阿尔塔什水利枢纽工程监控系统设计

於文汇

(新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000)

1 工程概况

阿尔塔什水利枢纽工程作为一座重要的控制性水利生态电站，具有着灌溉、维持生态以及发电等综合任务，该水电站位于新疆克孜勒苏柯尔克孜自治州阿克陶县的库斯拉甫乡境内的叶尔羌河干流山区河段。

具体位置距喀什地区的莎车县约120 km，距下游卡群渠首约55 km，距喀什市约310 km。阿尔塔什水利枢纽工程中含有一个22.49亿m3库存容量的水库，该水库正常蓄水的位置可以达到1820 m，同时拥有12.60亿m3的可调节库存容量，总装机容量达到755 MW，其中55 MW为生态电站的容量。

阿尔塔什水利枢纽工程建成以后，可以输送21.28亿kW·h的电量供给于南疆地区，成为南疆地区的一个骨干电能输送点，起到承担季节峰荷、腰荷、基荷的作用，并且也能够作为地区电网系统的备用和事故负荷储备。

2 监控系统设计概述

2.1 总体设计原则

根据实际工程情况参照设计原则，本水利枢纽工程采用的运行值班方式为“无人值班”(少人值守)。水利电站的监控系统不设置独立集中式监控，而采用全厂统一设置的监控系统进行运作。对于主电站和生态电站之间采用光缆进行通信，其中交换机使用的通信方式为扩展级。同时对于电站的安全和可靠性的考量下，设置了安全闭锁功能、事故动作回路、紧急停机功能，从而满足因为监控系统发生故障或者事故时候，可以对电站的重要设备和系统进行对应处理。

2.2 电站调度方式

阿尔塔什水利枢纽工程连接新疆的电网进行运行，根据新疆电网分层管控和统一调度的规定，主电站的运行将由省调直接进行管控，南疆地调会进行相应的监视。计算机监控系统会把运行信息直接发送给省调和地调，接收全省的AGC(自动发电控制)调令，根据梯级集中控制系统进行调控。

本计算机监控系统包括主电站计算机监控系统和生态电站监控系统两部分组成，两电站相距16.7 km左右，卖方需完成两个电站之间的通信，实现由主电站和生态电站的集中控制。

3 监控系统的控制方式和对象

3.1 控制方式设置

采用的控制方式为，电站级/远方调度端控制方式；电站级/现地单元级控制方式；联合控制/机组单控运行方式；联合调运行/机组单调方式；设备自动/手动控制方式。控制调节方式具有一定的优先级，其顺序依次为现地层、电站层。

3.2 控制对象

3.2.1 主电站

监控方式：主电站主要运用的方式为全计算机监控，通过操作员工作站的人机接口设备由值班人员对全厂实行集中监控，也可在现地LCU处进行操作，主电站的监控系统在保证稳定运行情况下实现自动控制，待远方控制中心或梯调建成后，也可在该处进行远程监控。

监控范围包括：220 kV开关设备、辅助设备、110 kV开关设备、水轮发电机组、主(副)厂房内公用及辅机设备、主变压器、厂用变压器、发电机电压配电装置、高、低压厂用电系统、220 V直流电源、生态电站机组及开关站、各过水建筑物闸门及启闭机等。

3.2.2 生态电站

监控方式：采用全计算机监控方式，通过操作员工作站的人机接口设备由值班人员对全厂实行集中监控，也可在现地LCU处进行操作，生态电站的监控系统在保证稳定运行情况下实现自动控制。

监控范围包括：110 kV开关设备、辅助设备、厂用变压器、主变压器、水轮发电机组、主(副)厂房内公用及辅机设备、发电机电压配电装置、厂用电系统、220 V直流电源及坝区各泄水建筑物闸门等。

4 监控系统结构设计

4.1 监控系统整体层次规划

根据设计原则，水利工程中采用开放性分层结构的监控系统，并且数据的管理为分布式。具体的分层按照网络拓扑可以分为现地控制层和电站控制层；按照设备的位置区分，可以分为现地控制级设备以及电站控制级设备。

