老口水电站及泄水闸坝计算机监控系统设计

韦世达

（广西水利电力勘测设计研究院有限责任公司，南宁 530023）

1 工程概述

老口航运枢纽是一座以航运、防洪为主，结合发电，兼顾改善南宁市水环境等效益的水资源综合利用工程，位于郁江上游广西壮族自治区南宁市区，是郁江综合利用规划十个梯级中的第七个梯级。老口坝址位于左、右江汇合口下游4.7 km，往上游分别距离左江山秀坝址84 km和右江金鸡滩坝址121 km，往下游距离西津坝址198 km，控制集水面积为72 368 km2。

电站总装机容量为5×30 MW，多年平均发电量6.4 亿kW·h，装机利用小时数4265 h；电站以2 回110 kV 出线接入220 kV 石西变向南宁市区电网供电，线路长约为2×8 km。泄水闸坝设有13个闸孔，每个闸孔均设有1 扇弧形闸门及1 台液压启闭机。船闸等级为Ⅲ级，通航标准为2×1000 t 级顶推船队及1000 t级货船。

2 计算机监控系统

2.1 系统特点

（1）监控系统符合开放式（OSF）环境，采用UNIX操作系统。人机界面采用OSF/MOTIF窗口管理和X-WINDOWS支持的全图像技术，编程语言采用C++语言及其它标准编程语言如FORTRAN等。

（2）功能和相关数据库分布在各计算机上，实行数据采集和处理功能分布在每个计算机上；局网各节点计算机的数据库分布在各结点上。

（3）系统可靠且冗余。计算机监控系统采用冗余交换式以太网通信，且各LCU 的PLC 采用冗余CPU、电源模块冗余的设计。主机/操作员工作站采用一台工作、另一台为热备用的方式来实现实时控制，电站控制级采用冗余逆变电源供电。

2.2 系统构成

电站按照“无人值班”（少人值守）的管理模式设计，计算机监控系统为全开放的分布式结构，分电厂控制级和现地控制级[1]；泄水闸坝计算机监控系统由电站远控级、坝顶变电所控制级和现地控制级构成，其中电站远控级不单独设置，与电站计算机监控系统共用上位机。泄水闸坝计算机监控系统二层交换机通过光纤接入电站计算机监控系统千兆交换机，搭建电站计算机监控系统对泄水闸坝计算机监控系统远程管理的网络通道，并发送电站对时信号。

计算机监控系统通信规约采用TCP/IP协议，通信介质采用光纤，电站控制级设备和各LCU采用冗余交换式以太网通信，系统各节点通过光纤电缆连接到LAN 上。局域网支持全开放的分布式结构并按IEEE802.3 标准设计，电站计算机监控系统数据传输速率不小于1000 Mbps，泄水闸坝计算机监控系统数据传输速率不小于100 Mbps。

电站计算机监控系统由相互连接成网的如下设备组成：2套主机/操作员工作站，1套工程师工作站，2套远动通信装置，1套通信处理站，1套文件报表语音服务器，1 套GPS 时钟装置，5 套机组现地控制单元（LCU），1 套升压站现地控制单元（LCU），1套公用现地控制单元（LCU），1套400 V厂用电现地控制单元（LCU），1 台便携式MMI，1 套大屏幕显示系统，1套二次系统安全防护设备，1台A3激光网络打印机，1 台A3 彩色喷墨打印机，整套冗余光纤以太网网络及配件，1套计算机监控系统软件。

泄水闸坝计算机监控系统由集中监控单元和现地控制单元构成，包括1 台坝顶变电所控制级工作站、1套坝顶公用现地控制单元（LCU）、13套闸门现地控制单元（LCU）、整套冗余光纤以太网网络配件，1套计算机监控系统软件等。

2.3 系统功能

计算机监控系统能实现数据采集与监视控制（SCADA）、数据交换、人机接口、自动实时控制、电站经济运行、调度自动化、事故分析和处理、历史资料管理等功能。

2.3.1 电站控制级

具有数据采集和监视，电站经济运行，自动电压控制（AVC），泄水闸坝闸门成组控制，人机联系及操作，事故分析和处理，运行管理指导，历史资料系统管理，统计和制表打印，系统自诊断和自恢复，通信，GPS 同步时钟系统，电力调度自动化，语音报警等功能。

2.3.2 现地控制单元（LCU）

电站各LCU作为分布式系统的一个节点，负责整个电站机组及其附属设备、变压器、断路器、隔离开关、接地刀闸、厂用电等各主要电气设备和公用辅助设备、直流系统设备的自动监视与控制。

