廖华杰 石林
（华能西藏雅鲁藏布江水电开发投资有限公司藏木水电厂 西藏山南 856417）
摘要：针对华能西藏雅鲁藏布江水电开发投资有限公司对雅鲁藏布江流域水电开发的规划，结合藏木水电厂对街需、藏木、加查三级电站的“一厂三站”式管理模式，以及已确立的在流域第一座电站建设初期就统筹规划流域电站集控模式，设立山南集控中心、林芝集控中心及成都运营管理及技术支持中心的流域电站群远程集控设置方案，本文提出基于雅鲁藏布江流域梯级电站全开放、分布式的计算机监控系统整体解决方案。通过对流域集控中心计算机监控系统功能、组成的研究，以“扩大厂站”概念为基础，完成了计算机监控系统的结构、功能构建和集控级、现地级设备的配置，为流域电站群计算机监控系统建设提供了切实可行的实施方案。
关键词：雅鲁藏布江流域；水电站群；远程集控；计算机监控系统
0. 引言
华能西藏发电有限公司拟在雅鲁藏布江中游建设街需、藏木、加查三座梯级电站。其中藏木水电站位于西藏自治区山南地区加查县境内，是雅鲁藏布江干流上建设的第一个水电站，装机容量510MW（85MW×6）。下游加查水电站装机容量360MW（120MW×3），于2013年底开工建设，计划2018年首台机组发电。上游街需水电站目前正在开展可研设计工作，装机容量560MW（140MW×4）。三座电站出线电压等级均为220kV。藏木水电站业主营地则位于藏木水电站下游约3km处。
目前华能西藏发电有限公司已规划由藏木水电厂以“一厂三站”模式对街需、藏木、加查三座梯级电站进行统一运营管理，同时确立在藏木水电站建设初期就统筹规划流域电站集控模式，设立山南集控中心、林芝集控中心及成都运营管理及技术支持中心的流域电站群远程集控设置方案。为实现藏木等三个梯级电站安全、稳定、经济运行的需要，适应“无人值班”的现代化水电站生产管理模式，满足现代化数字电站所必须的集中调度管理、分布式网络控制需求[1-4]。本文基于雅鲁藏布江流域林芝集控中心、山南集控中心与流域内的藏木水电站发电同期建成的事实依据，提出雅鲁藏布江流域梯级电站全开放、分布式的计算机监控系统整体解决方案。该方案以“扩大厂站”概念为基础[5,6]，各个电站根据机组台数、公用设备和开关站、闸首的分布等情况设置现地控制单元（LCU, Local Control Unit），现场不再设置独立的计算机监控系统（中控室），直接由梯级集控中心的厂级计算机进行统一监控、管理、集中调度。
1. 计算机监控系统总体结构
计算机监控系统主要由各个梯级电站的LCU及梯级集控中心的厂级计算机等设备构成一个全计算机监控的实时计算机网络系统，文中该系统同时应具备在林芝集控中心实施监控和优化调度的能力。
本文取消藏木等三个梯级电站内中控室和计算机监控系统的上位机，通过设置在现地的各个控制单元进行机组的启、停及并网操作，机组无功功率和有功功率的调整，主变低压侧及高压侧断路器的合、分操作等所有的机组及辅助设备、公用设备的控制、操作，并可通过LCU上的人机界面进行控制操作和人工查询，机旁只设置简单的水机事故保护回路（独立于计算机监控系统之外）。各个现地控制单元由内置的100Mbps交换机和多模光缆构成电站内部现场网络，通过交换机接入到贯穿整个梯级电站和流域集控中心的骨干通信网中，与集控中心的厂级计算机共同构成一个完整的计算机监控系统。为满足电站投运前期和应急情况下在电站内值班的需要，各电站可设置1套简易服务器兼运行操作工作站。另外，为满足电网调度的要求，可配置2套调度通信网关管理计算机。
正常运行时，由设在山南集控中心的运行操作工作站(OS，Operator Station)对各个梯级电站进行实时控制、安全监视及调度管理。当由于故障使电站内的LCU与集控中心的运行操作工作站联系中断时，各个LCU仍然能脱网独立运行，且LCU内包含有控制范围内完整的实时数据库和较长时间的历史数据库。
