梯級電站集控中心綜合自動化系統(tǒng)

1、梯級電站集控中心綜合自動化系統(tǒng)任妮 羅揚曙（云南電力技術有限責任公司 云南昆明 650217）摘要：隨著水電能源的大規(guī)模開發(fā)，大批的梯級電站建成投運，為了有效的利用水能資源，增加企業(yè)的市場競爭力，提高電力生產(chǎn)的自動化水平和生產(chǎn)效率，實現(xiàn)梯級電站的集中控制是非常必要的。本文針對碩多崗河流域梯級電站集控中心自動化監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)，介紹了項目研究的內(nèi)容和方法、建設方案分析、成果應用等。關鍵字：梯級電站；集中控制；監(jiān)控系統(tǒng)；自動化Abstract: With the large-scale development of hydropower, large quantities of cascade hy

2、dropower stations have built and put into operation. In order to effectively utilize water resources, increase the market competition of enterprises, improve the production of electric power automation level and production efficiency ,It is very necessary to realize the cascade hydropower stations o

3、f centralized control. According to the realized of automation monitoring system that Bosoar more sloping river basin cascade hydropower stations have built ,we will introduce the project research contents and methods ,the system construction scheme analysis, construction achievements of application

4、 and so on.Key word: Cascade hydropower stations; Centralized control;Monitoring system;Automation 0 前言隨著技術的發(fā)展及運行值班方式要求的日益提高，機組的自動控制水平已不能滿足現(xiàn)代化水電廠的要求。為了提高水電站計算機監(jiān)視和自動控制水平，降低生產(chǎn)運營成本、整合人力資源、優(yōu)化經(jīng)濟調(diào)度、創(chuàng)新管理模式、提高企業(yè)經(jīng)濟效益、社會效益和綜合競爭力，我們建立了碩多崗河梯級集控中心。碩多崗河流域梯級電站是集各梯級電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)、水庫調(diào)度、電力調(diào)度、市場營銷、行政管理為一體的控制的系統(tǒng)，是一支集發(fā)電、防洪、灌

5、溉等多目標為一體的綜合型系統(tǒng)。 國電香格里拉發(fā)電有限公司只有有效地利用好碩多崗河流域已有的地位優(yōu)勢和水資源優(yōu)勢，以科技為手段，著眼公司未來，按照科學的發(fā)展觀和具有戰(zhàn)略高度的管理，來提高各發(fā)電廠目前生產(chǎn)的自動化水平和生產(chǎn)效率，從而增加公司的市場競爭力。1 系統(tǒng)方案介紹 本項目欲建成“一庫六級”梯級電站集中控制和管理，由于涉及電站數(shù)量多，建設時間、系統(tǒng)選型、系統(tǒng)接入等不一致，導致建設流域梯級集控中心的工程量大，工期較長，并且資金投入較多，存在一定資金短缺風險。所以采用統(tǒng)一規(guī)劃，分步實施的原則即先建成基本滿足流域梯級電站集中控制和管理一套綜合自動化系統(tǒng)，待項目產(chǎn)生一定經(jīng)濟效益后，再將盈利部分投入項目

6、后續(xù)建設和開發(fā)工作中，逐步接入和完善，完成整個項目，緩解了資金壓力。2 系統(tǒng)方案分析 碩多崗河流域梯級電站集控中心綜合自動化系統(tǒng)的核心是計算機監(jiān)控系統(tǒng)，還包括水輪發(fā)電機組運行參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)、生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)、工業(yè)電視監(jiān)視系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、五防監(jiān)控系統(tǒng)、消防監(jiān)控系統(tǒng)、水情測報系統(tǒng)等。本文將著重介紹計算機監(jiān)控系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和機組振擺監(jiān)測系統(tǒng)。2.1 計算機監(jiān)控系統(tǒng)設計 本方案只涉及集控中心第一期工程（吉沙水電站、沖江河一期水電站、沖江河擴充電站、螺螄灣水電站）四個電站，將第一期四個梯級電站納入集控中心計算機監(jiān)控系統(tǒng)，并留有第二期電站接入的接口和備用接口，計算機監(jiān)控系統(tǒng)通過核心功能經(jīng)濟

