阿爾塔什水利樞紐工程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

於文匯

(新疆水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

1 工程概況

阿爾塔什水利樞紐工程作為一座重要的控制性水利生態(tài)電站，具有著灌溉、維持生態(tài)以及發(fā)電等綜合任務(wù)，該水電站位于新疆克孜勒蘇柯爾克孜自治州阿克陶縣的庫斯拉甫鄉(xiāng)境內(nèi)的葉爾羌河干流山區(qū)河段。

具體位置距喀什地區(qū)的莎車縣約120 km，距下游卡群渠首約55 km，距喀什市約310 km。阿爾塔什水利樞紐工程中含有一個22.49億m3庫存容量的水庫，該水庫正常蓄水的位置可以達(dá)到1820 m，同時(shí)擁有12.60億m3的可調(diào)節(jié)庫存容量，總裝機(jī)容量達(dá)到755 MW，其中55 MW為生態(tài)電站的容量。

阿爾塔什水利樞紐工程建成以后，可以輸送21.28億kW·h的電量供給于南疆地區(qū)，成為南疆地區(qū)的一個骨干電能輸送點(diǎn)，起到承擔(dān)季節(jié)峰荷、腰荷、基荷的作用，并且也能夠作為地區(qū)電網(wǎng)系統(tǒng)的備用和事故負(fù)荷儲備。

2 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

2.1 總體設(shè)計(jì)原則

根據(jù)實(shí)際工程情況參照設(shè)計(jì)原則，本水利樞紐工程采用的運(yùn)行值班方式為“無人值班”(少人值守)。水利電站的監(jiān)控系統(tǒng)不設(shè)置獨(dú)立集中式監(jiān)控，而采用全廠統(tǒng)一設(shè)置的監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)作。對于主電站和生態(tài)電站之間采用光纜進(jìn)行通信，其中交換機(jī)使用的通信方式為擴(kuò)展級。同時(shí)對于電站的安全和可靠性的考量下，設(shè)置了安全閉鎖功能、事故動作回路、緊急停機(jī)功能，從而滿足因?yàn)楸O(jiān)控系統(tǒng)發(fā)生故障或者事故時(shí)候，可以對電站的重要設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行對應(yīng)處理。

2.2 電站調(diào)度方式

阿爾塔什水利樞紐工程連接新疆的電網(wǎng)進(jìn)行運(yùn)行，根據(jù)新疆電網(wǎng)分層管控和統(tǒng)一調(diào)度的規(guī)定，主電站的運(yùn)行將由省調(diào)直接進(jìn)行管控，南疆地調(diào)會進(jìn)行相應(yīng)的監(jiān)視。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)會把運(yùn)行信息直接發(fā)送給省調(diào)和地調(diào)，接收全省的AGC(自動發(fā)電控制)調(diào)令，根據(jù)梯級集中控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控。

本計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)包括主電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和生態(tài)電站監(jiān)控系統(tǒng)兩部分組成，兩電站相距16.7 km左右，賣方需完成兩個電站之間的通信，實(shí)現(xiàn)由主電站和生態(tài)電站的集中控制。

3 監(jiān)控系統(tǒng)的控制方式和對象

3.1 控制方式設(shè)置

采用的控制方式為，電站級/遠(yuǎn)方調(diào)度端控制方式；電站級/現(xiàn)地單元級控制方式；聯(lián)合控制/機(jī)組單控運(yùn)行方式；聯(lián)合調(diào)運(yùn)行/機(jī)組單調(diào)方式；設(shè)備自動/手動控制方式?？刂普{(diào)節(jié)方式具有一定的優(yōu)先級，其順序依次為現(xiàn)地層、電站層。

3.2 控制對象

3.2.1 主電站

監(jiān)控方式：主電站主要運(yùn)用的方式為全計(jì)算機(jī)監(jiān)控，通過操作員工作站的人機(jī)接口設(shè)備由值班人員對全廠實(shí)行集中監(jiān)控，也可在現(xiàn)地LCU處進(jìn)行操作，主電站的監(jiān)控系統(tǒng)在保證穩(wěn)定運(yùn)行情況下實(shí)現(xiàn)自動控制，待遠(yuǎn)方控制中心或梯調(diào)建成后，也可在該處進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

