芭蕉河梯级水电站群监控系统

[摘要] 本文简要介绍了湖北芭蕉河水电站群计算机监控系统的功能，设计原则，系统结构等，芭蕉河水电站群计算机监控系统代表了国内最先进的监控系统技术，对于国内中小型流域电站集中监控系统的建设具有很高的借鉴价值。

[关键词]水电站群监控 EC2000

Monitoring and control system of Bajiao river step hydropower station

Si jigang,Chen shuotong,Zhou guosheng,Ge mingfei,Xujie

Abstract：This paper introduces the monitoring and control system of Bajiao river step station function, design principle and system structure. The monitoring and control system of Bajiao river represents the advanced technology in China. There are high worthiness for construction of the middle and small valley station monitoring and control system in China.

Keywords：hydropower plant cluster; control and supervisor;EC2000

1 工程概述

芭蕉河水电站群位于湖北省恩施自治州鹤峰县境内，监控系统控制对象为区域电站群内7座水电站，它们分别是已建芭蕉河二级电站(电站装机2´8MW，110/35/10kV主变1台，35kV出线3回，110kV出线1回)、已建芭蕉河一级电站(电站装机2´17 MW +1´1MW，110/10kV主变2台，110kV出线4回)、已建燕子桥河一级电站(电站装机2´5 MW ，35/6kV主变1台，35kV出线1回)、拟建芭蕉河三级电站(电站装机2´4MW)、拟建燕子桥二级电站(电站装机2´1.5MW)、拟建叉溪河一级电站(电站装机2´5MW)及拟建叉溪河二级电站(电站装机2´3MW)。从整个流域装机容量上看，芭蕉河水电站群属于典型的中小型梯级水电站群。

已建三个电站均经过芭蕉河一级电站的110kV升压站后通过恩施州网送入主电网。水电站群计算机监控系统布置于芭蕉河一级电站内，距离鹤峰县城约10km。

已建三个电站及水电站群监控系统均采用国电自动化研究院自动控制研究所（南京南瑞自动控制有限公司）的EC2000计算机监控系统。EC2000计算机监控系统是国电自动化研究院自动控制研究所具有自主知识产权的，按照“无人值班（少人值守）”设计的，适用于中小型水电站及中小型水电站群的计算机监控系统，目前在有几百套EC2000运行在国内外的水电站中。

2 主要功能

2．1 对各电站设备实现自动监视与记录

监控系统自动完成对几个电站设备运行数据的采集与处理及设备运行状况的自动监视与记录，包括状态信息监视，模拟量信息监视，故障/事故报警、记录与显示等。

2．2 对电站设备实现自动控制

按调度中心要求或电站运行方式要求，对电站设备进行操作或调节，包括机组的正常开停机、事故自动停机、机组有功/无功调节、单个设备及公用设备操作。在芭蕉河一级电站和芭蕉河二级电站间通过EDC（梯级经济运行）功能实现水电站群的经济调度，合理利用水能资源。

2．3 电站运行管理的自动化

实现运行报表的自动生成，运行操作的自动记录，运行日志的记录与保存，电厂设备参数或整定值的记录与保存，所有报表均可自动或召唤打印。

建设综合信息智能分析系统，对各电站各设备运行工况进行必要的综合分析，发现隐患及时报警，提请相关人员注意，提高整体设备的安全运行水平。

2．4 与上级调度中心通信

整个水电站群通过设在在芭蕉河一级电站处的梯级调度中心的通讯机实现与上级调度通信，按照上级调度的要求传送相关数据，接收上级调度命令指示。

3 设计原则

水电站群监控系统按统一调度、集中监控、分级管理、分层分布式的基本原则设计，满足各水电站现地的独立性同时达到“无人值班”（少人值守）的要求。

系统中各电站均已按“无人值班”（少人值守）的要求进行总体设计，本着安全可靠、经济实用的原则，取消常规控制设备。

在电站群后台监控系统和上级电力调度中心计算机系统之间进行通信，最终实现遥信、遥测、遥控和遥调的功能。

监控系统能与电厂MIS系统、水情测报系统、火灾自动报警系统、工业电视系统及将来可能出现的其它系统进行可靠的通信。

系统实时性好，抗干扰能力强，适应现场环境。采用分布式开放系统总路线网络，既便于功能和硬件的扩充，又能充分保护用户的投资。采用通用的标准化组态软件，使系统更能适应功能的增加和规模的扩充，并能充分保护用户的投资。

系统高度可靠，具有冗余容错设计，其本身的局部故障不会影响现场设备的正常运行，系统配置和设备选型适应计算机发展迅速的特点，充分利用计算机的领域先进技术，系统达到国内先进水平。

4 系统结构

水电站群集控中心根据电网结构设立在芭蕉河一级站内，集中监控叉溪河、芭蕉河一级、芭蕉河二级、燕子桥一级共四个水电站单元。各水电站单元现地都具备完整独立的监控系统，每个水电站的各PLC单元均具备现地监控功能。将燕子桥二级作为燕子桥一级的LCU现地单元级由燕子桥一级监控；芭蕉河三级作为芭蕉河二级的LCU现地单元级由芭蕉河二级监控；叉溪河二级作为叉溪河一级的LCU现地单元级由叉溪河一级监控。

