小溶江水利枢纽综合自动化系统简介

韦世达

（广西水利电力勘测设计研究院，南宁 530023）

小溶江水利枢纽综合自动化系统简介

韦世达

（广西水利电力勘测设计研究院，南宁 530023）

小溶江水利枢纽综合自动化系统按照“无人值班”（少人值守）的原则进行设计，以枢纽调度运行管理系统为核心，具有远方和现地监控功能，系统由远方控制级、主控制级和现地控制级构成，采用基于交换式快速以太网的开放全分布式结构。计算机监控系统能完成对枢纽水电站和大坝泄水闸门设备的集中监视和自动控制。各系统通过枢纽通信处理站进行通信，实现信息共享。

综合自动化系统；自动控制；监控系统；小溶江水利枢纽

1 工程概述

小溶江水利枢纽位于漓江上游，是以防洪、补水为主，结合发电等综合利用的水利工程。枢纽水电站总装机容量为16.6 MW，装机利用小时数为3 672 h，年平均发电量60.96 GW·h。

水电站发电机电压侧6.3 kV采用2组一机一变的发电机—变压器单元接线，2台双圈变升高电压，35 kV侧采用单母线接线，以1回35 kV线路出线。主变压器布置在副厂房上游墙外，发电机组、升压配电装置、厂用电和监控保护系统均布置在水电站厂房内。

2 枢纽综合自动化系统

小溶江水利枢纽由设在前方营地的小溶江远方枢纽管理处进行调度管理。根据小溶江水利枢纽在桂林市防洪及漓江补水工程中的地位及作用，枢纽按照“无人值班”（少人值守）的原则进行设计，综合自动化系统以枢纽调度运行管理系统为核心，具有远方和现地监控功能。枢纽综合自动化系统由电站计算机监控系统、大坝闸门监控系统、视频监视系统等构成，各系统通过枢纽通信处理站进行通信，采用光纤通信，实现系统之间的信息共享。电站计算机监控系统和大坝闸门监控系统均能在监控系统上位机对进水口快速闸门进行直接启/闭控制，但大坝闸门监控系统操作优先级低于电站计算机监控系统。

2.1 电站计算机监控系统

2.1.1 系统构成

（1）电站计算机监控系统采用分布式（DCS）结构，系统由远方控制级、主控制级和现地控制级组成分布系统，远方控制级、主控制级和现地控制级之间采用交换式100 Mbps光纤以太网通信，各节点通过光纤连接到LAN上。局域网按IEEE802.3设计，采用TCP/IP网络协议；

（2）电站计算机监控系统远方控制级设置1套主机操作员工作站、1套局域网网络设备、1套UPS电源在小溶江远方枢纽管理处。主控制级设置2套主机操作员工作站、1套工程师站、1套通信处理站、1套GPS时钟装置、1台打印机、1套局域网网络设备等，为确保单个设备故障时，系统的主要功能不致丧失，操作员工作站冗余配置；

（3）电站计算机监控系统现地控制级按对象分布，包括2套机组现地控制单元（LCU1～LCU2）、1套升压站/公用LCU（LCU3）及进水口快速闸门LCU。

2.1.2 系统功能

电站计算机监控系统能迅速、准确、有效地完成整个电站的主要机电设备监视及控制，实现数据采集和处理，实时控制和调节，安全运行监视，电站经济运行，屏幕显示，数据通信，键盘操作，电站主要机电设备运行维护管理，系统诊断等功能，并具有遥测、遥信、遥控、遥调等功能。

（1）主机操作员工作站。负责协调远方控制级、主控制级和现地控制单元的工作、收集有关信息并作相应处理和存储，自动周期性地从机组、升压站/公用LCU采集实时数据，并进行计算处理、更新实时数据库、运行数据存盘、历史数据保存；能进行机组开、停机，断路器分、合闸控制及进水口、进水口快速闸门的启闭控制，并能进行机组有功、无功调节；安全运行监视包括状态监视、越限检查、过程监视、趋势分析和监控系统异常监视；工作站TFT上能实时显示电站主要机电设备及进水口快速闸门的运行状态，主要设备的操作动态过程、事故和报警以及有关参数，并在主要设备出现故障征兆或发生事故时，提出事故处理和恢复正常运行的指导性意见；同时具有监控系统时钟同步，监控系统自诊断，通信功能，打印记录、电站历史资料管理等功能；