网络结构及特性：生态电站与主电站间通过交换机扩展级联方式通信，通信采用光缆，两电站间按扩大场站模式进行监控。

4.2 监控系统设备配置

本工程监控系统主要涉及主电站和生态电站，其中主电站及生态电站计算机监控系统在功能上分为两级，即主控级和单元控制级。各级的设备配置如下：

4.2.1 主控级

主控级作为水电站的监控系统中心，主要统管全厂的系统运行情况，监控系统的功能和运行数据的处理，同时还承担有全厂人机交互、通讯对话、以及网管培训等职责。

主电站主控级设备主要包括有2套系统服务器、2套操作员工作站、1套工程师工作站、2套系统通信服务器、1套厂内通信服务器、1台语音报警服务器、1套历史数据服务器。

生态电站主控级设备主要包括有1套系统兼操作员工作站、2套系统通信服务器、1套厂内通信服务器、1台语音报警服务器。2套同功能服务器间互为热备用，保证网络管理、自动控制及数据库的正常进行。

4.2.2 单元控制级

水电站根据控制的对象可以将单元控制分为机组、开关站、闸门、公用设备各个单元。主电站共设置6个现地控制单元(LCU)，即每台机组各设置1个，开关站及全厂公用设备分别设置1个。

生态电站共设置4个现地控制单元(LCU)，即每台机组各设置1个，开关站及全厂公用设备设置1个，坝区闸门设置1个。生态电站通过交换机级联通信接入主电站。

4.3 监控系统设计特点

本电站分为生态电站和主电站两个相对独立又联系的部分，综合南疆有电力供应情况较为迫切，需要尽快能够投运送电，在建设中两座电站是能够进行独自运行供电，其中生态电站可以提前接入电网，然后等待全部完工在接入主工程电站。功能上两部分电站可以通过系统分别受地调和省调的管理，适应以后梯级和集控等方式的运行需求。

根据上述情况，结构设计中对于生态电站和主电站两个部分，分配独立的监控系统和相对完善的系统设备，但是两个部分的数据是通过一台计算机服务器进行共享，然后通过主电站的监控系统可以实现整个水利工程的统一调配和管理。

综上所示，设计阿尔塔什水利工程的监控系统中，为了前期建设方便和快捷，进行了两个电站独立的运行设计，但是具有数据和控制集中管理的功能，实现了一套值班人员管理两个电站的运行模式，更好地适应了该地区电站的发展需求。

4.4 监控系统的拓扑图

监控系统采用符合国际开放系统标准的分层、分布式结构，不同层具有不同的功能互相协作，完成整个电站的监控和运行，主电站和生态电站的控制层通信为自适应式，其运行的网络速度选取不小于100/1000 Mbps，网络结构呈现双星型，采用TCP/IP协议。该层网络为双冗余热备，传输介质为光纤及双绞线。挂在该网络层上的设备为电站控制级设备，以及属于现地控制级设备的各个现地控制单元(LCU)。

主电站计算机监控系统网络上挂有10套主控级服务器和6套现地控制单元(LCU)等，并配置2台网络打印机；生态电站计算机监控系统网络上挂有5套主控级服务器和4套现地控制单元(LCU)等，并配置2台网络打印机。生态电站与枢纽电站间通过交换机扩展级联方式通信，通信采用光缆，两电站间按扩大场站模式进行监控，保证系统能够良好运行，达到设计要求。具体监控系统的结构拓扑图见图1。

图1 阿尔塔什水利枢纽工程主电站监控系统拓扑图

5 结语

本文阐述了阿尔塔什水利枢纽工程的设计原则，以及主电站、生态电站的电站控制层和现地控制层的层间结构，并且进一步说明监控系统各个部分的功能特点和作用，所述设计方案达到了工程需求目标，保障了水利工程的正常建设。阿尔塔什水利枢纽工程建成后，也可使400万的叶尔羌河流域人群获益，同时对于南疆地区的社会稳定和经济发展有着重大意义。