老撾南立1-2水電站雙語計算機監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

顏現(xiàn)波，趙勇飛，盧小方，邢 斌，李建忠

（1.北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京 100038；2.中國水利電力對外公司，北京 100120）

0 電站概況

南立水電站位于老撾首都萬象市西北，13號公路班欣合南立大橋上游約50 km 處的南立河干流上。距萬象市公路距離132 km，其中自壩址經(jīng)孟豐縣班登村到班欣合13號公路需新建和改建對外公路約42 km。自班欣合沿13號公路到萬象市約90 km。電站裝機容量2×50 MW，送出電壓等級為115 kV，其中115 kV側(cè)進線2 回，出線2 回。電站115 kV側(cè)采用單母線接線，115 kV主變進線二回，115 kV出線二回。電站接入老撾電網(wǎng)，在系統(tǒng)中承擔調(diào)峰任務。

南立1-2水電站主體工程于2007年9月開工建設，2010年8月實現(xiàn)兩臺機組同時投產(chǎn)發(fā)電。H9000V4.0計算機監(jiān)控系統(tǒng)與機組同步投運。

1 電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)設計原則

南立水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)，按“無人值班”(少人值守)，能實現(xiàn)現(xiàn)地、遠方監(jiān)控的原則進行總體設計和配置。該系統(tǒng)應能達到高可靠、高性能地全計算機監(jiān)控，遠程維護，全網(wǎng)絡化信息交換的電站現(xiàn)代控制水平，以適應“關(guān)門電站”的發(fā)展需要。實現(xiàn)全廠AGC、AVC的自動控制，保證電廠最優(yōu)經(jīng)濟運行。包括確定最佳運行機組組合、在運行機組間按經(jīng)濟運行準則分配有功及無功的自動控制，保證電站在最佳狀態(tài)下運行。

電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)應采用符合國際標準的開放、分層分布式計算機監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以保證今后各子系統(tǒng)選用不同計算機時的兼容性，系統(tǒng)擴展和設備更新時的可移植性。電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)由站控級和現(xiàn)地控制單元構(gòu)成。站控級主機、工作站及現(xiàn)地各LCU均使用實時多任務多窗口操作系統(tǒng)，監(jiān)控軟件采取國際上流行的模塊化體系結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)處理、計算和儲存的實時性和分布性。監(jiān)控系統(tǒng)集成軟件采用C/S 或B/S 架構(gòu)，保證系統(tǒng)響應的實時性和穩(wěn)定性。通過中控室及計算機房工作站上的集中監(jiān)控畫面對設備進行監(jiān)視控制，并自動快速響應控制設備狀態(tài)信息。

計算機監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示：

圖1 監(jiān)控系統(tǒng)配置圖

考慮到南立水電站的特點以及對老撾電網(wǎng)的重要作用，電站監(jiān)控系統(tǒng)按照以下原則進行設計：

（1）監(jiān)控系統(tǒng)需要具備中、英文雙語平滑切換功能

南立水電站屬于國外項目，由中方負責建設并在前期負責運行和維護，后期將會移交給老撾方面獨立運營。中方人員需要中文環(huán)境，老撾運行人員要求英文環(huán)境，要求監(jiān)控系統(tǒng)的畫面、報警等均可支持中、英文兩種顯示模式。因此，為了便于運行人員進行操作，監(jiān)控系統(tǒng)設計了“一鍵切換”功能，運行人員通過對界面上按鍵的簡單操作，能夠?qū)崿F(xiàn)整個系統(tǒng)在中文、英文之間的平穩(wěn)切換，并保持系統(tǒng)的正常運行，不會因為切換而造成數(shù)據(jù)的丟失和對遠方設備的誤動。為此，中水科技公司在原有的H9000計算機監(jiān)控系統(tǒng)單語言版本的基礎上研制開發(fā)了H9000 系統(tǒng)的雙語版本。該版本通過在實時數(shù)據(jù)庫、人機界面等方面對原來單語言的H9000 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進行升級，在不改變原來體系結(jié)構(gòu)的情況下，實現(xiàn)了雙語功能，并實現(xiàn)了“一鍵切換”功能，用戶僅需點擊菜單項，即可將系統(tǒng)從當前的語言環(huán)境切換到另外一個語言環(huán)境中，人機界面、報警等也將會變?yōu)榱硪粋€語言環(huán)境下的內(nèi)容。由于該方法具有較強的通用性，所以，可以實現(xiàn)任意兩種語言的組合，如中英文組合、英法文組合等。

