泸定水电站计算机监控系统结构及特点

桂雪芹

（四川华电泸定水电有限责任公司，四川 泸定 626100）

泸定水电站计算机监控系统按照 “无人值班（少人值守）”的原则设计，能实现现地控制单元（LCU）、中控室、四川省电力调度中心的监视和控制。上位机采用北京中水科技水电科技开发有限公司开发的H9000水电厂计算机监控系统结构及配置；下位机LCU由国电南京自动化股份有限公司供货，以施耐德可编程控制器 （PLC）为基础构成。

1 监控系统网络结构

泸定水电站计算机监控系统采用全开放的分层分布式双星型网络结构，由网络上分布的各节点计算机单元组成。各节点计算机单元采用局域网（LAN）连接，与四川省调采用广域网 （WAN）连接。

计算机监控系统按IEEE802.3标准设计，网络传输协议为TCP/IP，采用千兆工业以太网交换机，该交换机以1 000 Mb/s的速率通过RJ45口与千兆交换式工业以太网上的各计算机节点连接，传输介质采用双绞线；另外，该交换机以100 Mb/s的速率通过光口或RJ45口与百兆交换式工业以太网上的各计算机节点连接，传输介质采用光纤。

局域网设备由2组千兆工业以太网交换机和网络连接设备组成。这2组交换机构成冗余配置，通过RJ45口以点对点的方式与2台系统服务器、2台调度远动通信工作站、2台操作员工作站、1台工程师/编程员工作站、1台培训工作站、1台厂内通信数据服务器、网络打印机及时钟同步装置相连；通过多模光口与7套现地控制单元 （1～7LCU）内的现地级冗余交换机相连，通过单模光口与闸首现地控制单元 （8LCU）内的现地级冗余交换机相连。

2 监控系统控制和调节方式

正常情况下，泸定水电站的控制、调节方式有3种：四川省调级调控方式，即四川省调发调控命令给电站计算机监控系统或直接控制各机组及500kV开关设备和进行AGC（自动发电控制系统）、AVC（自动电压控制系统）控制；站控级调控方式，即中控室操作员工作站按上级的调控指令自动执行控制和调节；现地LCU级调控方式，即各现地LCU按上级的调控指令自动或手动执行控制和调节。

泸定水电站计算机监控系统能满足上述多种调控方式的要求，为了保证控制和调节的正确性、可靠性，操作步骤按 “选择—确认—执行”进行，每一步都有严格的软件校核、检错和安全闭锁逻辑功能，硬件方面也有防误措施。无论在哪种调控方式下，电站计算机监控系统均将实时数据和运行参数等按各级要求上传至各级调控层。

调控权限采用现地优先的原则，优先级别从高到低依次为现地级、站控级、四川省调级。调控权限可通过各级的现地/远方切换开关或软功能键进行切换和闭锁，原则上，上一层可以要求下一层切换调控权，下一层应按上一层的要求切换调控权，只有当下一层的调控权切换到上一层，上一层才能进行控制和调节。

3 监控系统参数给定方式

（1）有功功率。由上级调度部门计算机根据AGC算法自动给出电站总负荷设定值；根据上级调度部门下达的负荷曲线给定电站总负荷；由运行人员根据上级调度要求手动给定电站总负荷。

（2）频率。由上级调度部门自动给出频率定值或限值；由运行人员根据上级调度要求手动给出频率定值或限值。

（3）无功功率。由上级调度部门计算机根据AVC算法自动给出电站总无功功率设定值；由上级调度部门下达的负荷曲线给定电站总无功功率；由运行人员根据上级调度要求手动给定电站总无功功率。

（4）电压。由上级调度部门计算机根据AVC算法自动给出电压定值或限值；由运行人员根据上级调度要求手动给定电压或限值。

4 计算机监控系统主要功能

4.1 数据采集和处理

数据采集包括：各LCU的各类实时数据，来自电网调度中心的数据，外接系统的数据信息，由运行人员向计算机监控系统手动登录的数据信息。

数据处理包括：①对采集的数据进行可用性检查，对不可用的数据给出不可用信息，并禁止系统使用；②对接收的数据进行报警处理检查，对采集的数据进行数据库刷新；③生成各类报警记录并发出音响、语音、电话和短信报警；④形成各类运行报表、历史数据记录、趋势曲线记录、分时计量电度记录和全厂功率总加记录；⑤机组水头、效率、加权平均效率等计算；⑥进行事件顺序记录、追忆及处理；⑦主、辅设备动作 （或启/停）次数和运行时间的统计。