監(jiān)控范圍包括：220 kV開關(guān)設(shè)備、輔助設(shè)備、110 kV開關(guān)設(shè)備、水輪發(fā)電機(jī)組、主(副)廠房內(nèi)公用及輔機(jī)設(shè)備、主變壓器、廠用變壓器、發(fā)電機(jī)電壓配電裝置、高、低壓廠用電系統(tǒng)、220 V直流電源、生態(tài)電站機(jī)組及開關(guān)站、各過水建筑物閘門及啟閉機(jī)等。

3.2.2 生態(tài)電站

監(jiān)控方式：采用全計(jì)算機(jī)監(jiān)控方式，通過操作員工作站的人機(jī)接口設(shè)備由值班人員對全廠實(shí)行集中監(jiān)控，也可在現(xiàn)地LCU處進(jìn)行操作，生態(tài)電站的監(jiān)控系統(tǒng)在保證穩(wěn)定運(yùn)行情況下實(shí)現(xiàn)自動控制。

監(jiān)控范圍包括：110 kV開關(guān)設(shè)備、輔助設(shè)備、廠用變壓器、主變壓器、水輪發(fā)電機(jī)組、主(副)廠房內(nèi)公用及輔機(jī)設(shè)備、發(fā)電機(jī)電壓配電裝置、廠用電系統(tǒng)、220 V直流電源及壩區(qū)各泄水建筑物閘門等。

4 監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 監(jiān)控系統(tǒng)整體層次規(guī)劃

根據(jù)設(shè)計(jì)原則，水利工程中采用開放性分層結(jié)構(gòu)的監(jiān)控系統(tǒng)，并且數(shù)據(jù)的管理為分布式。具體的分層按照網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇梢苑譃楝F(xiàn)地控制層和電站控制層；按照設(shè)備的位置區(qū)分，可以分為現(xiàn)地控制級設(shè)備以及電站控制級設(shè)備。

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及特性：生態(tài)電站與主電站間通過交換機(jī)擴(kuò)展級聯(lián)方式通信，通信采用光纜，兩電站間按擴(kuò)大場站模式進(jìn)行監(jiān)控。

4.2 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備配置

本工程監(jiān)控系統(tǒng)主要涉及主電站和生態(tài)電站，其中主電站及生態(tài)電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在功能上分為兩級，即主控級和單元控制級。各級的設(shè)備配置如下：

4.2.1 主控級

主控級作為水電站的監(jiān)控系統(tǒng)中心，主要統(tǒng)管全廠的系統(tǒng)運(yùn)行情況，監(jiān)控系統(tǒng)的功能和運(yùn)行數(shù)據(jù)的處理，同時(shí)還承擔(dān)有全廠人機(jī)交互、通訊對話、以及網(wǎng)管培訓(xùn)等職責(zé)。

主電站主控級設(shè)備主要包括有2套系統(tǒng)服務(wù)器、2套操作員工作站、1套工程師工作站、2套系統(tǒng)通信服務(wù)器、1套廠內(nèi)通信服務(wù)器、1臺語音報(bào)警服務(wù)器、1套歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器。

生態(tài)電站主控級設(shè)備主要包括有1套系統(tǒng)兼操作員工作站、2套系統(tǒng)通信服務(wù)器、1套廠內(nèi)通信服務(wù)器、1臺語音報(bào)警服務(wù)器。2套同功能服務(wù)器間互為熱備用，保證網(wǎng)絡(luò)管理、自動控制及數(shù)據(jù)庫的正常進(jìn)行。

4.2.2 單元控制級

水電站根據(jù)控制的對象可以將單元控制分為機(jī)組、開關(guān)站、閘門、公用設(shè)備各個單元。主電站共設(shè)置6個現(xiàn)地控制單元(LCU)，即每臺機(jī)組各設(shè)置1個，開關(guān)站及全廠公用設(shè)備分別設(shè)置1個。