7、調(diào)度和自動發(fā)電控制，為電廠帶來更多的經(jīng)濟效益。計算機監(jiān)控系統(tǒng)包括：上級電力調(diào)度（云南省調(diào)、迪慶地調(diào)）計算機監(jiān)控系統(tǒng)（屬于調(diào)度機構）、碩多崗河流域梯級電站集控中心計算機監(jiān)控系統(tǒng)、流域各梯級電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)三部分。2.1.1 方案的選擇 碩多崗河流域各梯級電站的是典型的中小型水電站。計算機監(jiān)控系統(tǒng)的投資要求價格適中，后期管理簡易等特點，適宜碩多崗河流域梯級電站進行設備更換與系統(tǒng)升級，并有預留接口，方便以后系統(tǒng)擴展。 就碩多崗河流域梯級電站集控中心而言，控制對象主要是各梯級電站。以梯級電站為單元設置多套相應的裝置，每套裝置便構成了集控中心的現(xiàn)場控制單元。每個控制單元均能獨立完成對控制對象的數(shù)據(jù)采集

8、與處理、控制調(diào)節(jié)、與上位機的通信等多項功能。由于集控中心的生產(chǎn)過程和管理體制都是一個垂直的調(diào)度系統(tǒng)，層次分明，任務明確，關系清楚。為適應這樣一種生產(chǎn)方式和分級管理體制，碩多崗河流域梯級電站計算機系統(tǒng)宜采用分布式處理一般都與電廠分層控制結合起來，形成了當今最流行的一種計算機監(jiān)控系統(tǒng)結構模式-分層分布式結構模式。2.1.2監(jiān)控系統(tǒng)設計的原則11）完成梯級集中監(jiān)控的任務；2）與計算機監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)、外有關的系統(tǒng)進行通信，準確、及時、全面地收集“各梯級電站”集中控制與管理的各種信息。3）根據(jù)工作需要和調(diào)度要求，將收集到的信息進行分析、處理、存儲、上送；4）對“各梯級電站”發(fā)電設備進行自動監(jiān)視，并按電力系統(tǒng)

9、調(diào)度要求及“各梯級電站”和各開關站運行要求進行自動控制，確?！案魈菁夒娬尽彼袡C電設備安全、可靠運行；5)實現(xiàn)“各梯級調(diào)度”聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度和經(jīng)濟運行；6)與有關部門進行通信，傳送有關信息，接受對“各梯級電站”調(diào)度的要求；7）對“各梯級電站”進行安全分析；8）負責組織執(zhí)行調(diào)度機構下達的有關水電站的發(fā)電計劃。2.2 工業(yè)電視系統(tǒng) 工業(yè)電視2作為監(jiān)控系統(tǒng)的補充手段，具有可靠性，實時性、清晰性、可記錄性的特點，是實現(xiàn)電廠安全運行的重要保證。工業(yè)電視已經(jīng)成為實現(xiàn)水電廠“無人值班，少人值守”的重要技術保證。同時兼顧電站消防監(jiān)控系統(tǒng)火災確認的需要，有效的防范火災事故的發(fā)生和蔓延，保障電站設備的安全運行和人員的

10、安全。碩多崗河集控中心工業(yè)電視系統(tǒng)結構與計算機監(jiān)控系統(tǒng)結構相似。分為三層結構：集控中心工業(yè)電視系統(tǒng)控制層，梯級電站工業(yè)電視系統(tǒng)控制層，現(xiàn)場采集層。2.2.1 方案的選擇考慮到經(jīng)濟性和實用性，結合梯級電站工業(yè)電視的情況，碩多崗河集控中心工業(yè)電視系統(tǒng)，只需將四個電站的工業(yè)電視系統(tǒng)接入集控中心工業(yè)電視系統(tǒng)，對梯級電站工業(yè)電視系統(tǒng)進行系統(tǒng)功能完善。梯級電站以交換機為出口通過通信光纖通道傳輸，通過100M以太網(wǎng)絡接口連接到集控中心工業(yè)電視交換機上，完成流域各梯級電站與集控中心的數(shù)據(jù)傳輸。實現(xiàn)遠程集中監(jiān)控，通過監(jiān)控畫面和視頻信息進行現(xiàn)場巡查。2.2.2 2.3 通信系統(tǒng) 為滿足碩多崗河梯級集控中心和各梯級

