恰木萨水电站监控系统结构设计

黄志明

（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

恰木萨水电站工程位于新疆喀什地区莎车县境内，引水式发电，中型Ⅲ等工程，是新华水力发电有限公司在叶尔羌河上投资的第二座水电站。电站总装机203 MW，其中主电站装机容量200 MW（4×50 MW），机组侧采用发变组单元接线，220 kV侧采用双母线接线，出线1回至220 kV叶城变、2回备用。生态电站装机容量3 MW（2×1.5 MW），2台机组采用单母线接线，出线侧采用线路变压器组接线，出线1回送至主电站。

2 监控系统结构设计

2.1 电站调度方式

工程分为主电站监控系统和生态电站监控系统2套独立的系统。主电站主设备由新疆省调直接调管，疆南地调监视，主电站计算机监控系统的远动信息直送新疆省调及疆南地调，接受省调自动发电控制(AGC)命令。生态电站装机容量小，由疆南地调调管，生态电站通过主电站接至疆南地调，接受地调自动发电控制。同时主电站接受远期集控系统的调度，预留至梯调、水调接口，以便与电站梯调系统连接。

2.2 总体设计原则

运行值班采用“无人值班”（少人值守）的方式，监控系统不再设置独立的常规集中监控设备，采用全计算机监控的模式、开放性的分层分布式系统结构。主电站与生态电站间通过交换机采用光缆通信，两电站间按扩大场站模式进行监控。

2.3 计算机监控系统的控制、调节方式、控制对象

2.3.1 控制方式设置

远方调度端/电站级控制方式设置；电站级/现地控制单元级控制方式设置；机组单控/联合控制运行方式设置；机组单调/联合调运行方式设置；运行设备自动/手动控制方式设置。控制调节方式的优先级依次为现地层、电站层。

2.3.2 控制对象

（1）主电站

机组部分：调速器系统、励磁系统、机组循环供水泵系统、发电机出口断路器、调速器及调速器油压装置。

公用部分：渗漏排水泵系统、检修排水泵系统、主副厂房通风控制系统、中压空压机、低压空压机、10 kV及0.4 kV厂用电。

开关站部分：220 kV GIS设备、35 kV设备。

闸门系统：前池平面快速闸门、前池冲沙闸平面工作闸门、 泄水排冰闸舌瓣工作闸门、坝区配电系统。

（2）生态电站

机组部分：调速器系统、励磁系统、机组循环供水泵系统、发电机出口断路器、调速器及调速器油压装置。

公用及开关站部分：检修排水系统、渗漏排水系统、通风控制系统、消防泵控制、低压空压机。

闸门系统：生态电站平面事故闸门、泄洪冲沙闸弧形工作闸门、排冰排漂闸舌瓣工作闸门、引水闸平面工作闸门、灌溉引水闸平面工作闸门、坝区配电系统。

2.4 监控系统结构

2.4.1 系统层次划分及接头形式

计算机监控系统结构采用开放式分层分布，数据库实行分布管理方式。计算机监控系统按网络结构分为二层：电站控制层和现地控制层。按设备布置分为两级：电站控制级设备、现地控制级设备。

电站控制层：控制层网络选用双星型以太网结构，网络为双冗余热备，传输介质使用光纤及双绞线。电站控制级设备及现地层各LCU连接在电站控制层的网络设备上，完成监控系统的实时信息采集、处理、监视与控制。

现地控制层：现地控制层网络按监控系统各LCU及现地智能监测设备分布。现地生产过程里的各种继电保护装置、自动装置、自动化设备和装置、监测仪表和装置、监测系统、机组辅助设备和全厂公用设备以RS485形式及I/O接入各LCU，从而实现现地设备的就地监控任务。

2.4.2 设备配置

（1）主电站监控设备主要配置

1）电站控制级设备主要配置

监控系统工作站（2套）；操作员工作站（2套）；工程师/工作站； ON-CALL语音报警工作站；远程通信服务器（2套）；厂内通信服务器；历史数据服务器；时钟同步系统装置；省调、地调调度数据网接入设备（2套）；电能计量系统；便携式计算机（2台）；厂级网络设备；中控室紧急关闭前池快速闸门按钮箱；防水淹厂房信号用控制箱；激光网络打印机（2台）；微机五防系统；发电能力申报服务器。

2）现地控制级设备配置

机组 LCU（4 套）； 公用 LCU； 开关站 LCU； 压力前池闸门LCU。

（2）生态电站电站控制级设备主要配置

1）电站控制级设备主要配置

监控系统工作站（兼操作员工作站）；ON-CALL语音报警工作站；厂内通信服务器； 时钟同步系统装置； 电能计量系统； 厂级网络设备；中控室紧急关闭平面事故闸门按钮箱；防水淹厂房信号用控制箱；激光网络打印机；微机五防系统。