生態(tài)電站共設(shè)置4個現(xiàn)地控制單元(LCU)，即每臺機(jī)組各設(shè)置1個，開關(guān)站及全廠公用設(shè)備設(shè)置1個，壩區(qū)閘門設(shè)置1個。生態(tài)電站通過交換機(jī)級聯(lián)通信接入主電站。

4.3 監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)

本電站分為生態(tài)電站和主電站兩個相對獨(dú)立又聯(lián)系的部分，綜合南疆有電力供應(yīng)情況較為迫切，需要盡快能夠投運(yùn)送電，在建設(shè)中兩座電站是能夠進(jìn)行獨(dú)自運(yùn)行供電，其中生態(tài)電站可以提前接入電網(wǎng)，然后等待全部完工在接入主工程電站。功能上兩部分電站可以通過系統(tǒng)分別受地調(diào)和省調(diào)的管理，適應(yīng)以后梯級和集控等方式的運(yùn)行需求。

根據(jù)上述情況，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對于生態(tài)電站和主電站兩個部分，分配獨(dú)立的監(jiān)控系統(tǒng)和相對完善的系統(tǒng)設(shè)備，但是兩個部分的數(shù)據(jù)是通過一臺計(jì)算機(jī)服務(wù)器進(jìn)行共享，然后通過主電站的監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)整個水利工程的統(tǒng)一調(diào)配和管理。

綜上所示，設(shè)計(jì)阿爾塔什水利工程的監(jiān)控系統(tǒng)中，為了前期建設(shè)方便和快捷，進(jìn)行了兩個電站獨(dú)立的運(yùn)行設(shè)計(jì)，但是具有數(shù)據(jù)和控制集中管理的功能，實(shí)現(xiàn)了一套值班人員管理兩個電站的運(yùn)行模式，更好地適應(yīng)了該地區(qū)電站的發(fā)展需求。

4.4 監(jiān)控系統(tǒng)的拓?fù)鋱D

監(jiān)控系統(tǒng)采用符合國際開放系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的分層、分布式結(jié)構(gòu)，不同層具有不同的功能互相協(xié)作，完成整個電站的監(jiān)控和運(yùn)行，主電站和生態(tài)電站的控制層通信為自適應(yīng)式，其運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)速度選取不小于100/1000 Mbps，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)雙星型，采用TCP/IP協(xié)議。該層網(wǎng)絡(luò)為雙冗余熱備，傳輸介質(zhì)為光纖及雙絞線。掛在該網(wǎng)絡(luò)層上的設(shè)備為電站控制級設(shè)備，以及屬于現(xiàn)地控制級設(shè)備的各個現(xiàn)地控制單元(LCU)。

主電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)上掛有10套主控級服務(wù)器和6套現(xiàn)地控制單元(LCU)等，并配置2臺網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)；生態(tài)電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)上掛有5套主控級服務(wù)器和4套現(xiàn)地控制單元(LCU)等，并配置2臺網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)。生態(tài)電站與樞紐電站間通過交換機(jī)擴(kuò)展級聯(lián)方式通信，通信采用光纜，兩電站間按擴(kuò)大場站模式進(jìn)行監(jiān)控，保證系統(tǒng)能夠良好運(yùn)行，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。具體監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D見圖1。

圖1 阿爾塔什水利樞紐工程主電站監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)鋱D

5 結(jié)語

本文闡述了阿爾塔什水利樞紐工程的設(shè)計(jì)原則，以及主電站、生態(tài)電站的電站控制層和現(xiàn)地控制層的層間結(jié)構(gòu)，并且進(jìn)一步說明監(jiān)控系統(tǒng)各個部分的功能特點(diǎn)和作用，所述設(shè)計(jì)方案達(dá)到了工程需求目標(biāo)，保障了水利工程的正常建設(shè)。阿爾塔什水利樞紐工程建成后，也可使400萬的葉爾羌河流域人群獲益，同時(shí)對于南疆地區(qū)的社會穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著重大意義。