（2）熱備型PLC及不間斷電源

南立水電站在老撾電網(wǎng)中屬于容量比較大的電站，對老撾電網(wǎng)的穩(wěn)定有較大的影響，所以，電站的安全要求較高，為保證電站可以安全穩(wěn)定運行，監(jiān)控系統(tǒng)中的主要設備和供電電源均采用冗余工作方式。

現(xiàn)地控制單元采用施耐德Quantum unity 熱備型PLC。LCU采用雙電源模塊、雙CPU、雙以太網(wǎng)模板的冗余結(jié)構(gòu)。主、備用CPU 熱備冗余工作方式可以在主用CPU 發(fā)生故障的同時，發(fā)生主、備用CPU的切換，不會出現(xiàn)任何擾動現(xiàn)象影響外圍設備的運行；系統(tǒng)采用冗余數(shù)據(jù)的采集、控制結(jié)構(gòu)，每套CPU 都可以通過A、B，2套I/O 數(shù)據(jù)網(wǎng)對遠程I/O 實施采集和控制，任何一套網(wǎng)絡出現(xiàn)問題的情況下，CPU會從另外一套網(wǎng)絡上獲得遠程I/O數(shù)據(jù)，從而保證了數(shù)據(jù)采集與控制的可靠性。

除DLP 大屏幕外，電站級設備由2臺在線式不間斷電源（UPS）供電。每臺不間斷電源的容量按全部設備最大負載總和的150%考慮，正常工作時2臺不間斷電源分擔全部設備負載，任一臺事故時由另一臺負擔全部設備負載，2臺UPS應為并連冗余，UPS的切換確保不中斷供電，且確保系統(tǒng)是恒頻恒壓。UPS 具有一定的過壓和過載能力，且具有抑制浪涌電壓和電磁干擾的能力。每組UPS的輸入電源為廠用交流220V及電站直流220V，當廠用電消失時，自動轉(zhuǎn)由電站220V 蓄電池供電，供電電源切換應不影響計算機正常工作。

（3）監(jiān)控系統(tǒng)采用獨立的水機保護裝置

為了保證機組在主、備用CPU 全部癱瘓的情況下，可以在機組出現(xiàn)事故的時候及時停機，現(xiàn)地LCU還提供了另外一套單獨的PLC和單獨的電源用來為機組提供后備水機保護。當兩臺CPU完全癱瘓的情況下，這套單獨的PLC 將接管機組控制，在水機保護信號產(chǎn)生的同時，使機組停機，達到保護機組的目的。

2計算機監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1 上位機系統(tǒng)實現(xiàn)

站控層由操作員站A、操作員站B、工程師站兼仿真培訓站、廠內(nèi)通信服務器等構(gòu)成，實現(xiàn)監(jiān)視控制現(xiàn)地設備等功能，形成全站監(jiān)控中心。其中操作包括：機組操作、功率調(diào)節(jié)、斷路器操作、隔離開關(guān)及刀閘操作、設備操縱及閘門升、降、停操作等。主要設備詳細配置及實現(xiàn)功能如下：

（1）操作員工作站：采用Sun U24 工作站，Solaris 10操作系統(tǒng)，實現(xiàn)中控室運行人員監(jiān)視與控制功能。兩臺操作員站互為熱備用。

（2）工程師兼仿真培訓工作站：采用Sun U24 工作站，Solaris 10操作系統(tǒng)，實現(xiàn)仿真培訓功能。

（3）廠內(nèi)通訊服務器：采用HP XW4600 工作站，中文Windows 2000操作系統(tǒng)，實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)與廠內(nèi)其它系統(tǒng)的通訊功能。

（4）GPS 時鐘：實現(xiàn)全廠監(jiān)控系統(tǒng)及其它監(jiān)視設備時間一致功能。在中控室放置一個子鐘，在發(fā)電機層放置一個子鐘，從GPS接收時鐘信號，構(gòu)成時鐘系統(tǒng)，用于顯示標準時間。