11、電站之間的計算機監(jiān)控系統(tǒng)、工業(yè)電視、機組在線監(jiān)測系統(tǒng)（振動擺渡）及水情測報系統(tǒng)等對通信傳輸網(wǎng)絡的要求，對碩多崗河流域梯級電站通信系統(tǒng)進行總體研究。2.3.1 通信方式的選擇 根據(jù)碩多崗河流域梯級電站“一庫六級”規(guī)劃，以及目前建成各電站的實際情況，目前可以接入集控中心的有三級電站。由于香電司公司都是小型電站，流域分布較近，傳輸網(wǎng)絡最大距離在50公里左右，根據(jù)現(xiàn)有的通信技術，考慮到傳輸容量較大，因此我們推薦使用光纖網(wǎng)絡傳輸。 光纖傳輸以其高寬帶、低損耗、抗干擾能力強等特點，已成為當今高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖紫让襟w，同時，光纖網(wǎng)絡具有強大的自愈保護功能，大大提高了光纖通信的可靠性，光纖網(wǎng)絡具有傳輸容量大的特

12、點，這為實現(xiàn)全流域梯級電站至集控中心的計算機監(jiān)控數(shù)字傳輸和圖像傳輸提供了足夠的通道保證。根據(jù)碩多崗河流域梯級電站集控中心對網(wǎng)絡業(yè)務、安全性、可靠性和經(jīng)濟性的考慮，并從長遠的發(fā)展來看，并充分利用電力系統(tǒng)光纖資源，可以組建碩多崗河全流域的光纖傳輸網(wǎng)絡，且很多需要架設的光纜可以沿輸電線路進行架設，提高可靠性，維護工作量也較少。2.3.2 網(wǎng)絡結構及傳輸方式分析研究1. 網(wǎng)絡結構的選擇 根據(jù)香電司公司碩多崗河梯級電站開發(fā)情況以及后續(xù)電站的接入要求以及目前電力系統(tǒng)應用來看，提出星型、環(huán)形及總線型三種交互式以太網(wǎng)結構，并對三種網(wǎng)絡結構進行比較、論述和研究，本文推薦使用星型結構，如圖2-1所示。 圖2-1

13、星型網(wǎng)絡結構圖 星型結構是指各電站以星型方式連接成網(wǎng)。星型結構簡單，便于管理；控制簡單，便于建網(wǎng)；網(wǎng)絡延遲時間較小，傳輸誤差較低。但缺點也是明顯的：可靠性較低、且后續(xù)投產(chǎn)電站較遠時，接入困難，資源共享能力也較差，另外中心節(jié)點故障時，會導致整個網(wǎng)絡癱瘓。本梯級電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)節(jié)點不多，3個節(jié)點分布在同層的網(wǎng)絡上，各層下層網(wǎng)絡為現(xiàn)地LCU單環(huán)網(wǎng)通信層，可以改建為環(huán)網(wǎng)，增加可靠性。另外如果電站級星型網(wǎng)絡冗余配置，配置冗余中心節(jié)點，其一個中心節(jié)點故障不會導致整個網(wǎng)絡的癱瘓。如果選用此方案，通信通道為獨立雙通道滿足要求，可靠性較高，且提高了電站通信設備的使用率，減少光纜投資，本研究推薦使用此方案。2.