机组LCU 能完成模拟量、数字量、电度量等数据采集和处理，完成机组及其附属设备的控制、操作和调整，完成机组事故跳闸、故障报警、手动紧急停机及水力机械保护，完成机组同期并网，实现与电站控制级计算机、保护系统、其他智能装置（微机型或PLC 型）的通信，实现人机联系，完成时钟同步、自诊断等。

升压站LCU 能完成模拟量、数字量、电度量等数据采集和处理，完成升压站110 kV 断路器、隔离开关分、合闸的控制、操作和调整，完成升压站同期并网，实现与电站控制级计算机、保护系统、其他智能装置（微机型或PLC 型）的通信，实现人机联系，完成时钟同步、自诊断等。

电站公用LCU 能完成模拟量、数字量、电度量等数据采集和处理，完成近区10 kV 系统所有负荷开关、隔离开关的分、合闸、近区10 kV 备自投的控制、操作和调整，实现与电站控制级计算机、保护系统、智能配电装置、其他智能装置（微机型或PLC型）的通信，实现人机联系，完成时钟同步、自诊断等。

400 V厂用LCU能完成模拟量、数字量、电度量等数据采集和处理，完成厂用400 V 配电系统母线上重要馈线、进线和分段断路器的分、合闸、400 V厂用电备自投的控制、操作和调整，实现与电站控制级计算机、智能配电装置的通信，实现人机联系，完成时钟同步、自诊断等。

2.3.3 泄水闸坝计算机监控系统

坝顶变电所控制级工作站能实现数据采集和处理，控制调节，安全运行监视，事件顺序记录，打印记录，画面显示，可编程运行要求及参数计算，事故处理指导和恢复操作指导，数据通信，监控系统时钟同步，监控系统自诊断，系统维护等功能。

泄水闸坝坝顶公用LCU 作为分布式系统的一个节点，负责泄水闸坝变电所变压器、0.4 kV低压进线柜、母联柜和低压出线主要回路断路器，0.4 kV柴油发电机系统等各主要电气设备的自动监视和控制，同时是泄水闸坝现地控制单元与泄水闸坝、电站监控系统的输入/输出接口，负责泄水闸坝现地控制单元与电站监控系统的通信。具有数据采集，控制、操作和调整，通信，人机联系，时钟同步，自诊断等功能。

泄水闸坝闸门LCU布置于相应的启闭机房内，负责泄水闸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。能完成闸门运行监视、操作、控制及调整，实现与泄水闸坝计算机监控系统上位机的通信，实现人机联系，完成自检及自诊断等

2.3.4 二次系统安全防护设备

具备互联交换机、纵向加密认证网关、纵向硬件防火墙、横向互联硬件防火墙、正向隔离装置、系统加固软件等功能。

2.3.5 便携式人机接口（MMI）

能用于维护和调试计算机监控系统的各LCU，完成LCU通讯接口的测试，能通过局域网访问并实现对任意1 台LCU 进行故障诊断、程序修改、装载、启动等。

2.3.6 大屏幕显示系统

大屏幕显示系统能支持多屏图像拼接，画面可整屏显示，也可显示多分屏画面和组合画面，并可多画面在大屏幕上任意分割，能实时显示电站及泄水闸坝计算机监控系统2 台主机/操作员工作站画面，同时能显示15 路来自视频监视系统的高清/标清视频监视画面。

2.4 系统硬件设备

2.4.1 电站控制级设备

（1）主机操作员工作站及工程师站。采用DELL T5600 产品，主要硬件配置：CPU≥2×Intel Xe⁃on 5607，主频2.26 GHz，内存8GB，SAS2.0 接口硬盘1TB+1TB，23英寸液晶显示器。

（2）远动装置。包括2套SJ30-664远动通信装置。

（3）文件报表语音服务器。采用DELL 3010MT产品，主要硬件配置：CPU≥Intel 酷睿i52320，主频3.0 GHz，内存4 GB，硬盘1TB，23英寸液晶显示器。

（4）通信处理站。采用DELL R720 产品，主要硬件配置：CPU≥2×Intel Xeon E5606，主频2.13 GHz，内存4 GB，SAS2.0接口硬盘300GB+300GB，19英寸液晶显示器。

（5）GPS 时钟装置。包括1 套SK-2UA 时钟装置，准确度优于0.2 μs。

（6）局域网设备。包括2 套1000 Mbps 网络交换机。

2.4.2 电站现地控制级设备

每套LCU 配置1套南京南瑞公司MB80系列的可编程序控制器（PLC），机组LCU 的I/O 模块配置为：开关量输入352 点，开关量输出128 点，模拟量输入48点，模拟量输出8点，SOE量输入64点，温度量Pt100输入96点；升压站LCU的I/O模块配置为：开关量输入416点，开关量输出160点，模拟量输入48点，SOE量输入64点，温度量Pt100输入16点；公用LCU 配置的I/O 模块为：256点开关量输入，48点模拟量输入，16点温度量Pt100输入，64点开关量输出；400 V厂用LCU配置的I/O模块为：384点开关量输入，48 点模拟量输入，16 点温度量Pt100 输入，96点开关量输出。