2）现地控制级设备配置

机组 LCU（2套）； 开关站及公用 LCU； 拦河引水枢纽闸门LCU。

2.4.3 监控系统设计特点

恰木萨水电站工程分为主电站及生态电站两部分，考虑到南疆用电紧张、建设工期的迫切性，两座电站建设中独立运行，主电站随当地电网建设送电至南疆220 kV电网，生态电站提前发电接入当地农网，后改接入主电站。两个电站在功能设计上分别接受新疆省调及疆南地调的调管，又保持各自的监控系统的相对独立性，满足用电紧张优先供电的现实，适应将来集控调度、梯级调度的运行要求。

根据上述情况，在监控系统结构设计中，主电站及生态电站2个相对独立的电站，在配置及功能上按2个电站考虑，分别配置独立的监控网络结构，分别配置监控系统工作站、操作员工作站、工程师/培训工作站、自动发电控制AGC、自动电压控制AVC、故障录波、继电保护信息管理子站、信息安全防护等，但两个电站数据共享，形成统一完整的恰木萨水电站工程，主电站配置1套历史数据库服务器，通过主电站的监控系统工作站实现整个工程的统一集中监控。

总之，恰木萨水电站工程监控系统在设计上，保留了两个电站的相对独立运行，便于前期建设任务，同时本工程数据共享、集中控制的功能，实现了两个电站1套运行值班人员的方式。

2.4.4 主电站电站控制层设备结构

（1）监控系统工作站：设置2台监控系统工作站，功能完全相同，互为备用。工作站用于管理电站层AGC和AVC，发变电运行档案、事故故障信号的分析处理、测点定义及限值存储、各类运行报表生成和储存、系统时钟管理等。

（2）操作员工作站：设置2台操作员工作站，功能完全相同，互为备用。用于处理监视、控制及调节命令发出、报表打印等。

（3）工程师/培训工作站：设置1台工程师/培训工作站。用于处理系统的维护管理、功能及应用的开发、程序下载、全厂各设备的仿真操作、运行人员的培训工作。

（4）历史数据库服务器：主电站设1台历史数据库服务器。用于对主电站及生态电站监控系统的数据备份及维护、程序存储等。

（5）ON-CALL语音报警工作站：设置1台ONCALL语音报警工作站，用于语音报警、电话查询、事故自动呼叫（ON-CALL）等。

（6）通信服务器：设置2台远程通信服务器、1台厂内通信服务器，用于处理主电站计算机监控系统与厂内其它自动化系统、新疆省调计算机监控系统间的联系。

（7）卫星时钟同步系统：设置1套时钟同步系统，支持北斗及GPS信号，为电站层设备、现地各LCU、微机保护及故障录波等设备提供对时信号。

（8）电能计费系统，主电站电能表设置：系统计量表设在220 kV线路、主变高压侧、发电机侧、隔离变高压侧、施工变侧。其中220 kV、35 kV线路侧及发电机侧作为关口计费侧，每回220 kV、35 kV线路、发电机出口设主、副表各1块，双向智能表（精度为：有功0.2S级，无功为2.0级）共16块。主变高压侧作为考核侧，设单表，双向智能表（精度为：有功0.2S级，无功为2.0级）共4块。隔离变高压侧、施工变进线侧作为考核侧，设单表，单向（精度为：有功0.2S级，无功为2.0级），共3块。

各电能表计均采用三相四线制，并应配置相应的电能计量专用接线盒。电能量远方终端通过网络和拨号方式远传至省调和地调计量系统，并保证数据的完整性和一致性。

（9）调度数据网接入设备：新疆恰木萨水电站工程配置2套调度数据网接入设备，接入新疆省调和疆南地调。

（10）信息安全防护系统；根据国家能源局36号文件、国网新疆电调【2018】40号及41号文件要求配置1套二次安防系统及内网安全检测系统。

2.4.5 生态电站电站控制层设备结构

生态电站电站控制层设备由监控系统工作站（兼操作员工作站）、厂内通信服务器、卫星时钟同步系统、调度数据网接入设备、信息安全防护系统、电能计费系统等构成。

3 电站网络结构

电站网络结构拓扑图见图1、图2。

图1 生态电站网络结构拓扑图

图2 主电站网络结构拓扑图

4 结论

电站于2017年3月全面开工建设，2020年7月24日，首台机组正式并网发电投产，在疫情防控与社会稳定的双重压力下，响应国家复工复产号召，改善了南疆用电紧张，助力脱贫攻坚，促进南疆经济发展。目前主电站二号机组已顺利并网，实践证明，电站监控系统结构设计是合适的。