14、集控與調(diào)度通信研究 集控中心建立后必須實現(xiàn)與調(diào)度中心通信，按照調(diào)度要求對集控中心接入電力系統(tǒng)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)進行研究，建議集控中心直接接入云南電網(wǎng)公司新建的電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)，一次性按電網(wǎng)公司的要求配置系統(tǒng)側和電站側電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)絡設備和通信設備。目前云南電力骨干網(wǎng)光纖通信拓撲圖如下圖所示。圖2-2 云南電力骨干網(wǎng)光纖通信拓撲圖 根據(jù)目前香電司各電站接入調(diào)度情況，為節(jié)約成本，調(diào)度建立集控中心方案時，根據(jù)分析可得，調(diào)度通信系統(tǒng)選擇方案具體如下，集控中心通信系統(tǒng)應充分與電網(wǎng)公司溝通利用目前沖江河電站的通信設備，如果不滿足電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)要求，增加一套光傳輸設備，冗余使用，完成集控中心與省調(diào)和地調(diào)之間話音、遠

15、動、數(shù)據(jù)等業(yè)務的傳輸，另外根據(jù)電網(wǎng)公司要求還需冗余配置一套調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)絡設備，包括交換機、縱向認證和橫向加密隔離設備，以及接入路由器。集控中心數(shù)據(jù)通過光纜延伸接至沖江河通信機房，在通信機房配置調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)絡設備兩套，電力安全縱向認證、橫向隔離設備兩套，再接入兩臺交換機，最后由接入路由器E1接口接至XDM100設備，傳輸至調(diào)度。與調(diào)度通信必須按電網(wǎng)公司要求上報集控建立方案信息，以電網(wǎng)公司回復建立的通信傳輸方式為準。電廠端通信設備增加光端機一套，通信電源、PCM、配線架使用原有設備，減少投資。此方案不僅能滿足相關規(guī)程及電網(wǎng)調(diào)度的要求，且投資最少，技術可行。2.4. 機組振擺監(jiān)測系統(tǒng) 國電香格里拉發(fā)

16、電有限責任公司規(guī)劃建立碩多崗河流域梯級電站集控中心，同時計劃逐步對各電站機組振擺監(jiān)測系統(tǒng)進行徹底改造。通過設置機組振擺在線監(jiān)測系統(tǒng)，采集機組運行過程中的振動、擺度、壓力脈動等數(shù)據(jù)，能實時監(jiān)測分析機組穩(wěn)定性狀況，及時發(fā)現(xiàn)機組故障、指導機組運行和檢修。集控中心納入機組振擺監(jiān)測系統(tǒng)3，能夠?qū)崟r、動態(tài)掌握機組振動區(qū)與運行水頭、功率等的關系，為機組負荷分配優(yōu)化運行提供數(shù)據(jù)支持和依據(jù)。2.4.1 方案設計 集控中心不配置專門的硬件設備，僅使用客戶端軟件通過網(wǎng)絡直接訪問電站的振擺監(jiān)測系統(tǒng)，在集控中心完成遠程監(jiān)測以及在電站完成現(xiàn)地監(jiān)測，而數(shù)據(jù)的分析和診斷功能則交由遠程分析診斷中心完成。遠程分析診斷中心是為各電

17、站提供機組遠程監(jiān)測、遠程分析、遠程診斷的專門機構，它可以位于電力試驗單位、發(fā)電企業(yè)或其它專門研究服務機構。振擺監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可通過Internet或電力廣域網(wǎng)傳送到遠程分析中心。具體方案網(wǎng)絡拓撲圖如圖2-3所示。圖2-3 監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲圖 該方案的特點是各電站能實現(xiàn)機組振擺監(jiān)測功能，可以滿足運行基本要求；監(jiān)測數(shù)據(jù)的后續(xù)分析、深入挖掘、故障診斷、振動區(qū)確定及設備性能評估等工作由專門機構完成，能及時得到有關專家的技術支持，專業(yè)化程度較高；減少了系統(tǒng)維護工作量，成本相對較低。3.成果應用國電集團內(nèi)部和其它發(fā)電集團也越來越多的開始建立集中控制中心，以本集控中心作為示范，進一步推動國電公司中小型集控中心建立，提高國電公司整體的技術實力和管理水平。4. 結語碩多崗河域梯級電站集控中心計算機監(jiān)控系統(tǒng)是在總結、吸收已投運的梯級電站調(diào)度自動化系統(tǒng)經(jīng)驗的基礎上, 采用許多先進的技術和設計思想開發(fā)完成的。它的投入運行和梯