2. 梯级电站现地控制单元配置
LCU具备较强的独立运行能力，在与上位机失去联络状态下可以独立运行，完成其监视控制范围内的数据实时采集、处理、调节控制、设备工况转换、设定值的修改等任务。要求LCU处理速度快，应有纠错、容错能力，并能储存其监控范围内完整的各种数据，采用带冗余的双32位处理器，与厂站级及集控中心级服务器等通过网络交换机设备进行联网通讯，传递必要数据的变化并接受运行操作工作站的命令。各个梯级电站内的LCU根据电站内的布置、主接线等情况进行配置。以藏木水电站为例，机组1～6号LCU用于发电机监控、副厂房8号LCU用于公用和机组辅助设备监控、开关站控制楼7号LCU用于开关站设备监控和闸首9号LCU。为便于区分，各个LCU的编号规则为电站的站号加上LCU的顺序号，街需（一级）、藏木（二级）、加查（三级）电站的站号依次为1、2、3。雅鲁藏布江中游梯级电站计算机监控系统结构如图1所示。
图1 梯级电站计算机监控系统结构图
各个梯级电站不单独设置运行操作工作站以及脱网的可能性，为实现历史数据的完整性和现场运行监视的需要，各LCU均应配置带有液晶显示屏的工业控制计算机。当网络正常时，电厂级工作站与LCU的主控制器通信，满足实时监视控制的需要；当网络中断时，各LCU的数据仍然能在LCU的工控机内保存较长时间，一旦网络通信恢复，即可刷新到厂级工作站的历史数据库中。
对于LCU内部，可由两个冗余配置热备用方式运行的32位主处理器及必要数量的模拟量输入模板、开关量输入模板、开关量输出模板、电源模板、通信模板和交流采样模板（或装置）等为主构成，实现对现场设备运行情况的采集和控制命令输出。主处理器能直接连接到LCU内的交换机上，采用屏蔽双绞线（STP，Shielded Twisted Pair）或光纤作为通讯介质同厂级工作站以及LCU内工控机进行通信。
由于电站设备分散较广，拥有较为独立和分散的辅机设备和公用设备，例如油压装置系统、主变冷却系统、技术供水系统、排水系统、空压机系统、闸门、调压井等，均应在现地设置单独的PLC控制装置，实现相对较独立的逻辑控制，并通过总线通信和少量硬接线I/O的方式实现与LCU的通信，从而实现计算机监控系统对电站整体进行监控。
按照“无人值班、数字电站、网络控制”运行管理模式的扩大厂站原则设计，正常运行时由设在梯级集控中心的运行操作工作站对各个梯级电站进行远程实时调度管理、安全监视及控制。集控中心运行操作工作站能直接控制到各电站的机组和主要隔离开关、接地刀闸、断路器，以及机组辅机和公用等设备的启动、停止（或投、切）和发送AVC、AGC设定值等，单机设定值和命令从运行操作工作站发到LCU，再由LCU调控机组及其它设备并返回足够的信息给运行操作工作站进行监视。
当LCU与运行操作工作站联系中断时，可在电站的LCU上进行控制操作。计算机监控系统应有多种控制和调节方式，以满足电厂正常运行的各种需要。为了保证调控的可靠、正确，操作的步骤应按“选择－返校－执行”的方式进行，而且进行每一步操作都应有安全闭锁的逻辑功能和严格的软件检错、校核，在硬件上也应设置防误操作措施。
3. 集控级设备配置
集控级控制层即指雅鲁藏布江流域林芝集控中心和山南集控中心的计算机监控系统，负责整个雅鲁藏布江流域、藏木扩大厂站的监视和控制。山南集控中心的计算机监控系统采用全开放式分层分布系统，监控功能和实时数据均分布到各个LCU中，三个梯级电站内的各个LCU通过交换机和光缆构成一个汇聚层网络；各电站汇聚层网络中的两台交换机，同时作为整个扩大厂站监控系统网络接入交换机，通过单模光口和贯穿三个梯级电站的单模光缆相连，构成藏木电厂运行生产的实时控制网络（Control Network）。山南集控中心计算机监控系统结构如图2所示。