主服务器

从服务器

主操作员站

从操作员站

通信Oncall站

三层交换机

芭蕉河一级交换机

芭蕉河二级交换机

燕子桥一级交换机

叉溪河一级交换机

机组现地单元

公用现地单元

机组现地单元

公用现地单元

机组现地单元

公用现地单元

机组现地单元

公用现地单元

芭蕉河三级交换机

机组现地单元

公用现地单元

燕子桥二级交换机

机组现地单元

公用现地单元

叉溪河二级交换机

机组现地单元

公用现地单元

图1芭蕉河水电站群监控系统结构图

电站群后台监控系统上位机部分分为中心主服务器、中心从服务器、操作员主工作站、操作员从工作站、通信Oncall工作站等五套工作站。向下直接与4个分控中心相连接，远期调度监控7座水电站。

网络系统结构是整个系统安全可靠运行的基础，电站计算机监控系统要求网络系统具有高安全可靠性、较强的数据吞吐能力、合理的带宽以及通信的开放性、集成性、易用性和可维护性，保证系统的实时通信与信息交换。根据水电厂计算机监控系统中的应用经验及芭蕉河水电站群的规模和要求，确定本系统网络采用以太网，主干网络采用星型的100Mbps以太网络。

电站群后台监控系统与与各电站之间通过与各电站LCU现地控制单元直接通讯，来完成对站内各机组、开关站、公用系统的实时监视与控制，不采用目前使用较多的后台监控系统与电站级监控系统通讯的结构模式，减少一个通讯环节，从而增加通讯的实时性和可靠性。各电站LCU现地控制单元均采用带以太网通讯的PLC，集控中心级直接与各LCU的PLC通过以太网通讯。通过对集控中心的三层协议主交换机的设置，可以有效的对各个电站的网络信息进行分组和隔离。

由于采用电站群控制层与现地控制层直接通讯的方式，因此电站的控制层如果出现故障，不会影响到电站群的控制层。现地控制单元层同时与站级控制层和电站群级控制层通讯，也可以脱离站级控制层和电站群级控制层的控制完成电站设备的控制。

5 调节和控制方式

后台计算机监控系统的控制与调节包括EDC（经济运行控制）调节方式和设备控制方式两种。

EDC的调节原则是在遵守各项限制条件的前提下，各级水库总的耗能量最小，或各级水库在计算期末总蓄能量最大。在EDC调节模式下，根据流域的基本水情，运行工况，按照电气安全运行准则，在满足电力系统正常调度要求前提下，对各电站参与控制的机组按经济运行控制的程序来自动给定各个电站，各台机组的发电有功功率。

在设备控制方式下，在中心操作员站上由操作员对各个电站的各台机组进行相关控制的操作，如发电并网的控制，PID调节等。

上述控制方式的设置不影响调度对电站设备的紧急控制，如紧急停机、断路器的紧急控制等。

控制和调节方式的切换有相应的闭锁条件，以保证电站设备的运行状态不产生波动。控制方式的设置及切换不影响数据采集的进行，包括各系统间的数据交换，如地调、群站调度、各级的数据采集等。

5 人机接口及报警方式

运行操作人员、维护人员通过操作员站（控制台）等的人机接口设备，如显示器（或投影屏）、通用键盘、鼠标以及系统的汉字打印机等,实现对电站群的监视、控制及管理功能。人机接口主要功能如下：

（1）画面、各种记录、报表等的显示及召唤拷贝或打印；

（2）实现各种控制操作，包括命令的发布及过程监视等；

（3）群站监控系统的有关监控操作。如控制调节方式的切换操作，有关参数、设定值、限值的设定或修改，采集点监控状态的设置或人工设值，事故、故障的认可，音响的复归，监控对象和操作权限的管理，操作票的制作、签发及显示，操作登录、记事等；

（4）系统信息显示，包括故障信息及操作信息；

报警方式如下：

(1) 当出现故障和事故时，立即发出报警和显示信息，报警音响应将故障和事故区别开来。音响可手动或自动解除。

(2) 当前的报警显示信息在该对象所属操作员站的当前画面上显示报警语句（包括报警发生时间、对象名称、性质等），并按事故及故障的不同颜色显示。若当前画面显示有该报警对象（或参数），则该设备标志（或参数）闪光或参数改变显示颜色。报警显示信息应在运行人员确认后方可解除。

(3) 当出现故障和事故时，立即发出中文语音报警，报警内容应准确和简明扼要。

(4) On-call功能，当出现重要故障和事故时，监控系统除了应产生上述规定的报警之外还产生电话语音自动报警以及短消息自动报警。

6 结束语

国电自动化研究院自动控制研究所在多年的大中型梯级电站集中监控系统的设计、开发、研制、投运中积累了大量的宝贵经验，目前国内小型梯级水电站开发越来越多，借鉴于大中型梯级电站集中监控系统的经验，芭蕉河水电站群计算机监控系统采用了很多先进的设计思想和监控技术研制成功。

芭蕉河水电站群计算机监控系统的投入运行，显着地改进了水电站群内各电站的自动化管理水平以及安全运行水平，目前整个水电站群已基本实现“无人值班”（少人值守）的运行方式，随着EDC的投入运行，将提高整个水电站群的经济运行，充分发挥芭蕉河一级水库的调节能力，为“西部大开发”做出更大的贡献。

参考文献

[1] 方辉钦，现代水电厂计算机监控技术与试验，北京：中国电力出版社.2004.3.

总体监控系统采用分层分布结构形式，整个系统分 3 层，后台监控层 ( 电站群调度中心 ) 、分后台监控层 ( 各电站上位机控制层 ) 、各站 LCU 现地层。后台监控系统是该系统的控制顶层。系统结构图如图 1 所示。

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