蒲石河抽水蓄能电站计算机监控系统的设计与应用

水力发电　第３８卷第５期　２０１２年５月　蒲石河抽水蓄能电站计算机　监控系统的设计与应用　郭　阳，杜丹晨，王少华，任　伟，李承龙，张　楠　（辽宁蒲石河抽水蓄能有限公司，辽宁丹东１１８２１６）　摘　要：简要介绍了蒲石河抽水蓄能电站南瑞ｓｓＪ一３０００计算机监控系统的设计原则、系统结构与功能以及系统特　点，该监控运行稳定可靠，完成了各种运行工况的任务要求，能适应大型抽水蓄能机组启停频繁、工况复杂的特点，　功能达到设计要求，满足电站的监控要求。　关键词：监控系统；设计；大中型抽水蓄能电站；蒲石河抽水蓄能电站　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕ￣ｒ　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　Ｐｕｓｈｉｈｅ　Ｐｕｍｐｅｄ－ｓｔｏｒａｇｅ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｔａｔｉｏｎ　Ｇｕｏ　Ｙａｎｇ，Ｄｕ　Ｄａｎｃｈｅｎ，Ｗａｎｇ　Ｓｈａｏｈｕａ，Ｒｅｎ　Ｗｅｉ，Ｌｉ　Ｃｈｅｎｇｌｏｎｇ，Ｚｈａｎｇ　Ｎａｎ　（Ｌｉａｏｎｉｎｇ　Ｐｕｓｈｉｈｅ　Ｐｕｍｐｅｄ　Ｓｔｏｒａｇｅ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｔａｔｉｏｎ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｄａｎｄｏｎｇ　１　１８２１６，Ｌｉａｏｎｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　ａｎｄ　ｓｙｓｔｅｍ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＮＡＲＩ　ＳＳＪ一３００　ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｎ　Ｐｕｓｈｉｈｅ　Ｐｕｍｐｅｄ－ｓｔｏｒａｇｅ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｔａｔｉｏｎ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｈｅｒｅｉｎ．Ｔｈｅ　ａｃｔｕａｌ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｓｔａｂｌｅ　ａｎｄ　ｒｅｌｉａｂｌｅ，ａｎｄ　ｃａｎ　ｍｅｅｔ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ａ　ｖａｒｉｅｔｙ　ｏｆ　ｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｆｒｅｑｕｅｎｔ　ｓｔａｒｔ　ａｎｄ　ｓｔｏｐ　ｏｆ　ｌａｒｇｅ－　ｓｉｚｅｄ　ｐｕｍｐｅｄ　ｓｔｏｒａｇｅ　ｕｎｉｔｓ．Ｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｙｓｔｅｍ　ｍｅｅｔｓ　ｔｈｅ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ；ｄｅｓｉｇｎ；ｌａｒｇｅ　ａｎｄ　ｍｅｄｉｕｍ－ｓｉｚｅｄ　ｐｕｍｐｅｄ——ｓｔｏｒａｇｅ　ｐｏｗｅｒ　ｓｔａｔｉｏｎ；Ｐｕｓｈｉｈｅ　Ｐｕｍｐｅｄ——ｓｔｏｒａｇｅ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｔａｔｉｏｎ　中图分类号：ＴＭ７６９（２３１）　文献标识码：Ｂ　文章编号：０５５９—９３４２（２０１２）０５—００８８—０４　１工程概况　蒲石河抽水蓄能电站位于辽宁省宽甸满族自治　县境内，电站枢纽工程由上水库面板堆石坝、地下　厂房及输水系统、下水库混凝土重力坝组成，总装　机容量１　２００　ＭＷ（４ｘ３００　ＭＷ），设计年发电利用　小时数１　５５０　ｈ，年抽水利用小时数２　００８　ｈ。