（2）工程师站。完成系统维护功能：软件开发和修改，数据库装载和维护，报警和整定限值修改等。通过工程师站，可实现离线培训功能；

（3）通信处理站。通信处理站是电站计算机监控系统与其他系统的输人/输出接口，负责与桂林市电网地调的调度自动化系统、小溶江远方枢纽管理处及枢纽内部其他计算机系统之间的通信，并完成On-Call功能；

（4）机组LCU。机组LCU作为分布式系统的一个节点，负责机组及其附属设备的自动监视与控制。具备数据采集和处理，控制、操作和调节，机组事故跳闸、故障报警，手动紧急停机，水力机械保护，同期，通信，人机联系，时钟同步，自检及自诊断等功能；

（5）升压站/公用LCU。升压站/公用LCU作为分布式系统的一个节点，负责升压站主变压器、厂用变压器、35 kV线路、400 V备自投、断路器等主要电气设备的自动监视和控制，同时负责电站直流电源系统、坝内渗漏排水泵、检修排水泵、低压空压机、固定锥形阀等辅助设备的自动监视和控制。具有运行监视，控制、操作和调节，同期，通信，电压采集，人机联系，时钟同步，自检及自诊断等功能；

（6）进水口快速闸门LCU。负责进水口快速工作闸门启闭全过程的控制以及工作液压泵与备用泵的切换、监视和控制，具有运行监视，操作、控制及调节，通信功能，人机联系，自检及自诊断等功能。

2.1.3 系统硬件设备

（1）远方控制级设备。①远方主机操作员工作站。采用高性能、多任务、多用户型的工业控制计算机。主机工作站主要硬件配置：CPU Intel Xeon系列3.16 GHz×2（双四核），内存4GB，SAS接口硬盘1TB，1台22英寸TFT彩色液晶显示器；②网络设备。包括1套100 Mbps网络交换机；③UPS电源。UPS电源内使用阀控式铅酸免维护蓄电池，容量5 kVA/2 h；

（2）主控制级设备。①主机操作员工作站及工程师站。采用高性能、多任务、多用户型的工业控制计算机。主机工作站主要硬件配置：CPU Intel Xeon系列3.16 GHz×2（双四核），内存4 GB，SAS接口硬盘1TB，2台22英寸TFT彩色液晶显示器；②通信处理站。主要硬件配置：CPU Intel Xeon 2.83 GHz（四核），内存4GB，SAS接口硬盘1TB，1台14英寸TFT彩色液晶触摸显示器；③GPS时钟装置。配置1套高精度系统主时钟，准确度优于0.5μs；④网络设备。包括1套100 Mbps网络交换机；

（3）现地控制级设备。①机组LCU及升压站/公用LCU。每套机组LCU配置包括1台可编程序控制器（PLC），I/O模块为192点开关量输入，24点模拟量输入，16点RTD温度量输入，64点开关量输出，4点模拟量输出；升压站/公用LCU配置包括1台可编程序控制器（PLC），I/O模块为192点开关量输入，16点模拟量输入，8点RTD温度量输入，64点开关量输出。PLC均采用施耐德公司的M580系列，控制器中的CPU通过安装在系统机架上的以太网模块来与各分站进行数据通讯及交换；②进水口快速闸门LCU。配置包括1台GE公司的PACSystems RX3i可编程序控制器（PLC），I/O模块为64点开关量输入，8点模拟量输入，32点开关量输出。

2.2 大坝闸门监控系统

2.2.1 系统构成

（1）大坝闸门监控系统采用分布式（DCS）结构，系统由主控制级和现地控制级组成分布系统，主控制级和现地控制级采用交换式100 Mbps光纤以太网通信，各节点通过光纤连接到LAN上。局域网按IEEE802.3设计，采用TCP/IP网络协议；

（2）大坝闸门监控系统主控制级设置2套主机操作员工作站、1套UPS电源、1台打印机、1套局域网网络设备等，为确保单个设备故障时，系统的主要功能不致丧失，操作员工作站双重冗余配置。现地控制级按对象分布，包括3套溢流坝闸门现地控制单元（LCU）。

