南欧江梯级水电站集控中心方案设计

魏 源，陈家恒，邹 颖，刘 松

（中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南 昆明 650051）

1 工程概况

南欧江是湄公河左岸老挝境内最大支流，发源于中国云南省江城县与老挝丰沙里省接壤的边境山脉一带，河流流向开始自北向南，最后在B.Pak-ou汇入湄公河。

南欧江梯级共规划开发七级水电站，分为两期开发。一期共三级电站，分别是南欧江二级水电站（3×40 MW）、南欧江五级水电站（3×80 MW）和南欧江六级水电站（3×60 MW）。二期共四级电站，分别是南欧江一级水电站（4×45 MW）、南欧江三级水电站（3×70 MW）、南欧江四级水电站（3×44 MW）和南欧江七级水电站（2×110 MW）。其中，一期水电站于2016 年全部投产发电，二期水电站于2021 年底全部投产发电。

南欧江梯级水电站集控中心是正在建设的南欧江电力运维中心的一部分，位于老挝琅勃拉邦。所辖7 个电站分两期接入集控中心，整体建设将遵循“远方监视、实时掌控、优化调度、应急指挥”的方针进行。目前，南欧江梯级一至七级电站均已接入集控中心，完成了对南欧江流域7个电站的运行监控，并预留其它电站的接口。

2 设计原则

南欧江梯级水电站集控中心是“以节能增效为目的、以梯级联合优化运行为核心、以远程集中控制为手段”的综合性项目。集控中心的建设和投入应以进一步降低各水电站发电成本、提高流域整体规模效益、在老挝电力系统更具竞争力为目的。按“流域统筹、适应发展、分步实施、安全可靠、经济适用”的原则，在南欧江流域梯级电站的联合经济运行、水库群发电优化运行的理论和应用研究上进行规划、建设和实施，搭建实施远程集控的综合应用平台，实现南欧江梯级7个电站的联合经济运行，提高梯级电站群的整体综合效益。

本项目初期实施阶段已达到“远方监视、实时掌控、优化调度、应急指挥”的功能要求。

3 建设内容

南欧江梯级水电站集控中心的建设主要分为三部分，分别是集控通信系统、自动化系统和配套设施。

4 集控通信系统

鉴于老挝通信网络的实际情况，通过技术经济比较，确定集控通信网设计采用光纤传输和卫星通信分别构建主、备两个通信通道，负责将南欧江流域一至七级各电站的监控信息、实时视频信息、调度语音和其他信号等传送到流域集控中心以及集控中心的指令下达；由于实时视频信息数据量比较大，其数据只通过光纤传输通道完成，仅在特殊情况下通过卫星通信通道传输。

主用通道采用光纤通信网方式组建，作为集控中心使用的主要通信通道。通道传输速率为STM-16/2.5Gbit/s，通道要求分别在集控中心、各个电站和沿途变电站设置基于STM-16 速率的SDH 光传设备，各站点间通过架设在输电线路上的OPGW 或ADSS 光缆连接。

光纤通信系统如图1 所示。

图1 光纤通信系统图

备用应急通道采用卫星通信方式组建，该方式需要为南欧江流域集控项目搭建一个卫星通信主站和7 个远端站（其中7 个远端站分别位于南欧江1～7 个梯级水电站，卫星主站位于琅勃拉邦集控中心），建立7 个水电站与集控中心站的独立通道，实现自主路由管理和数据安全传输。

卫星通信网络拓扑图如图2 所示。

图2 卫星通信网络拓扑图

上述两种通信方式、两个通信通道同时运行，当主用通信通道中断时，通信通道可自动无间断的切换到备用通信通道，提高了集控中心与各水电站间数据通信的可靠性。

5 自动化系统

南欧江集控中心自动化系统现阶段包括计算机监控系统、视频监视系统等、将来还将建设电能计量系统、水调自动化系统。

根据二次系统安全防护要求，系统各项功能根据应用分别部署在安全I 区、安全II 区和安全III 区。其中安全I 区包括计算机监控系统，安全II 区主要包括水调自动化系统(本期不设置)、电能量计量系统(本期不设置)和动力环境监测系统等，安全III区主要包括视频监视系统等。安全I 区的应用和安全II 区的应用通过防火墙逻辑隔离，安全II 区的应用和安全III 区的应用通过物理隔离装置进行隔离。

集控中心计算机监控系统是以对南欧江流域发电有限公司所属的南欧江梯级电站生产过程进行监视，统一生产管理，提高电站的运行效率和可靠性等原则进行的总体设计和配置。

5.1 系统结构

集控中心计算机监控系统与流域内各厂站计算机监控系统的组网方式为：集控中心计算机监控系统与各厂站计算机监控上位机系统通信，并经各厂站计算机监控系统网络控制到各梯级电站机组及其它主要设备。