2.2 現(xiàn)地控制單元實現(xiàn)

電站LCU包括2套機組LCU、1套開關(guān)站/公用LCU和1套壩區(qū)LCU。

現(xiàn)地控制單元采用施耐德Quantum unity熱備型PLC。LCU采用雙電源模塊、雙CPU、雙以太網(wǎng)模板的冗余結(jié)構(gòu)。LCU完成對監(jiān)控對象的數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)預處理，負責向網(wǎng)絡傳送數(shù)據(jù)信息，并自動服從上位機的命令和管理。同時各LCU也具有控制、調(diào)節(jié)操作和監(jiān)視功能，配備有人機觸摸屏，當與上位機系統(tǒng)脫機時，仍具有必要的監(jiān)視和控制功能。

LCU具有掉電保護功能和電源恢復后的自動重新啟動功能。機組LCU、開關(guān)站/公用LCU由380/220V 交流廠用電和電站內(nèi)設置的220V 直流電源同時供電，LCU工作電源采用交直流切換方式，正常情況下由廠用電供電，廠用電消失時能自動切換到電站直流電源。兩套電源之間的切換應滿足自動無擾動，任務不中斷，數(shù)據(jù)不丟失。壩區(qū)LCU由380/220V 交流廠用電供電。

2.3 網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)實現(xiàn)

電站級計算機及現(xiàn)地控制單元采用100 Mb/s 冗余交換式工業(yè)以太網(wǎng)連接。機組和壩區(qū)現(xiàn)地控制單元與交換機采用光纖連接，其它節(jié)點采用屏蔽雙絞線。交換機采用MOXA PT-7728 千兆模塊化網(wǎng)絡交換機為工業(yè)級的交換機，采用無風扇設計，雙工作電源。該網(wǎng)絡設備滿足多個輸入輸出，適應各種類型數(shù)據(jù)的傳輸要求，適應電力工業(yè)現(xiàn)場的電磁干擾、溫度、振動等環(huán)境要求，在實現(xiàn)計算機監(jiān)控系統(tǒng)功能的前提下滿足數(shù)據(jù)實時性要求。

2.4 工業(yè)電視監(jiān)控實現(xiàn)

工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)由下列設備組成：監(jiān)控中心設備、網(wǎng)絡傳輸設備和監(jiān)控前端設備。

工業(yè)電視系統(tǒng)采用數(shù)模結(jié)合的配置方案，電站內(nèi)部傳輸及前端設備配置為模擬方式，以保證圖像效果；并配備圖像數(shù)字編解碼設備實現(xiàn)網(wǎng)絡化管理和傳送，可利用SDH 設備和光纜組成的光纖通道進行對外傳送。

實時提供電站各監(jiān)視點設備的運行情況。向中控室操作人員提供現(xiàn)場實時圖像，以配合電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)，取得設備運行及電站設施的全面信息。對歷史圖像進行完整的保存與再現(xiàn)，滿足運行監(jiān)控、管理對信息的要求，為設備故障或事故分析和處理提供準確、可靠的依據(jù)。與消防監(jiān)控系統(tǒng)配合，提供現(xiàn)場火災災情圖景信息，以便準確判斷災情，及時采取消防措施。

4 結(jié)束語

H9000V4.0計算機監(jiān)控系統(tǒng)在南立1-2水電站的合理設計與實現(xiàn)，為該水電站的“無人值班（少人值守）”奠定了堅實的基礎。老撾南立1-2計算機監(jiān)控系統(tǒng)的投運，完全滿足了各方面的要求，實現(xiàn)了中英文系統(tǒng)無擾動切換；該系統(tǒng)自投運以來，設備運轉(zhuǎn)正常，系統(tǒng)運行良好，并且從投入運行至今尚未出現(xiàn)重大事故，實現(xiàn)了安全穩(wěn)定運行的目標，證明了南立計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設計原則和主要功能是十分安全、可靠的，為H9000V4.0計算機監(jiān)控系統(tǒng)在國外水電站項目中的成功應用積累了經(jīng)驗。