龙开口水电站计算机监控系统应用及关键技术分析

龙开口水电站计算机监控系统应用及关键技术分析

郗发刚

（华能澜沧江水电有限公司云南昆明市650214）

摘要：本文主要介绍了龙开口水电站计算机监控系统的系统结构及层次，着重阐述了龙开口电站监控系统中的设计模式及软件特点。该电站计算机监控系统采用“大监控”模式，为巨型水电站计算机监控系统的设计和建设积累了经验。

关健词：巨型水电站；计算机监控系统；大监控；冗余策略

1前言

龙开口水电站位于云南省大理州鹤庆县（右岸）与丽江市永胜县（左岸）交界处，是金沙江中游河段规划一库八级的第六级电站，上接金安桥水电站，下邻鲁地拉水电站。大坝为碾压混凝土重力坝，最大坝高116米，坝顶长度768米，水库正常蓄水位为1298米，总库容5.58亿立方米，调节库容1.13亿立方米。电站厂房为坝后式，共安装五台单机36万千瓦机组，总装机容量为180万千瓦，年发电量74亿千瓦时，相当于每年为国家节约标准煤约220万吨，减排二氧化碳约600万吨。电站建成后，除发电外，还可为电站下游金沙江沿岸的鹤庆县及永胜县10.8万亩农田提供灌溉水量7937万立方米/年，并可为灌区提供人畜用水量202万立方米/年。电站以2回500kV一级电压等级接入电力系统，供电云南电网和南方电网，在系统中担负调峰、调频和事故备用任务。

2.系统结构及层次

龙开口计算机监控系统采用了开放式分层分布式系统结构，包含集控层、电站控制层和现地控制层。系统网络采用的是星型网络结构，集控层与电站层采用的是双通道专线连接，电站层和现地层采用百兆/千兆快速光纤以太网实现网络互联。

2.1集控层

集控层主要负责管理梯级电站的运行自动化，即梯级电站的自动发电控制和自动电压控制等功能，包含了历史数据保存和检索，画面显示，实时的监视、控制调节和参数设置等，但不允许修改或测试电站层和现地层的各个软件。澜沧江集控中心涉及到与龙开口关联的设备主要有独立的2台电站通信机和相关的交换机和网络设备，其他的主机和历史库以及操作员等都是公用的，主要负责对龙开口电站远程监视控制，包括电站各种设备的运行监视、机组开停机控制，开关站的开关控制，AGC和AVC控制，事故分析处理、实时图形显示、发布操作命令、各种报表生成、事故故障信号的分析处理等功能。正常情况下，电站的运行都是由集控中心负责。

2.2电站控制层

龙开口电站控制层监控系统主要用于综合自动化的组态、维护、水电站运行的监视、操作、信息管理、远动、网络通信和优化控制，AGC控制运算、AVC控制运算等。其主要设备包含主机、历史站、操作员站、工程师站、通信机、语音机、信息管理工作站、web服务器、通信网络设备、远程登陆和访问设备、打印设备、UPS、GPS对时设备、电话语音报警、模拟返回屏、操作控制台等。

2.3现地控制层

现地控制层由一系列水电站综合自动化装置组成，包括机组现地控制单元、开关站及公用现地控制单元、坝区现地控制单元、辅机现地控制单元等，主要完成对被监控设备的数据采集、顺序控制流程、逻辑控制流程以及与系统中其它装置的数据交换和状态采集。

2.4大监控设计模式

龙开口水电站在设计之初就将电站的油、气、水等辅机自动化控制设备也纳入到监控系统，更改传统的辅机控制设备随辅机机电设备一起提供模式，因为这些辅机厂家的强项主要是机电设备方面，对于机电设备的控制系统对他们来说是弱项，而对于计算机监控厂家而言又是强项，龙开口水电站计算机监控系统最大延伸到各个系统中，将闸门控制单元纳入到坝区LCU远程IO；油气水等公用控制部分纳入到公用LCU的远程IO中；开关站每一串控制并入到开关站公用LCU的远程IO，这些远程IO，即作为LCU的一部分，同时也各自承担监控各自对象，其中一个出现问题，不会影响到其他远程IO，由于各个远程IO设计成一个独立的LCU模式，它配置了独立的CPU和开入和开出模块，因此，当它与本体LCU通信断开时，还能发挥出监视和控制的功能，即使本体LCU出现故障，也不影响远程IO的功能，从而确保了设备的安全运行和可靠性，提升了系统稳定性。

