大藤峡水力发电厂计算机监控系统结构及特点

郝慧贤，陶太宏，程俊才，蓝晓丹

（广西大藤峡水利枢纽开发有限责任公司，广西 桂平 537226）

0 引言

大藤峡水利枢纽工程位于广西桂平市珠江流域西江水系黔江干流大藤峡出口弩滩上，是红水河十个水电梯级开发的最后一级，它集防洪、航运、发电、补水压咸、灌溉等综合效益于一体，是珠江流域关键控制性水利枢纽，被喻为珠江上的“三峡工程”。大藤峡水力发电厂总装机容量1 600 MW，共安装有8台单机容量为200 MW的轴流转桨式水轮发电机组，其中左岸厂房布置有3台机组，右岸厂房布置有5台机组。电站通过6回220 kV的电压等级线路接入贵港地调电力系统,其中4回线路已投入运行，2回线路备用。大藤峡水力发电厂左、右岸计算机监控系统采用一体化的设计方案，即左、右岸设备采用南瑞水电的NC2000 V3.0系列计算机监控系统进行监视与控制，负责全厂8台机组、公用辅助系统、220 kV开关站等设备的自动和实时控制，目前左岸3台机组已投产。

1 网络结构

大藤峡水力发电厂计算机监控系统控制网采用冗余光纤快速交换式以太星网结构, 在左岸计算机室和右岸计算机室各配置2台电站控制网交换机, 并通过2路单模光缆互连构成1 000 Mb/s双环主干网。上位机及现地控制单元设备均选用1 000 Mb/s级工业交换机网络设备接入主干网，采用2根独立光缆配置成冗余网络进行连接。上位机的各设备通过2路网络双绞线就近接入控制网主交换机，坝区交换机通过配置3层路由实现与电厂计算机监控系统主控网的通信。左、右岸各现地控制单元设备网络采用以太网环网和现场总线技术，柜内分别配置2台小型交换机通过光缆就近接入控制网交换机。另外，现场设备的重要状态信号、故障信号和控制信号除采用现场总线技术与CPU通信以外，还通过设备间的I/O硬布线进行连接，实现A、B网双回路通信，确保现地设备间的通信安全可靠。涉及生产和实时控制的核心设备直接接入计算机监控系统主控网，经二次安防设备与其他非控制区设备实现信息隔离。计算机监控系统网络结构见图1。

图1 大藤峡计算机监控系统网络结构图

2 系统结构及特点

大藤峡水力发电厂计算机监控系统按“无人值班（少人值守）”设计，以“分层管理、集中控制”为原则，具有数据采集与处理、实时控制和调节、参数设定、监视、记录、报表、运行参数计算、通信控制、系统诊断、历史数据查询和单一操作等功能。我厂采用的是南瑞水电公司的SJ-500监控系统，主要由上位机和现地控制单元两部分组成。

2.1 上位机

大藤峡水力发电厂左岸上位机设备布置在中控室和计算机室，主要包括以下5个部分。

（1）数据服务器

数据服务器作为上位机的核心控制设备，由2台实时数据服务器、2台历史数据服务器和1台磁盘阵列组成。数据服务器采用双机热备的方式实现对全厂实时数据的采集、计算、处理和管理，完成控制命令的下发和事故信号的分析处理。历史数据服务器用于记录全厂设备的动作信号和控制信号，具有历史数据显示、一览表查询、曲线查询和存储功能。

（2）操作员站

操作员站是上位机的执行机构，用于全厂设备的实时监控。左岸上位机配置3台操作员站，右岸配置2台操作员站，监屏人员可通过上位机画面和实时简报及时发现设备异常，以防事故进一步扩大，尽早消除事故隐患。同时，各操作员站都是独立运行，便于日常维护。

（3）维护工作站

维护工作站包括培训工作站和维护工程师站, 左、右岸各配置1台维护工程师站，便于维护人员对数据库和画面等进行日常更新维护。同时，还可以给新入职员工提供基本的操作培训。