5.1.1 系统分布

南欧江流域梯级水电站集中计算机监控系统控制对象包括：南欧江一至七级电站的计算机监控系统。它们通过通信通道相互连接，进行数据通信，构成一个全计算机监控的实时计算机网络系统，以监视及控制各电站的运行。

5.1.2 网络结构

集控中心计算机监控系统采用全开放的分层分布式结构，网络介质采用光纤或同轴电缆。系统采用双星型快速以太网结构，网络通信协议采用TCP/IP，网络的传输速率达到1000 Mb/s。

为满足梯级水电站调度自动化需要，各接入点计算机监控系统需配置标准的数据通信应用层协议DL/T 634.5104-2002（IEC60870-5-104:2000），实 现接收和发送各种类型的数据至集控中心，并确保上行和下行数据的及时、准确。

流域中各接入电站的监控系统通过各站配置的用于与集控中心计算机监控系统的集控通信服务器、纵向认证加密、路由器等装置，与集控中心计算机监控系统构成一个计算机网络。

计算机监控系统网络采用1000 Mb/s 双星型快速以太网结构，并具有一定的扩展能力，主要考虑流域中目前规划实施的各级电站监控系统接入，同时考虑将来可能新增接入电站的能力。

集控中心自动化系统采用链式结构，计算机监控系统（位于I 区）与II 区系统采用防火墙隔离，II、III区之间设置隔离装置。I 区和II 区均设置数据交换服务器，用于数据交互，同时兼顾与大屏工作站的通信。

图3 计算机监控系统框图（I 区）

6 配套设施

除自动化系统和通信系统外，为了满足集控中心正常运行和安全运行的需要，还进行了集控中心配套设施的建设，包括：供配电系统、大屏幕系统、视频监视系统、门禁系统、防雷接地系统、综合布线系统、动力环境监测系统、消防系统等子系统。

6.1 供配电系统

为保证集控中心各系统设备安全可靠运行，集控中心需要双路独立AC 400 V 市电电源接入。低压配电系统采用0.4 kV 一级电压供电，0.4 kV 接线采用单母线分A、B 两段接线，两段母线间设置备用电源自动投入装置，互为热备用。正常运行时，A、B两段分段独立运行，其中一段失电后，由另一段带全部负荷。另外，柴油发电机引1 回进线接至0.4 kV A 段母线上，作为低压配电系统的应急电源，当两回电源均失电时，自动启动柴油发电机，给重要负荷供电。

为保证集控中心供电的质量和安全可靠，还配置一套冗余UPS 电源系统，供集控中心服务器、工作站、交换机、事故照明、大屏等重要负荷使用，该系统由两台逆变装置、两组蓄电池组成。两套逆变电源分段独立运行，正常运行时每组逆变装置承担50%的负荷。从设备供电可靠性考虑，对双电源供电的设备，分两路供电；对只有单电源供电的设备配置STS 供电。

6.2 大屏幕系统

集控中心设置一套3.36 m×7.20 m 的LED 大屏幕显示设备，可以从计算机监控系统中得到信息并在大屏幕上反映系统运行状况及主要参数，同时还可以接收各电站视频监视系统的视频信号并在大屏幕上反映。计算机监控系统I 区、II 区通过数据交换服务器DVI 接口接入大屏幕显示设备，视频监视系统通过DVI 接口接入大屏幕显示设备。

集控中心大屏幕拼接系统，包括一套大屏幕管理计算机、一套控制计算机，一套图像拼接控制器和一套液晶拼接大屏幕，通过图像拼接处理器可以将多路视频监视信号、计算机显示信号实时显示，同时将RGB 图像窗口和VIDEO 图像窗口无约束的进行叠加、漫游和单屏分割。通过控制计算机可对显示信号进行多个管理，可在屏幕显示范围内对信号进行拉伸、组合、场景预设等模式。

6.3 视频监视系统

集控中心按照全数字高清图像标准配置一套数字视频监控系统，该系统主要设备有视频管理服务器、视频存储服务器、流媒体服务器（含网关）、视频核心交换机及双屏视频工作站等。其中视频交换机形成整个集控视频监控的组网核心。除各级电站的视频监控信号外，本系统还兼顾集控中心现场的需要，在集控中心设置现场监控点。各电站现地视频监控网络分别选择当地4 路监控画面，通过路由器和光纤通信网送入集控中心视频监控系统，在操作控制台上巡回显示。

6.4 门禁系统

根据集控中心不同机房内的设备和功能，集控中心和各机房对各进出门进行不同的安全等级保障管理。通过采用视频监视系统进行一般监视，配合入口门禁系统进行管理，对人员进行分流。根据机房、集控中心不同的安全等级，通过门禁卡对出入各设防区域的人员身份、进出及停留时间，对电动门锁进行控制，能实时反映、记录门的开关状态。同时联动视频监控系统，对进出各类门的人员进行实时画面记录和回放。

