长龙山抽水蓄能电站监控系统安全性设计

赵勇飞，卢小芳，瞿文鹏，张 茜，王 鹏，陈康贝，杨全付

（北京中水科水电科技开发有限公司，北京 100038）

1 概述

长龙山抽水蓄能电站位于浙江安吉县，安装有6台单机容量350 MW的可逆式机组，电站平均年发电量24.35亿kW·h，平均年抽水耗电量32.47亿kW·h。电站建成投产后，将进一步优化华东地区电源结构、改善华东电网运行条件。电站由监控系统进行全面监视与控制。

2 系统结构

电站监控系统厂站层设备包括相关服务器、工作站、网络、安防、卫星时钟设备等，现地控制层设置有6套机组、公用设备、主变洞、500 kV开关站、中控楼、上库现地控制单元。

厂站层及各现地控制单元形成冗余光纤双环网结构，现地网络采用现场总线技术，其中重要信息、相关命令和异常信号等同时采用现场总线通信和硬布线I/O连接两种方式接入，以保障系统可靠性。

3 监控系统安全性设计

抽水蓄能机组监控对象和工况较常规电站更多、转换流程更为复杂、机组间以及机组与公用、上下库等设备信息交互需求量大、启停频繁。监控系统作为电站监视和控制中枢，需适应相关特点及要求，基于安全的理念进行各项功能的设计，提升系统的可靠性和安全性。

3.1 流程安全设计

抽水蓄能机组控制流程采用模块化设计，满足各种生产场景下各控制对象的控制需求，异常响应模式，运行过程中的配合需求等，充分考虑灵活性、独立性、可扩性以及安全可靠性。

（1）控制流程中各工况转换均设置若干执行步，每一执行步中可根据控制需求，执行多个设备的操作，并监视操作反馈情况。

（2）工况转换设置跨步条件，跨步条件为进行下一步执行的前置条件，由相关反馈信号组合而成。在上一步相关操作正确执行完毕后，跨步条件满足方执行下一步。

（3）控制流程设置时间监视和安全监视，在发生过程阻滞时，在显示阻滞原因的同时，自动将机组及有关设备转换到安全状态。同时通过各步实际执行时间统计，分析设备运行和异常情况，优化机组运行状态。

（4）机组工况转换流程设置单步执行功能，单步执行时不设置流程步执行超时跳闸功能；当流程跨步条件满足时，人工确认单步执行下一步操作。流程单步执行和自动执行模式可随时切换，且不能影响流程的正常执行。

（5）控制流程设置统一的跳闸流程，机组工况转换异常或稳态跳机时均执行该跳闸流程。

3.2 控制安全设计

在安全控制方面提供容错和控制冗余功能，且重要设备冗余配置。现地安全控制闭锁措施采用了状态检查、重要信号表决、RTD梯度及断线判断的安全控制技术。在输出信号方面采用了上位机软件闭锁+LCU软件闭锁+双通道DO冗余措施的三重防误闭锁措施，防止误动、拒动。

3.2.1 冗余配置

监控系统采用有效的冗余措施，确保监控系统安全可靠运行，

（1）相关服务器、卫星时钟等采用热备冗余配置，冗余配置的双机系统互相检测和备用，同时运行相同的任务，当检测发现主机故障时，备机可自动升为主机运行。主站服务器电源采用双机热备配置，无扰动切换，厂站层UPS采用双机并机方式工作，具有高可靠性。

（2）系统采用双网冗余结构，双网同时工作，单网故障系统相关功能不受影响。

（3）LCU的各环节采用冗余措施，采用主用PLC和事故后备PLC两套独立的PLC系统，主用PLC采用双CPU、双网卡、双电源。

3.2.2 软、硬件双重闭锁

对于重要流程，进行软、硬件双重闭锁。

（1）背靠背拖动，建立电气轴；

（2）机组背靠背拖动，两台机组ESD互跳；

（3）GCB低频闭锁分闸；

（4）机组ESD硬接线跳SFC；

5）电制动ECB、GCB合闸闭锁；

（6）转速≥50%闭锁ECB合闸。

3.2.3 防误操作闭锁

系统根据被控设备的运行模式和需求，设置必要的硬、软件措施，保证各系统间以及控制级之间的相互闭锁，并按操作性质配置不同操作控制权限，进行分区域安全控制。

3.3 监视安全设计

监控系统采用一系列措施构建面向值班人员的监视平台：

（1）智能报警

抽蓄机组设备对象多、监视信息量大，尤其是工况转换过程中，报警事件较多。监控采用面向对象报警、相关量分析、逻辑闭锁等进行智能报警，避免重要信息淹没在大量的事件中。

（59）高氏合叶苔 Scapania gaochii X.Fu ex T.Cao，Acta Bot 熊源新等（2006）；杨志平（2006）

（2）运行预警

实时监视上下库库容及机组运行情况，判断可发电/抽水时间，提前预警。对温度、振摆、油泵等进行趋势智能诊断，对亚健康的设备进行预警。

（3）实时诊断

系统实时监视流程执行情况、诊断故障信息、标识故障情况。在实时显示当前各跨步条件状态的同时，记录故障时刻的各跨步条件状态，以迅速定位故障，实现对机组控制流程的实时诊断。

3.4 通信安全设计

系统充分采用数字通信方式进行信息交互，采用多种措施保证通信数据的可靠性和安全性。

（1）多通道通信

监控系统与上级调度、AVC子系统、计划曲线系统、事故总系统等采用多通道通信方式，单通道的故障不影响数据与命令的交互。

对于各通信通道实时进行状态监视，通道异常报警。

（3）通信数据可信判断

对于通信数据进行可信判断，在通道异常或数据异常时置数据质量位异常，不参与控制过程。

3.5 紧急操作安全设计

系统设置独立光纤硬布线紧急操作回路，通过安装在地下厂房不同部位的3套水位测量装置，进行“三取二”逻辑判断水淹厂房信号。

在水淹厂房信号动作后，触发紧急关闭命令至上库各进出水口闸门，输出各机组的紧急停机命令至各机组紧急停机硬布线回路，并根据闭锁条件对应输出机组尾水闸门紧急关闭命令至各机组尾水闸门。同时将水淹厂房信号传送至中控室消防系统，启动水淹厂房的逃生广播；传送至地下厂房的区域火灾报警系统，启动各区域水淹厂房的声光报警。

3.6 负荷成组安全设计

系统设置负荷成组及紧急支援控制功能，根据电站实时获取的总有功负荷指令或通过计划曲线系统获取负荷曲线，进行负荷计算分配以及自动开停机组控制，满足电网的负荷需求。

（1）成组自动退出策略

系统在软硬件故障、通道故障等情况发生时自动退出全厂或单机功能。

（2）参数辨识

系统对相关参数进行辨识控制，当检测到的异常参数时，保持上一时刻负荷并告警提示。

（3）运行限制

系统根据电站设备状态和运行方式实施限制运行，并按限制方式相应的参数和电站可调容量实施控制。

4 结束语

长龙山抽水蓄能电站作为“高水头、高转速、大容量”电站，监控系统软件功能、工况转换流程、相关设备控制逻辑的安全性至关重要，系统设计上充分考虑抽蓄电站各子系统及设备的控制需求、通信接口，各异常情况下的响应模式，运行过程中的配合需求。可为其他同类电站监控系统提供经验与借鉴。