4.2 安全运行监视

（1）对泸定水电站主要机电设备的运行状态和参数、操作进行实时监视，具有检修、运行状态的切换功能，当设备处于检修状态时，该设备所有的开出控制功能 （包括电量和有/无功的累计）均被闭锁。

（2）机组开/停机过程监视。在液晶显示器上显示机组开/停机过程的主要操作步骤，当发生过程阻滞时，能够显示阻滞原因，并将机组自动转入安全工况或停机。

（3）通讯通道监视。计算机监控系统监视通信通道 （包括交换机、路由器、光缆等），对冗余通道能自动或手动切换。

（4）操作员的监视手段多样化。如：液晶显示器显示数据、文字、图形、曲线和表格等，事故或故障的音响、语音、电话、短信报警，模拟屏显示、打印输出等。

4.3 自动发电控制 （AGC）

自动发电控制根据总的有功和频率设定值自动分配到各机组，充分考虑电站运行方式，具备有功联合控制、给定频率控制和优化运行等功能。其中，有功联合控制指按有功总给定值，在所有参与有功联合控制的机组间合理分配负荷；给定频率控制指按给定的 （母线）频率，对参与自动发电的机组进行有功功率的自动调整；优化运行指根据总的负荷和频率的要求，在遵循最少调节次数、最少自动开/停机次数的前提下，确定最佳运行机组的台数和组合，实现运行机组间的最佳负荷分配。在自动发电控制时，能够实现机组的自动开、停机功能。不具备自动发电控制条件的机组自动退出自动发电控制。自动发电控制允许运行人员通过人机接口投入或退出。

AGC能实现开环、半开环、闭环3种工作模式。其中，开环模式只给出运行指导，所有的给定值及开/停机命令不被机组接受和执行；半开环模式指负荷给定值和开/停机命令需运行人员确认后执行；闭环模式指所有的功能均自动完成。

AGC能对各机组有功功率的控制分别设置 “联控/单控”方式。 “联控”方式下，该机组参与AGC联合控制； “单控”方式下，该机组不参与AGC联合控制，但可接收操作员对该机组的其他控制。

AGC给定值方式有：给定总有功功率、给定日负荷曲线、给定频率、给定频率限值。

AGC约束条件包括：调度系统对发电的要求，水库、河流的特性及运行要求，电站当前接入系统的方式；机组空蚀区，机组振动区；机组最大负荷限制，机组开度限制，线路负荷限制，机组事故，机组当前状态 （健康状态、累计运行时间、连续停机时间、辅助设备状态），带厂用电机组优先运行；全厂旋转备用容量，负荷调整频度最少，自动开/停机频度最少，全厂耗水量最少。机组事故情况下，首先使用全厂旋转备用容量，同时根据情况决定是否采用冷备用机组容量。其中，机组空蚀区、机组振动区、机组最大负荷限制等是随水头变化的非线性函数。依据水头的变化 （水头的变幅是可设定的），振动区范围及个数等应可以自动/手动重新设定。

4.4 自动电压控制 （AVC）

AVC根据总的无功和电压设定值自动分配到各机组，能根据开关站500kV母线电压，对全厂无功进行实时调节，使系统电压维持在给定值运行，并使无功在运行机组间合理分配。能对各机组无功功率的控制分别设置 “联控/单控”方式。处于 “联控”方式时，该机组参与AVC联合控制；处于 “单控”方式时，该机组不参与AVC联合控制，但可接收操作员对该机组的其他控制。