（4）应用工作站

应用工作站包括2台调度通信机、2台厂内通信工作站、语音报警工作站、报表工作站和Web工作站，它们分别负责与广西中调和地调进行数据通信、和厂内自成体系的系统进行数据通信、实现语音报警以及生成报表，另外在满足网络安全要求下，实现与电厂生产管理信息系统(MIS)通信。

（5）其他设备

其他设备包括2台主时钟同步系统（GPS）、2台主交换机、网络安全隔离装置、纵向加密认证装置管理工作站、入侵检测管理工作站、OMS主机、网络受令系统、微机五防系统、安全审计和大屏控制系统及KVM等。

另外，为了便于计算机监控系统的维护和采购备品备件，上位机的服务器、磁盘阵列和工作站均采用浪潮的产品。因此，当其中一台服务器故障退出运行时, 由于操作系统和设备厂家一致，只需要修改备用服务器的主机名、IP地址等参数设置即可投入运行，将影响降到了最低，保证了设备的安全运行。同时,统一的备品备件也节省了人力，降低了维护成本。

另一方面，从积极的内圣开出外王的角度，孟子的武德思想因缺乏对政治治理和现实困难的关注而不具操作性，无法具体阐释“仁者”何以“无敌”问题。

2.2 现地控制单元

大藤峡水力发电厂左、右岸现地控制单元采用分布式设计，包括8套机组LCU、1套开关站LCU、2套公用LCU、2套防水淹厂房LCU和11套辅助设备LCU，实现了对各个系统设备的数据采集、数据交换、逻辑判断、顺序控制以及状态监视，保证了现地控制单元与上位机脱离后仍能正常运行，满足现地设备的监视和控制,待其与上位机恢复通信后又能自动服从上位机的控制。

（1）PLC选用

计算机监控系统PLC选用美国通用电气公司生产的RX3i系列PLC，CPU选用双套具备热备功能的IC695CPE330 CPU，通过冗余映射模块连接,保证主控制器与备用控制器的实时通信。当主用CPU故障时, 通过冗余映射模块，备用CPU会在1个扫描周期内替代主用CPU，完成设备的实时控制。同时，在每个扫描周期结束后，主用CPU都会同步更新备用CPU的数据，确保了主用CPU的故障不会影响到机组的稳定运行。另外，还选用了GE的SOE模块(IC694MDL660)、DI模块(IC694MDL660)、DO模 块(IC694MDL754)、AI模 块(IC694ALG223)、TI模块（IC695ALG600）等支持带电热插拔和具备故障自检功能的模块。当模块故障时，相应故障信号可以瞬间动作并上送至简报，为故障的早期发现和处理提供强有力的保障。

（2）现地控制单元结构及功能

左、右岸现地控制单元均配置有GE PLC、液晶触摸屏、交换机、通信管理装置、同期装置、时钟扩展装置、交采表和变送器等，主要用于采集被控设备的模拟量、温度量和开关量，并上送至机组CPU进行数据集中处理及判断。同时将采集到的温度量和模拟量等数据进行滤波、数据检查、线性变换及越限检查等，主控器可根据报警定值产生相应报警并在上位机简报窗口反馈；将采集到的状态信号和事故信号实时上送并自动进行事件顺序记录，便于后续故障的排查及处理。

考虑到大藤峡水力发电厂单台机组温度量测点多达632点,故为了节约成本和更好地采集温度量，设计了机组远程测温系统。温度量的温度梯度保护判断逻辑在机组LCU和水机保护LCU的PLC中分别实现，当机组温度量故障时，水机温度量依然可以正常运行，更好地提高了系统的可靠性。机组远程测温柜数据通过光纤接入机组LCU交换机中，再经由机组LCU光纤一起上送至厂站级主交换机，节省了CPU、以太网控制器等相关自动化元器件, 经济性较好,也可满足温度监视的要求，缺点是增加了机组LCU 和水机保护LCU的CPU负载以及无法在机组远程测温柜配置触摸屏，给运行维护带来了不便。