2.4.3 泄水闸坝坝顶变电所控制级设备

（1）坝顶变电所控制级工作站。采用DELL T5600 产品，主要硬件配置：CPU≥2×Intel Xeon 5607，主频2.26 GHz，内存8GB，SAS2.0 接口硬盘1TB+1TB，19英寸液晶显示器。

（2）局域网设备。包括2 套5628G 型产品的1000 Mbps网络交换机。

2.4.4 泄水闸坝现地控制级设备

（1）坝顶公用LCU。配置包括1 台南京南瑞公司MB80 系列的可编程序控制器（PLC），I/O 模块配置为：128点开关量输入，32点模拟量输入，16点温度量Pt100输入，96点开关量输出。

（2）泄水闸坝闸门LCU。每套闸门LCU配置包括1 台GE 公司的PAC3i 系列的可编程序控制器（PLC），I/O 模块配置为：开关量输入输出均为32点，模拟量输入4点，模拟量输出2点。

2.5 系统软件

计算机监控系统软件包括系统软件、基本软件、高级应用软件和工具软件。

（1）系统软件。包括操作系统、关系数据库管理系统、局域网管理、通信软件、开发系统软件、语言和编译软件、大屏幕控制管理软件等。

（2）基本软件。基本软件是实现计算机监控系统基本监控功能所必须的软件，包括数据采集与处理软件、实时数据库管理软件、基本应用软件、人机联系软件、历史数据软件、通讯软件、冗余设备管理软件、诊断软件、系统实时时钟管理软件、LCU基本软件等。

（3）高级应用软件。高级应用软件是实现生产过程操作或控制功能的软件，包括自动发电控制（AGC）软件，自动电压控制（AVC）软件，全厂经济运行软件，开/停机过程监视软件，电话语音报警（On-call）软件，闸门成组控制、调节软件，库容量和泄洪流量计算软件，闸门启/闭过程监视软件，警视联动软件，运行指导和事故处理软件等。

（4）工具软件。工具软件具有占用空间小、功能单一、方便使用等特点，能提高系统开发效率，并减轻软件开发与维护强度。主要包括PLC编程、监控组态、数据库开发调试、控制操作闭锁指导、图像开发、报表生成转换、远方诊断、防病毒等软件。

3 通信

老口水电站建成后由广西电网调度中心和南宁地调双重调度，远动信息发往广西中调和南宁地调。电力系统通信采用光纤通信方式，分别组成老口水电站—广西中调和老口水电站—南宁地调的信息传送通道。

光纤通信设计采用STM-1制式，容量155 Mb/s，通信光缆采用1根12芯OPGW光缆，在电站端配置2套STM-4光传输设备，2套PCM设备向广西中调、南宁地调传送调度电话、远动、电能计费等信息。通信通道为老口水电站—石西变1和老口水电站—石西变2，双通道设计，互为备用，每回路径长度约8 km。

厂内通信选用一台100门具有调度功能的程控自动电话交换机作为生产调度和行政通信之用，并可与系统通信和市话网络进行汇接和交换[2]。另外，由广西中调和南宁地调分别设置2路小号，实现与调度的通信联系；并根据调度需要，老口水电站配置1套规格为4通道的录音系统。

4 电源

老口电站直流系统为220 V，双蓄电池组，双整流充电器，容量为800 Ah。直流系统为两段单母线，设有合闸母线、控制母线及调压硅链。两组整流充电设备共用一套微机型集中监控器。

正常时直流系统为单母线分段运行，必要时两组母线能合并运行，即每组整流充电器能单独向两组母线供电，每组蓄电池能单独向两组母线供电。

直流系统微机控制器能与电站及泄水闸坝计算机监控系统通信，实时传输直流系统的工况参数。

电站直流蓄电池布置在蓄电池室，充电、母联及馈电柜布置在控制保护室，逆变电源布置在中控室设备及资料间，泄水闸坝直流分电箱布置在泄水闸坝变电所。

5 结语

老口航运枢纽工程电站及泄水闸坝计算机监控系统配置和设备选型充分利用计算机领域的先进技术，系统能达到国际先进水平，自投运以来，运行稳定可靠，很好地满足了业主的要求，取得了良好的社会和经济效益。