电站　主接线采用发变组单元接线，在发电电动机和主变　压器之间接有换相开关和发电机断路器。发电机、　电动机工况转换时的换相和机组并入系统的同期均　在主变１８　ｋＶ侧进行．每２组发变组单元在主变　２系统结构与功能　蒲石河抽水蓄能电站计算机监控系统是双环网、　分层分布式计算机监控系统，由现地控制层、电站　控制层和调度控制层３部分组成，控制权限依次递　减。电站控制层与现地控制单元（ＬＣＵ）之间采用　１００Ｍｂ／交换式冗余以太环网进行通讯，通讯协议为　ＴＣＰ／ＩＰ网络协议。现地控制单元之间通过冗余以太　网络进行信息自动交换，这样在电站控制层退　运　行后仍能实现机组抽水启动。现地控制单元与其他　计算机控制子系统之间通过现场总线进行信息交换．　对于无法采用现场总线进行通信的设备采用硬布线　５００　ｋＶ侧联合后采用二进一出三角形接线接至５００　ｋＶ丹东北变电所。　Ｉ／Ｏ进行连接，另外，对于重要的安全运行信息、控　制命令和事故信号除采片Ｊ现场总线通信外，还通过　蒲石河抽水蓄能电站计算机监控系统采用南瑞　集团自行开发、具有完全自主知识产权的ＳＳＪ一３０００　计算机监控系统，其上位机采用南瑞集团的　ＮＣ２０００监控系统，下位机采用南瑞集团的ＭＢ８０　智能ＰＬＣ　收稿日期：２０１２—０３—０３　作者简介：郭阳（１９８６一），男，陕西延安人，助理亡程师．主　要从事抽水蓄能电站控制系统的维护工作．　圜Ｗａｒｅｒ　Ｐｏ　ｅｒ　Ｖｏ１．３８　Ｎｏ．５　子Ｄ　Ｐ口，守：　用　口，ｕＪ丁由，Ｊ＼营甘巴　如ＬＩ手≠１＝Ｉ　ｂ血，　，　兀廿　Ｌ又ＬＩ司Ｊ　Ｈｊ　图１　蒲石河抽水蓄能电站计算机监控系统结构示意　Ｉ／Ｏ点直接连接，以实现双路通道通信，确保通信安　全＿１＿。蒲石河抽水蓄能电站计算机监控系统结构图见　图１所示　有电站控制层命令或脱离控制层的情况下，独立　完成对所控设备的闭环控制，如开停机、工况转　换，保证机组安全运行，同时相互协调工作，实现　机组水泵工况起动。在机组ＬＣＵ柜内另设一小型　２．１现地控制层　现地控制层设有１２套现地控制单元，包括４套　机组ＬＣＵ、１套机组公用ＬＣＵ、ｌ套厂内公用ＬＣＵ、　１套５００　ｋＶ开关站ＬＣＵ、１套下水库进出水口　ＬＣＵ、１套６６　ｋＶ变电所ＬＣＵ、１套上水库进出水口　ＰＬＣ作为机组事故停机的后备手段，该ＰＬＣ的紧　急停机信号为独立的机组过速、事故低油压、ＬＣＵ　死机和紧急停机按钮等信号．小型ＰＬＣ紧急停机的　主要操作过程与ＬＣＵ相同，由专用交直流复合电源　ＬＣＵ、１套下库坝ＬＣＵ和１套中控楼ＬＣＵ。　机组现地控制单元采用南瑞集团的ＳＪ一６００现地　模块供电。　（４）事件检测和发送。自动检测本单元所属的　单元监控装置。由冗余的可编程逻辑控制器、ＳＯＥ　输入模件、开入模件、模入模件，温度量输入模件、　开出模件、模出模件，通讯管理模件和１５ＴＦＴ彩色　设备、继电保护和自动装置的动作情况，发生事件　时，依次检测事件的性质，并上送电站控制层。　（５）数据通信。通过以太网实现与控制层及其　液晶触摸屏构成。另外，机组现地控制单元还配置　有自动准同期装置、手动准同期装置、温度数显仪、　涵普变送器和手动紧急停机装置。其他现地控制单　他ＬＣＵ之间通信。接收电站的同步时钟信号．以保　持与电站控制层时钟同步。通过现场总线实现与电　厂其他相关设备通信，另外。对于安全运行的重要　信息、控制命令和事故信号除采用现场总线通信外，　还通过硬布线Ｉ／Ｏ直接接人ＬＣＵ．实现双路通道通　元的结构与机组现地控制单元类似。　