2.5监控系统软件特色

电站上位机系统平台实现了一体化的数据存储和完备的统计分析功能、可自动化部署与集中管理、支持IEC61850标准接入，具有安全可靠、集成标准、决策智能等特点，完全满足水电站生产过程控制智能化、运行调度决策智能化、数据信息一体化的要求。

1）统一标准的数据存储

作为统一的数据信息平台，可以实现生产I区各自动化系统之间的资源整合，通过通用标准的数据接口方式，对各子系统数据进行抽取、传输、加工、统计、存储，形成厂级数据中心，从而为生产管理和决策分析提供数据基础。此过程需要满足数据集成的完整性、一致性、准实时性、接口规范性、访问安全性等要求，数据交换技术和数据存储技术是构建数据分析处理平台的关键技术。

2）完备的统计分析

NC2000监控平台提供了完备的生产过程数据记录和统计功能，增加新的数据记录类型，提高数据记录信息的准确性和完整性，满足电站各种运行参数的统计分析报表的制作要求；改进人机接口环境，提高软件使用的易用性和综合展示效果。

3）支持IEC61850标准接入

IEC61850是基于通用网络平台的电力自动化系统的国际标准，标准具有一系列特点和优点：分层的智能电子设备和自动化系统；根据电力系统生产过程的特点，制定满足实时信息和其他信息传输要求的服务模型；采用抽象通信服务接口、特定通信服务映射以适应网络技术迅猛发展的要求；采用对象建模技术，面向设备建模和自我描述以适应应用功能的需要和发展，满足应用开放互操作性要求；快速传输变化值；采用配置语言，配备配置工具，在信息源定义数据和数据属性；定义和传输元数据、扩充数据和设备管理功能；传输采样测量值等。

2.6冗余策略设计

水电站设备的安全、可靠、稳定是水电站计算机监控系统最重要的目的，当设备处于非正常运行情况下时，控制系统将自动发出告警信号以引起操作人员的注意或处理，当水电站设备的运行出现故障时，自动控制系统能及时停机，从而避免了故障的进一步扩大，以造成水电站设备的损坏，同时保证了水电站设备运行的可靠性和电网运行的稳定性。龙开口水电站计算机监控系统采用了多重冗余措施保证系统的安全、稳定可靠。

1.硬件多采用热备和冗余措施，主要关键的设备都采用双机，互为热备，系统由软硬件实现冗余设备的检测与故障诊断，实现冗余部件的无扰动切换，确保系统中某一部件的故障不影响系统的正常运行。

2.采用深度分布式设计，当上位机控制层与现地控制单元LCU通信中断后，现地控制单元LCU上依然能实现对现地控制对象的监视和控制功能；同时当上位机控制层与现地控制单元LCU通信恢复后，现地控制单元LCU又能自动地恢复上位机控制层的控制和管理。

3.应用了合理控制冗余策略，对主要监测量的采集一般都采用双自动化元器件，同时对采集到的相同的监视信号，在软件中采用合理策略控制，如轴瓦等温度过高而停机，没有采用单点温度过高，而是采用相邻两点温度过高并延时；有功功率和无功功率的2个测量源采用平滑处理，并当一个测量源有问题时，自动切换到另外一个测量源。这些策略的应用，保证了系统稳定性和很好的可靠性。

3结束语

龙开口水电站作为国内巨型水电站，其计算机监控系统监控对象包括了全厂所有设备，由于机组容量大、需要监视控制的设备多，因此它必须要求系统先进、可靠、安全。龙开口监控系统在保证可靠实用、易扩充的前提下，按照冗余化和开放式的系统结构设计，整个系统技术先进、结构合理、功能完善。

参考文献：

[1]施冲，朱辰，方辉钦，等.水电厂计算机监控技术发展趋势分析.水电自动化与大坝监测，2002，26（6）：1~4.

[2]中国电力行业标准DL/T5065-1996.水力发电厂计算机监控系统设计规定[S].

[3]杨胜保.水电站监控系统设计探讨.中国农村水利水电，2007，（5）：114—115.