蒲石河抽水蓄能电站计算机监控系统的设计与应用

郭 阳，杜丹晨，王少华，任 伟，李承龙，张 楠

（辽宁蒲石河抽水蓄能有限公司，辽宁 丹东 118216）

1 工程概况

蒲石河抽水蓄能电站位于辽宁省宽甸满族自治县境内，电站枢纽工程由上水库面板堆石坝、地下厂房及输水系统、下水库混凝土重力坝组成，总装机容量1 200 MW （4×300 MW），设计年发电利用小时数1 550 h，年抽水利用小时数2 008 h。电站主接线采用发变组单元接线，在发电电动机和主变压器之间接有换相开关和发电机断路器。发电机、电动机工况转换时的换相和机组并入系统的同期均在主变18 kV侧进行，每2组发变组单元在主变500 kV侧联合后采用二进一出三角形接线接至500 kV丹东北变电所。

蒲石河抽水蓄能电站计算机监控系统采用南瑞集团自行开发、具有完全自主知识产权的SSJ-3000计算机监控系统，其上位机采用南瑞集团的NC2000监控系统，下位机采用南瑞集团的MB80智能PLC。

2 系统结构与功能

蒲石河抽水蓄能电站计算机监控系统是双环网、分层分布式计算机监控系统，由现地控制层、电站控制层和调度控制层3部分组成，控制权限依次递减。电站控制层与现地控制单元 （LCU）之间采用100Mb/交换式冗余以太环网进行通讯，通讯协议为TCP/IP网络协议。现地控制单元之间通过冗余以太网络进行信息自动交换，这样在电站控制层退出运行后仍能实现机组抽水启动。现地控制单元与其他计算机控制子系统之间通过现场总线进行信息交换，对于无法采用现场总线进行通信的设备采用硬布线I/O进行连接，另外，对于重要的安全运行信息、控制命令和事故信号除采用现场总线通信外，还通过I/O点直接连接，以实现双路通道通信，确保通信安全[1]。蒲石河抽水蓄能电站计算机监控系统结构图见图1所示。

图1 蒲石河抽水蓄能电站计算机监控系统结构示意

2.1 现地控制层

现地控制层设有12套现地控制单元，包括4套机组LCU、1套机组公用LCU、1套厂内公用LCU、1套500 kV开关站LCU、1套下水库进出水口LCU、1套66 kV变电所LCU、1套上水库进出水口LCU、1套下库坝LCU和1套中控楼LCU。

机组现地控制单元采用南瑞集团的SJ-600现地单元监控装置，由冗余的可编程逻辑控制器、SOE输入模件、开入模件、模入模件，温度量输入模件、开出模件、模出模件，通讯管理模件和15TFT彩色液晶触摸屏构成。另外，机组现地控制单元还配置有自动准同期装置、手动准同期装置、温度数显仪、涵普变送器和手动紧急停机装置。其他现地控制单元的结构与机组现地控制单元类似。

现地控制层完成对相应被控对象的监视和控制，主要功能如下：

（1）数据采集和处理。采集机组、SFC、全厂公用的油/气/水系统、厂用电、550 kV GIS及出线、上下库等的电气量、非电气量和继电保护信息，作相应处理存入数据库，并根据需要上送电站控制层。

（2）安全运行监视。与电站控制层、监控对象的保护系统、微机保护装置等相结合，完成状变监视、越复限检查、过程监视和LCU异常监视。

（3）控制和调节。接受电站控制层命令，在没有电站控制层命令或脱离控制层的情况下，独立完成对所控设备的闭环控制，如开停机、工况转换，保证机组安全运行，同时相互协调工作，实现机组水泵工况起动。在机组LCU柜内另设一小型PLC作为机组事故停机的后备手段，该PLC的紧急停机信号为独立的机组过速、事故低油压、LCU死机和紧急停机按钮等信号，小型PLC紧急停机的主要操作过程与LCU相同，由专用交直流复合电源模块供电。

（4）事件检测和发送。自动检测本单元所属的设备、继电保护和自动装置的动作情况，发生事件时，依次检测事件的性质，并上送电站控制层。

（5）数据通信。通过以太网实现与控制层及其他LCU之间通信。接收电站的同步时钟信号，以保持与电站控制层时钟同步。通过现场总线实现与电厂其他相关设备通信，另外，对于安全运行的重要信息、控制命令和事故信号除采用现场总线通信外，还通过硬布线I/O直接接入LCU，实现双路通道通信，以保证安全。

（6）自诊断功能。在线或离线自诊断硬件故障并定位到模块；自动判断出软件的故障性质及部位，并提供相应的软件诊断工具；在线诊断出故障，能自动闭锁控制出口或切换到备用系统，并将故障信息上送至电站控制层显示、打印和报警。

（7）输出保护。通过采用南瑞公司的DOP-1输出保护技术和PLC控制程序的软闭锁功能，双重保护闭锁，防止开出模件或继电器误输出，保证了输出的正确性，提高了现地控制单元的可靠性。