图3 雅鲁藏布江林芝集控中心计算机监控系统结构图
本文设计的计算机监控系统配置方案采用分布式数据结构，全厂的实时数据，AGC、AVC功能数据，人机界面等分布在厂级的运行操作工作站和系统服务器中；各LCU采集和运行的实时数据以及较长时间的历史数据库等分布在现地控制单元及系统服务器中。系统采用3套运行操作工作站和双系统服务器的冗余配置，并可配置自动切换功能，使系统可靠性更高。同时，为便于到电站现场对LCU进行调试，以及当电站的LCU脱网时作为电站的临时监控手段，还可配置两套移动式工作站。
4. 网络安全和容错
根据前文所述，为保障电站实时、安全、可靠地运行，避免与电站实时监控无关的数据传输导致网络堵塞，避免无关人员甚至黑客入侵电站实时监控网络，对电站设备的安全和运行进行干扰和破坏，雅鲁藏布江流域电厂的计算机网络可采用两个相对独立的计算机网络结构，分别负责电站运行的实时监控和电厂的管理。两个网络通过各自的光纤通道（在同一根光缆内），实现各梯级电站和梯级集控中心相关设备的互联，构成各自独立的网络。两个网络之间不直接相联，应采用经国家有关部门认证的专用、可靠的安全隔离设施，例如采用经认证的加密装置和防火墙装置、软件包、设置共享数据服务以及其他必须的设施等，避免无关人员入侵电站的计算机监控系统。
出于安全原因和防止整个核心层环网的网络风暴，可将各站点设置成多个虚拟局域网（VLAN），各个VLAN在逻辑上彼此独立，形成各自的广播域（Broadcast Domain），广播数据只在其广播领域内传播，从而在一定程度上限制广播风暴对整个网络的影响。
另外，网络的容错设计，除了可以在网络中心级容错、通信线路级容错、网络部件级容错、电缆级容错等方面进行设计以外，还可以使用网络管理软件，对网络的交换机、各个接点等进行管理，分析网络协议包的内容，通过出错的帧来分析判断网络存在的问题，诊断网络出现的故障，对故障进行分析处理和监测，合理配置网络的资源，动态分配网络的负载。
5. 总结
目前，雅鲁藏布江流域梯级集控中心的建设涉及到管理与技术的各个方面，边界与约束条件多，规划和实施难度大，技术含量高，专业跨度大，因此必须统筹考虑，统一规划，统一建设标准，统一管理方法，统一建设基础设施和关键应用系统，面向全局，综合集成，并根据公司运行管理的需要分步实施。同时，流域梯级集控中心的需求不是恒定的，因此在新的需求产生时，系统必须具有高的开放性和良好的可扩展性，快速搭建和实现新的应用或系统，使得已建成的系统能快速满足业务变化的需求。
结合以山南集控中心、林芝集控中心及成都运营管理及技术支持中心构成的远程集控方案，本文就该种模式下流域集控中心的计算机监控系统进行研究，对计算机监控系统的组成、功能、网络结构及相应性能指标进行了阐述，确立了基于雅鲁藏布江流域梯级电站全开放、分布式的计算机监控系统整体解决方案，完成了计算机监控系统的结构、功能构建和集控级、现地级设备的配置。通过本文的研究与设计，基本完成了雅鲁藏布江流域集控中心计算机监控系统的建立，为流域电站群计算机监控系统建设提供了切实可行的实施方案。
参考文献
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作者简介
廖华杰，工程师，华能藏木水电厂安全监察与环境保护部主任，主要从事安全监察及环境保护工作。
石林，助理工程师，华能藏木水电厂电气技术员，主要从事电气相关设备检修、试验及技术管理工作。
论文作者:廖华杰,石林
论文发表刊物:《电力设备》2016年第11期
论文发表时间:2016/8/23
标签：电站论文; 雅鲁藏布江论文; 梯级论文; 监控系统论文; 流域论文; 计算机论文; 中心论文; 《电力设备》2016年第11期论文;