（4）机组功率调节设计

为保证机组功率测量的实时性、准确性和可靠性, 在现地控制单元配置爱博的交流表和雅达有功、无功变送器，采集的数据互为冗余备用。PLC优先采用功率变送器的信号，当功率变送器的数据测值和通道品质发生故障时，主控器可以自动采集交采表的数据，保证在机组运行过程中，功率测量和功率调节的安全稳定性。

（5）微机涌流抑制器

考虑到机组主变压器冲击合闸时，在一定的条件下, 将产生很大的合闸性励磁涌流，即在合闸瞬间对线圈产生电动力，可能导致有关绕组开路或继电保护误动作，严重影响电网和设备的安全、稳定运行。大藤峡水力发电厂在开关站现地控制单元中配置了5台国立智能SID-3YL微机涌流抑制器，通过运用精确的相位控制技术实现对操作过电压和涌流的有效抑制，提高了设备的安全运行水平。

3 电源系统

计算机监控系统作为电厂的控制中枢，是否具备优良的电源系统是衡量监控系统安全、可靠运行的前提和保障，电源系统主要分为以下两部分。

3.1 监控系统UPS

为保证计算机监控系统上位机的供电可靠性，左岸配置2台容量为40 kVA的监控不间断电源系统，右岸配置2台容量为10 kVA的监控不间断电源系统，都采用并联冗余方式工作。左岸2台UPS在正常运行方式下，平均分配负荷，扩展了整个电源系统的总容量，满足瞬间大负荷的容量要求。每台UPS采用一路AC 220 V、一路DC 220 V和旁路AC 380 V电源输入，当其中一台UPS出现故障时,另一台UPS将自动带满负荷。当故障UPS恢复运行后，2台UPS将自动平均分配负荷。如果2台UPS同时出现故障，监控系统UPS的负载可以自动无扰切换到旁路运行。同时,监控系统UPS将所有的状态、故障信息通过RS485通信接入左岸公用通信管理装置，运维人员可实时掌握系统运行情况。

3.2 现地控制单元电源

现地控制单元配置2台南瑞水电的交直流双供电插箱FPW-2A，互为冗余。外部电源分别采用两路AC 220 V和两路DC 220 V电源输入，LCU电源回路共有3个电压等级，即AC 220 V、DC 220 V和DC 24 V。一路AC 220 V和一路DC 220 V通过交直流双供电插箱，输出DC 220 V进入XPW2端子作为通信管理装置、转速测控装置、时钟同步扩展装置、交采表、电度表等设备的电源，并通过相应的开关电源PS转换成DC 24 V。PS1、PS2给交换机、PLC供电，PS3给DI模块供电，PS4给DO模块供电，PS5给AI模块及外部变送器供电，大大提高了供电的可靠性。

4 在线监测系统

在线监测系统主要由在线监测装置、综合检测单元和站级监测系统组成，用于数据连续或周期性地采集、处理、诊断分析及传输的设备状态检测系统，大藤峡水力发电厂在线监测系统主要由GIS在线监测系统、主变压器在线监测系统和机组状态监测系统组成，各系统通过双套光纤接入在线监测系统A、B网主交换机，实现与在线监测系统的通信。在线监测系统通过防火墙接入计算机监控系统主控网，实现与计算机监控系统的通信，便于日常数据和故障分析，缓解计算机监控系统的数据分析压力。

5 结语

大藤峡水力发电厂计算机监控系统在设计方面充分考虑和采用了现代计算机控制的各种先进技术，如全开放、分层式、可扩展性、多重冗余和现场总线技术等，提高了设备容错和系统冗余功能，最大程度地保证了电厂设备的安全、高效运行，满足了电厂对生产设备监视和控制的要求。由于右岸机组还未投产，我厂目前主要承担广西电网的基荷任务，右岸投产后将承担广西电网的基荷、调峰、调频和事故备用等任务，可有效缓解电量紧张和保障粤港澳大湾区用水的问题，为电厂安全稳定运行提供了可靠的技术支撑。同时，计算机监控系统节省了人力和物力资源，产生了良好经济效益和社会效益，将有助于推动水电站计算机监控系统创新和发展。