2.2 电站控制层

电站控制层由2套冗余数据服务器、3套操作员工作站、2套调度通信工作站、1套工程师/培训工作站、1套On-call/打印服务器、1套厂内通信工作站、1套冗余GPS时钟同步装置及外围设备等组成。

2套数据服务器采用SUN公司Sun Fire V445服务器，安装Solaris操作系统，互为热备用。主用数据服务器实时采集、监视LCU1-LCU12的PLC数据，经分析、运算后发送给控制层的各个工作站，同时接收操作员指令并发送至相应LCU；备用数据服务器处于热备状态，实时接收主用服务器的数据，并实时判断主用服务器状态，当主用服务器故障时，自动切换为备用数据服务器，实时采集、监控LCU1-LCU12的PLC数据，经分析、运算后发送给控制层的各个工作站，同时接收操作员指令并发送至相应LCU。这种设计不仅保证了电站控制层的安全、稳定运行，还方便了日常维护和检修工作。2套数据服务器同时兼有数据库配置和历史数据存储功能，为日常运行和故障分析提供相应数据源。操作员工作站采用SUN公司Sun Ultra45 Workatation工作站，安装Solaris操作系统，1套操作员工作站安装于地下厂房监控室，另外2套操作员工作站安装于洞口中控楼。这3套操作员工作站控制权限相同，既能够实现对4台机组的各个流程的监控，也能够实现对全厂各个设备的监控。工程师/培训工作站采用SUN公司Sun Ultra45 Workatation工作站，安装Solaris操作系统，用于系统软件维护，不仅可以修改定值和顺控流程，还可以修改监控画面和报表，同时兼有培训功能。On-call/打印服务器采用HP公司的XW4600 Workstation工作站，安装Windows操作系统，用于语音报警、On-call报警和打印服务管理。厂内通信工作站采用HP公司的XW4600 Workstation工作站，安装Linux操作系统，用于电站控制层与外部设备通讯；同时接收GPS时钟信号，并发送给控制层的各个工作站。GPS时钟同步装置采用英奥公司的SZ型时钟同步装置，由2台SZ型时钟同步装置组成，互为热备用。1台时钟同步装置安装于地面开关站，另外1台时钟同步装置安装于洞口中控楼。这种分散布置设计，充分保证了GPS时钟同步装置的安全、稳定运行。网络设备采用Hirschmann公司生产的Mach4002系列工业以太网交换机和MS20系列工业以太网交换机。

Analysis of Spatial Agglomeration Degree of Tourism Industry based on Location Entropy——A Case Study of Xinjiang________________________________JIANG Tong,LI Xiaodong,XIE Xia 13

电站控制层完成对电站所有被控对象的监视和控制，主要功能如下：

（1）数据采集与处理。实时采集来自电站控制层的所有主要运行设备的模拟量、开关量、脉冲量等信息和电站其他系统的数据信息以及来自调度控制层的控制命令和交换数据，对其进行实时分析和处理，用于历史数据记录、显示画面的更新、控制调节、操作指导、事故记录及分析，并进行越限报警、SOE量记录和重要参数的运行变化趋势分析等。

（2）实时控制与调节。完成机组的工况转换、负荷调节、开关的合/分控制和自动发电控制AGC和自动电压控制AVC。

（3）参数设定。根据电站运行需要，运行人员可通过人机对话方式对AGC、AVC等参与调节的参数进行设定。

（4）监视、记录和报表。监视设备运行情况和工况转换过程，发生过程阻滞时能够给出原因，并可由操作人员改变运行工况，直至停机；越复限、故障、事故的显示，报警并自动显示有关参数，同时推出相关画面；监控系统的软、硬件故障报警。记录全厂监控对象的操作事件、报警事件，各种统计报表，重要监视量的运行变化趋势，SOE量，事故追忆和设备的运行记录等，并能以中文格式显示并打印。

（5）运行参数计算。包括运行工况计算，AGC、AVC计算等。

（6）通信功能。通过双以太环网与各LCU通信；通过现场总线方式与电站其他系统通信；通过On-call系统，根据报警种类和等级来启动不同的短消息报警发送到相关人员的手机，通知有关人员处理故障。

（7）系统诊断。离线或在线进行软、硬件和通信故障诊断，在线诊断时不影响对电站的监控功能。

（9）系统扩充。系统具有很强的开放功能，通过简单连接便可实现系统扩充，且保留有扩充现地控制单元、外围设备等的接口。

（10）培训仿真。在工程师/培训工作站上可对运行人员进行操作、维护及事故处理等培训，并不影响电站的监控功能。

2.3 调度控制层

调度控制层由2套调度通信工作站及外围设备等组成。调度通信工作站采用南瑞公司SJ30-645无盘工作站，安装Linux操作系统，用于与调度系统通讯。监控软件与电站控制层的工作站一样，与电站控制层的数据服务器进行数据交换，共同配合实现电站的自动发电控制AGC和自动电压控制AVC，保证电站经济运行最优化。