AVC给定值方式有：给定母线电压限值、给定母线电压、给定无功设定值。

AVC约束条件包括：机端电压限制、机组进相深度限制、定子绕组发热限制、转子绕组发热限制、机组最大无功限制。

4.5 人机接口及操作要求

电站人机接口按照人性化理念设计，在确保安全的前提下，更加注重易学、易读、易操作性。

（1）人机接口的原则。对系统参数、数据的录入和任何改动都限制权限和设置口令，并有完整的操作记录，将每次操作的人员、步骤、时间、结果均记录在案，并存入历史数据库中。人机接口具有汉字显示和打印功能。画面调用分自动和召唤两种方式，自动方式用于事故、故障及过程监视等情况，召唤方式为运行人员随机调用。任何人机联系请求无效时，显示出错信息。任何操作进行到某一步不再继续完成该项操作的情况下，则可自动或人工删除操作信息。被控对象的选择和控制的连续过程只能在同一个操作员工作站上进行。运行人员可根据权限在控制台上方便地设置或修改运行方式和参数。

（2）画面显示。液晶显示器作为站控级主要人机接口设备，实时显示厂内主设备的运行状态、操作变化过程、事故和故障以及有关参数。事故画面具有自动推出和最高优先权 （采用多窗口技术）。

（3）语音报警及ON-CALL。当发生事故或故障时，立即发出语音报警并显示具体信息 （包括报警发生的时间、对象名称、报警性质等），显示颜色随报警信息类别而改变，若当前画面具有该报警对象，则该对象的标志 （或参数）闪光和改变颜色；可通过人机接口在线或离线禁止全部或某个LCU的中文语音报警功能。报警音响将事故和故障区分开，音响可自动或手动解除。对于任何确认的误报警，运行人员可手动退出该报警。

（4）记录及打印。各类操作记录，各类事故和故障记录，各类异常报警和状态变化记录，趋势记录 （图形及列表数据），事故追忆及相关量记录，报表记录，各种记录打印，画面及屏幕拷贝。

4.6 设备运行管理指导

运行指导是指将电厂的一些重要而又复杂的操作条件以及进行这些操作形成的专家经验输入计算机，当进行这些操作时，计算机根据当前的状态进行条件判断，提出操作指导意见。运行指导的内容主要包括：①机组开停机操作指导；②隔离刀闸操作连锁指导；③根据需要，提供编制运行和检修操作票的指导，操作票自动生成；④重要事故、故障原因及处理提示；⑤主要电气操作票功能；⑥其他运行管理需要的数据积累和记录等。

4.7 系统自诊断与自恢复

系统自诊断与自恢复功能是实现无人值班 （少人值守）的重要条件，系统是由多个设备构成，每个设备不仅能够进行内部自检，还可互检，形成系统检测报告。并将异常情况及时报警，通知运行或维护人员，以便及时进行处理，并对某些异常情况进行自动隔离与自恢复处理，保证系统的连续运行。

4.8 系统通信

计算机监控系统对通信通道、通信状态进行监视，并在操作员工作站上显示通信故障报警信息和通信状态等信息，对冗余通信通道能自动或手动切换。其通信内容为：通过局域网实现计算机监控系统内部各节点间的通信，与四川省调通过冗余通信通道进行通信。以电力调度数据专网为主通道，常规远动专用通道 （即点对点方式）为备用通道。主通道采用IEC60870-5-104协议，备用通道采用IEC60870-5-101协议。

5 结语

泸定水电站计算机监控系统目前还未完全实施，随着后续工程的完工，系统将逐步进行完善，就后续即将形成的系统提出以下几点建议：

（1）系统兼容方面。由于电站监控系统上位机、下位机供应商不同，整个监控系统上、下位机之间的兼容和配合面临一定的考验，两套设备的兼容问题在设计时已经进行了充分的论证，需要在后续安装实践过程中进行细致的实验并妥善留存实验数据。

（2）由于电站为引水式发电，厂房距离泄洪闸门、工作闸门现地控制屏距离最远距离长达2 km，“闸门提升”、 “闸门降落”、 “紧急落门”等重要信号从中控室发出，将通过较长的信号电缆送至闸门现地操作系统。该段信号电缆敷设路径经过318国道，在电缆敷设过程中，必须充分考虑到重车碾压、自然灾害等因素，高度设防，确保控制信号的正确收发。

（3）根据电力系统二次安全防护规定，发电厂网络将划分为控制区和非控制区。计算机监控系统位于控制区，与非控制区之间必须采取必要的安全隔离和防护，以确保系统的安全性和高可靠性。