6.5 防雷接地系统

6.5.1 进线防雷接地设计

为防止雷电侵入波对设备的损害，在22 kV 电缆和架空线连接处设置了一组避雷器；在22 kV 电缆进线处（箱变内）设置一组避雷器；在400 V 两段母线的进线处各设一组避雷器。

6.5.2 机房接地系统设计

集控大厅、服务器及通信设备室、蓄电池室应有良好的工作接地，以及防雷和防过电压措施。集控中心各系统设备接地利用办公大楼的公用电气接地网接地，并保证一点接地，总接地电阻应小于1 Ω。

6.6 综合布线系统

综合布线系统是集控中心配套设施的信息网络基础，因此，在系统设计和产品选型中重点关注布线产品的质量、布线系统的模块化、以及系统的安全性、可管理性和可维护性，同时本设计兼顾考虑机房及集控中心的应用特点以及将来发展的需要。

根据本项目特点，综合布线系统在服务器及通信设备室设置列头柜，分别用于强、弱电系统。

本项目综合布线系统包括LAN 数据网铜缆和光缆布线系统。其中铜缆采用CAT6 六类非屏蔽产品，光缆采用室内多模万兆系列产品。

6.7 动力环境监测系统

为了能够随时了解集控中心供配电、消防、门禁等设备运行情况和温湿度等环境状态，设置了一套机房环境动力监测系统，由集中监测平台和现场采集、执行设备组成。检测信息可以通过集中监控平台服务器上传到集控中心计算机监控系统。

本系统部署在安全区II。

系统采用现场智能采集设备采集各类设备的重要信息并传送给监测主机，在监测主机上能够方便、实时查看到各智能设备的所有运行参数和运行状态。

系统监控对象主要包括：供配电子系统、UPS电源子系统、蓄电池监测子系统和温湿度子系统。

6.8 消防系统

6.8.1 设计原则

（1）考虑集控中心区内发生各类火灾的防止和扑灭，立足于自救。

（2）根据“预防为主，防消结合”的方针，按照有关规程、规范及规定的要求，采取相应的防火措施，设置必要的灭火系统。

6.8.2 消防疏散通道

集控中心所在二楼集控大厅有一部楼梯直通办公大楼一楼出口，集控中心机房区设有左右贯通的通道，各生产功能房间能方便的到达楼梯，便于火灾时的人员疏散，各房间均按规范要求为外开门设置。火灾时人员从房间逃出后能及时方便的从一楼出口撤离。

6.8.3 消防设施

UPS 室、服务器及通信设备室设置有柜式自动气体灭火设备，在集控大厅、楼梯间等地设置一定数量灭火器。

6.8.4 火灾自动报警系统

集控中心火灾自动报警系统单独建立，仅监控集控中心区域，各梯级电站火灾自动报警系统将火灾信号上送各梯级电站的计算机监控系统，由电站的计算机监控系统通过通信设备送至集控中心；目前，集控中心的计算机监控系统对各个梯级电站的火灾报警系统仅做简单的监视，不实施控制。

集控中心设置一套火灾自动报警系统，集中报警控制器组柜安装在集控大厅；在集控大厅、服务器及通信设备室、蓄电池室等地设置火灾探测器。探测器与集中报警控制器采用总线连接，当发生火灾时，系统发出报警并联动气体灭火设备。各报警区域按规范要求及现场实际情况还设置了手动报警按钮、声光报警器、控制模块、监视模块等设备。

6.8.5 消防供电

集控中心火灾自动报警系统实施双路电源供电，电源取自UPS 屏。

集控中心设有事故照明，事故照明由UPS 屏供电。

7 主要设备布置

南欧江梯级水电站集控中心位于南欧江电力运维中心办公楼内，其中，集控大厅和工程师室位于办公楼2 楼，布置有大屏幕及系统盘柜、火灾报警主机柜以及控制台等；蓄电池室、UPS 室、服务器及通信设备室位于办公楼1 楼，布置有蓄电池组、UPS 盘柜和通信电源柜、强弱电列头柜、监控系统盘柜、通信系统盘柜、水情系统盘柜、环境动力监测系统盘柜等，并预留了部分备用盘柜位置供未来电站接入使用。

图4 集控大厅

8 结语

南欧江流域集控中心是老挝国家电网第一个投运的流域梯级电站集控中心，通过先进的计算机网络和通信技术，对南欧江流域内的梯级水电站进行实时控制及调度管理。南欧江流域集控中心已于2019 年12 月投入运行，上述各系统设备运行良好，为实现南欧江流域7个电站的联合经济运行，达到进一步降低各梯级电站发电成本、提高水资源的利用效率及提高流域整体规模效益，打下了良好的基础。南欧江流域集控中心的建设，尽显南欧江流域梯级电站管理“窗口”效应，得到中老各级领导赞誉，被老挝相关行业的技术人员誉为值得借鉴的工程范例。