调度控制层通过2路IEC870-5-104规约与东北电网调度中心的能量管理系统 （EMS）交换信息，EMS通过调度控制层接收电站控制层上送的遥测量和遥调量，并下到电站控制层，实现对电站的监视和控制，从而实现与东北网调的遥测、遥信、遥控、遥调 “四遥”功能。调度控制层控制权限最低，与电站控制层控制权限互相闭锁。同时，调度控制层通过4路IEC870-5-104规约与辽宁省电网调度中心的主调EMS系统和备调EMS系统交换信息，省调通过调度控制层接收电站控制层发送的遥测量和遥调量，从而实现对电站的远程监视。

3 系统特点[1-4]

（1）控制系统和控制策略完全适应我国电网的运行，运行方式既考虑机组的安全，又充分考虑电网安全的需要。

（2）采用全分布开放系统结构。主机、操作员工作站、工程师/培训工作站等使用符合IEEE和ISO开放系统国际标准的Unix/Linux/Windows操作系统。按照开放的接口、服务和支持格式规范而实现的系统，使应用系统能以最少修改，实现在不同系统中的移植，并能同本地或远程系统中的应用实现互操作。人机界面友好，全中文组态、显示，操作使用符合中国人习惯。

（3）系统采用分布式体系结构。系统以双以太环网为核心，实现各服务器、工作站功能分担，数据分散处理，既有效地减少了主服务器的负载，又降低了各个工作站故障对整个系统的影响，从而使整个系统的配置更加合理、可靠。

（4）各服务器/工作站在系统中处于平等地位，系统以后扩充时不会引起原系统大的变化，并为整个系统不断完善创造条件。

（5）系统主网络采用100 Mb/s交换式冗余双光纤以太环网，既保证了较高的通信速率，又保证了很高的可靠性，系统上任一节点故障或任一段光缆中断均不影响系统其他部分的正常运行。

（6）与东北网调和辽宁省调的通信采用了无风扇、无硬盘、双电源、多CPU的南瑞公司的SJ30-645无盘工作站，大大提高通信的可靠性和安全性。

（7）使用了功能强大、应用广泛的行业软件标准，系统升级方便灵活，兼容性强。MB80型PLC提供四路100 M/1 000 M以太网口，支持标准TCP/IP Modbus协议。可以与现场支持TCP/IP Modbus协议智能化设备实现直接通讯，无需增加中间规约转换装置。CPM618通讯模件，通过内部现场总线与PLC通讯，每个CPM618通讯模件提供8路串口通讯接口，并可扩展，通过软件组态可实现其他通讯规约的支持，如：Modbus、IEC870-5-101、IEC870-5-103等。

（8）重要设备热备冗余化。使用了高性能、高质量的设备，降低了设备故障率，同时系统中的重要设备采用热备冗余配置，如电站控制层的服务器、现地控制层的PLC以及双以太环网等，有效降低了重要设备故障时的影响，提高了电站的安全稳定性。

（9）测控单元智能化。MB80型PLC的I/O模件设计全部智能化，因此使I/O模件具有更强的处理能力；同时，MB80型PLC开发了可视化顺控流程图语言，使顺序控制过程的实现简单、调试直观；并增加了SOE功能块、脉冲型开出等独具特色的功能块，使用方便，维护容易。

（10）LCU采用了南瑞公司的DOP-1输出保护技术和PLC控制程序的软闭锁功能，双重保护闭锁，防止开出模件或继电器误输出，保证了输出的正确性，提高了现地控制单元的可靠性。

4 结语

蒲石河抽水蓄能电站计算机监控系统从2008年2月开始招标采购、合同签订、订货、安装调试到2012年1月首台机组投入正式运行。该系统自投入运行以来，运行稳定可靠，完成了各种运行工况的任务要求，能适应大型抽水蓄能机组启停频繁、工况复杂的特点，功能达到设计要求，满足电站的监控要求，说明在大、中型抽水蓄能电站采用国产计算机监控系统是完全可行的。

［1］ 周庆忠，汪军，王善永，等.国产化大型抽水蓄能电站计算机监控系统.电力系统自动化［J］.2007， 31（17）:87-89.

［2］ 汪军，方辉钦，钟敦美，等.抽水蓄能电站计算机监控系统特殊性与设计要求.电力系统自动化［J］.2000， 24（22）:49-51.

［3］ 汪军，方辉钦，张红芳，等.抽水蓄能电站控制与保护设备的国产化.水电自动化与大坝监测［J］.2004， 28（3）:l-3.

［4］ 龚世龙，方辉钦.试析抽水蓄能电站计算机监控系统国产化的可行性.水电自动化与大坝监测［J］.2003， 27（3）:1-6.