号。

综合网络监控系统是具有电站视频监控、电话音频传输、数据传输的一体化综合系统，主要实现了以下功能：

（1）各级电站中控室对各自站点的监视点进行视频监控。

（2）各级电站与梯级调度中心之间的电话音频传输。

（3）梯级调度中心的数据监视工作站对各级电站的参数监视。

（4）梯级调度中心对各站主要监视点的视频监控。

（5）梯级调度中心数据向电网调度中心的数据传输。

2 综合网络监控系统的设计方案

2.1 电话音频网络系统

音频网络系统基于光端机传输。以6级电站为例，程控交换机的7路音频信号接入光端机的音频接口，经光缆传输到6级中控室，其中5路供中控室使用，1路直接接至6级站前池，另外1路经光端机传输至引水渠。3级站电话音频信号传输方式与6级站相同，而7级站的音频传输直接使用电话线。

2.2 视频网络系统

3、6级站各设有6个视频监视点（引水渠2点，前池3点，中控室1点），图1中以6级站为例。引水渠处有2路摄像机视频信号，一路为节制闸和引水闸共用的云台摄像机，监视主渠道上的节制闸与引水渠上的引水闸，另一台定焦摄像机用于监视引水渠入口处的水位标尺，这2路信号因距离较远，通过1对光端机连接至数字硬盘录像机DVR；前池3点视频信号（分别监视拦污栅、排冰闸、冲沙闸）与中控室1点视频信号直接接至DVR。所有视频信号均由DVR经网络交换机，由光端机上传至电站MIS网，并通过MIS网传送至位于7级站的视频工作站。

7级站设计有3个视频监视点，为前池拦污栅、排冰闸、冲沙闸，视频信号直接接至DVR。

2.3 监控数据传输系统

监控数据传输系统主要是为梯级电站调度系统传输数据，综合网络监控系统也传输距离较远的各级电站需送至综自系统的部分监控信号。

梯级电站调度系统包含电网调度中心、梯级电站调度中心、各级电站分控中心3级控制。3、6级站的数据由各自综自系统的通信工作站经RS232由光端机传输至梯级电站调度中心的数据前置机（服务器），7级站的数据由综自系统的通信工作站经RS232直接传输至梯级调度中心的数据前置机，实现梯级调度中心对各级站数据的采集与监视，并实现对电网调度系统的数据上传，同时梯级电站调度中心通过网络交换机与MIS系统实现互联，从而实现厂级信息的监控。

图1 综合网络监控系统总体规划

部分监控信号的传输以6级站为例。6级站的引水渠附近安装了主渠道上的节制闸以及引水渠上的引水闸，综自系统需对这2个闸门进行监控；另外，引水渠的流量信号也需送至公用就地控制单元LCU并在后台显示。因6级引水渠与中控室相距较远，普通RS485信号传输距离不足，这些监控信号将经过光端机的RS485口转换成光信号后传输至公用LCU。

3 综合网络监控系统的实现

古尔图河水电站综合网络监控系统包括梯级电站调度自动化、视频监控和电话语音3个子系统，通过统一设计和实施，实现了数据、视频和电话音频的通信网络一体化。同时，逻辑通道的分离保障了子系统的相对独立和完整，避免系统之间的干扰，降低了系统实施的复杂性和运行维护的难度。

梯级电站调度自动子系统是综合网络监控系统的核心，实现了SCADA、PAS的一体化设计。系统分为厂站端和梯级调度中心端，采用模块化的层次结构设计，从支撑平台到应用功能的各个组成部分全部按模块化结构设计，可基于TCP/IP网络进行扩展。整套系统设计了双16路通道通信，具有全双工（同步双向数据传输功能）、多规约通信功能，每路通道支持各种类型的通信规约（如CDT方式、POLLING方式等），同时可分别对每路通道设置通信速率。实现了梯级电站机组运行的集中监控和生产调度，通过对系统模块的扩展，远期可实现各电站机组运行远方操作。

视频监控子系统运用计算机技术、图像获取与处理技术、网络与安全技术，实时直观地获取和记录各级电站重点部位的视频图像信息。视频监控系统的前端信号接入本地网络视频服务器，通过TCP/IP网络组成统一的视频监控子系统。系统以电子地图为平台，采用图形界面，形象直观。整套系统支持监控区域的分组和分级别的权限控制，提供完善的图像录像、检索和回放功能。系统提供本地和远端两种客户端接入方式，可实现灵活的监控管理。

电话音频管理子系统所使用的数字电话交换机采用了模块化的结构设计，同时采用了无阻塞数字式交换网络，提供了丰富的程控交换功能，支持多种中继和信令接口，易于安装、扩容、管理和维护。系统具有强大的Web网管功能，可通过IE浏览器登录在线录音系统及语音信箱进行系统维护与管理。通过模块的扩展，系统还可以支持标准的IP电话。

为了提高综合网络监控系统的可靠性，还设有网络设备监控子系统对全网光端机设备进行实时监控。该监控子系统实现了对光端机设备运行参数、各子系统通道状态、设备异常告警和通道异常告警等的监控，提高了基础网络的运行维护水平，保障了系统的整体安全。

4 综合网络监控系统主要设备的选配

由于水电站所处环境较为恶劣，风沙大、极限温度低，且各站地域分布广，因此设计时必须从客观条件和经济上充分考虑系统设备的选择与配置。

4.1 视频监控系统前端设备

视频监控系统前端设备负责完成图像的采集、编码、传输以及云台控制等工作，担负着视频监控系统的数据采集和控制命令的执行，是系统重要的组成部分。系统选用一体化彩色转黑白摄像机、红外一体摄像机、高清晰度彩色摄像机等。各种类型的摄像机根据现场的实际需要进行合理布置。

在视频监控系统设备中，一体化彩色转黑白摄像机采用了高变倍光学变焦的日夜转换型摄像机，配备红外滤光器自动开关。当光源照度在3 lx以下时，彩色图像自动转成黑白影像，使图像监控效果更清晰，而当光源照度回复到5 lx时，图像又可以由黑白转成彩色，彩色最低照度可达到0.1 lx，黑白时可达到0.01 lx。数字图像以MPEG4或H.264制式压缩。

4.2 通信传输设备

监控系统除了使用同轴电缆、双绞线等常用信号传输介质外，由于各级电站之间距离较远，还采用了光纤传输系统。7级站至3级站采用1条24芯的单模光缆，用于3级站、6级站与7级站之间的信号传输，同时考虑了后续工程4、5级站需使用的光纤用量，并预留10芯左右的光纤备用量。

为了节省投资，综合网络监控系统在光纤传输设备中采用了一种复合型光端机。其物理接口包括1路以太网接口、多路RS232/RS485接口、多路电话音频接口。以太网信号、电话音频信号以及串口数据信号可由光端机通过光纤进行无失真、远距离的传输，各个接口之间互不影响，其中电话音频接口与RS232/RS485接口的数量可根据现场需要灵活配置，可有效减少投资。这种复合型光端机工作在物理层，对各种信号流采取时分复用后进行光电转换通过光纤传输，并在另一端进行反向操作，实现了信号的透明传输，避免了协议和通信规约的转换。