2.2.2 系统功能

大坝闸门监控系统能完成各闸门工况参数的自动采集、按防汛调度要求编制具体泄洪方案，并对各泄水闸门进行远方集中监视和控制。

（1）主机操作员工作站。负责协调主控制级和现地控制单元的工作、收集有关信息并作相应处理和存储，自动周期性地从各闸门LCU采集实时数据，并进行计算处理、更新实时数据库、运行数据存盘、历史数据保存；能完成对溢流坝、进水口快速闸门的启/闭控制；进行安全运行监视包括状态监视、越限检查、过程监视、趋势分析和监控系统异常监视；工作站TFT上能实时显示溢流坝闸门的运行状态，主要设备的操作动态过程、事故和报警以及有关参数，并在主要设备出现故障征兆或发生事故时，提出事故处理和恢复正常运行的指导性意见；同时具有监控系统时钟同步，监控系统自诊断，通信功能、打印记录等功能；

（2）溢流坝闸门LCU。负责溢流坝工作闸门启闭全过程的控制以及工作液压泵与备用泵的切换、监视和控制。闸门LCU具有运行监视，操作、控制及调节，通信功能，人机联系，自检及自诊断等功能。

2.2.3 系统硬件设备

（1）主控制级设备。①主机操作员工作站。采用高性能、多任务、多用户型的工业控制计算机。主机工作站主要硬件配置：CPU Intel Xeon系列3.16 GHz×2（双四核），内存4GB，SAS接口硬盘1TB，2台22英寸TFT彩色液晶显示器；②UPS电源。UPS电源内使用阀控式铅酸免维护蓄电池，容量3 kVA/2 h；③网络设备。包括1套100 Mbps网络交换机；

（2）现地控制级设备溢流坝闸门LCU。每套闸门LCU配置包括1台GE公司的PACSystems RX3i可编程序控制器（PLC），I/O模块为64点开关量输入，8点模拟量输入，32点开关量输出。

2.3 视频监视系统

根据枢纽防洪、补水、发电的运行管理需要，设置1套视频监视系统，采用完全基于计算机技术的网络多媒体监视系统，由3套视频工作站、34套前端设备、2套NVR、1台投影机、2套网络交换机、1面视频网络供电箱等组成。

视频监视系统能完成枢纽大坝及厂房等重要工程部位和场所的目标全方位连续监视、警示联动、远方集中监控、图像网络传输等功能。摄像机的视频信号以点对点方式实时传输到NVR，由NVR进行视频切换、采集和编码，由视频监视主机进行远程网络传输。视频监视系统具有良好的扩展能力，不但可随时增加前端设备，而且根据需要还能增加分控站，以满足枢纽其他部门图像远程监视的要求。

2.4 系统电源

为保证电站控制电源的可靠性，设置1套直流系统，额定电压为DC220 V，直流系统接线方式为单母线分段接线，配置2组阀控式密封铅酸蓄电池组，单组容量为150 Ah，设有合闸和控制回路，分别给控制保护设备、断路器操作机构和事故照明负荷提供电源，还提供综合自动化系统用的逆变AC220 V电源。

3 结语

小溶江水利枢纽综合自动化系统设计利用先进的计算机和通信技术将传统水电站自动化系统中的监控、保护、调速、励磁、视频等系统全部或部分整合在一起，减少了维护工作量，使其成本更低，配置更加简单，网络更加清晰。提高了整个枢纽的运行管理水平，为枢纽的长期安全可靠、稳定运行提供了有力保证，是水利枢纽现代化管理的发展方向。

（责任编辑：刘征湛）

Comprehensive automation system of Xiaorongjiang Hydraulic Complex

WEI Shi-da

（Guangxi Water and Power Design Institute,Nanning 530023,China）

The comprehensive automation system of Xiaorongjiang Hydraulic Complex is designed according to the principle of unattended operating mode.With the complex dispatching and operating management system as core,the system has the functions of remote and local supervision and control；consists of remote control level，master control level and local control level;adopts a open fully distributed architecture based on switched fast Ethernet.The computer supervision and control system permits centralized monitoring and automatic control of equipment in power station and gates of main dam.Communication processing station connects various systems and permits infor⁃mation sharing.

Comprehensive automation system;automatic control;supervision and control system;Xiaorongjiang Hydraulic Complex

TV736

B

1003-1510（2016）01-0037-04

2015-12-07

韦世达（1987-），男（壮族），广西隆林人，广西水利电力勘测设计研究院助理工程师，学士，主要从事电气工程设计工作。