现地控制层完成对相应被控对象的监视和控制，　主要功能如下：　信，以保证安全。　（６）自诊断功能。在线或离线自诊断硬件故障　（１）数据采集和处理。采集机组、ＳＦＣ、全厂　公用的油／气／ｚｋ系统、厂用电、５５０　ｋＶ　ＧＩＳ及出　并定位到模块；自动判断出软件的故障性质及部位，　并提供相应的软件诊断工具：在线诊断出故障，能　自动闭锁控制出口或切换到备用系统，并将故障信　息上送至电站控制层显示、打印和报警。　线、上下库等的电气量、非电气量和继电保护信　息，作相应处理存人数据库，并根据需要上送电站　控制层　（２）安全运行监视。与电站控制层、监控对象　的保护系统、微机保护装置等相结合，完成状变监　视、越复限检查、过程监视和ＬＣＵ异常监视。　（３）控制和调节。接受电站控制层命令，在没　（７）输出保护。通过采用南瑞公司的ＤＯＰ一１输　出保护技术和ＰＬＣ控制程序的软闭锁功能，双重保　护闭锁，防止开出模件或继电器误输出，保证了输　出的正确性，提高了现地控制单元的可靠性。　Ｗａｔｅｒ　Ｐｏｗｅｒ　Ｖｏ１．３８　Ｎｏ．５圈　２－２电站控制层　电站控制层由２套冗余数据服务器、３套操　作员工作站、２套调度通信工作站、１套工程师／　培训工作站、１套Ｏｎ—ｃａｌｌ／打印服务器、１套厂内通　信工作站、１套冗余ＧＰＳ时钟同步装置及外围设　备等组成。　２套数据服务器采用ＳＵＮ公司Ｓｕｎ　Ｆｉｒｅ　Ｖ４４５　服务器，安装Ｓｏｌａｒｉｓ操作系统，互为热备用。主用　数据服务器实时采集、监视ＬＣＵ１一ＬＣＵ１２的ＰＬＣ数　据，经分析、运算后发送给控制层的各个工作站，　同时接收操作员指令并发送至相应ＬＣＵ；备用数据　服务器处于热备状态，实时接收主用服务器的数据，　并实时判断主用服务器状态，当主用服务器故障时，　自动切换为备用数据服务器，实时采集、监控　ＬＣＵ１一ＬＣＵ１２的ＰＬＣ数据，经分析、运算后发送给　控制层的各个工作站，同时接收操作员指令并发送　至相应ＬＣＵ。这种设计不仅保证了电站控制层的安　全、稳定运行，还方便了日常维护和检修工作。２　套数据服务器同时兼有数据库配置和历史数据存储　功能，为日常运行和故障分析提供相应数据源。操　作员工作站采用ＳＵＮ公司Ｓｕｎ　Ｕｈｒａ４５　Ｗｏｒｋａｔａｔｉｏｎ　工作站，安装Ｓｏｌａｒｉｓ操作系统，１套操作员工作站　安装于地下厂房监控室，另外２套操作员工作站安　装于洞口中控楼。这３套操作员工作站控制权限相　同，既能够实现对４台机组的各个流程的监控，也　能够实现对全厂各个设备的监控。工程师／培训工作　站采用ＳＵＮ公司Ｓｕｎ　Ｕｈｒａ４５　Ｗｏｒｋａｔａｔｉｏｎ工作站，　安装Ｓｏｌａｒｉｓ操作系统，用于系统软件维护，不仅可　以修改定值和顺控流程，还可以修改监控画面和报　表，同时兼有培训功能。Ｏｎ—ｃａｌｌ／打印服务器采用　ＨＰ公司的ＸＷ４６００　Ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ工作站，安装　Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统．用于语音报警、Ｏｎ—ｃａｌｌ报警和　打印服务管理。厂内通信工作站采用ＨＰ公司的　ＸＷ４６００　Ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ工作站，安装Ｌｉｎｕｘ操作系统。　用于电站控制层与外部设备通讯：同时接收ＧＰＳ时　钟信号，并发送给控制层的各个工作站。ＧＰＳ时钟　同步装置采用英奥公司的ＳＺ型时钟同步装置，由２　台ＳＺ型时钟同步装置组成，互为热备用。１台时钟　同步装置安装于地面开关站．另外１台时钟同步装　置安装于洞口中控楼。这种分散布置设计，充分保　证了ＧＰＳ时钟同步装置的安全、稳定运行。网络设　备采用Ｈｉｒｓｃｈｍａｎｎ公司生产的Ｍａｃｈ４００２系列工业　以太网交换机和ＭＳ２０系列工业以太网交换机　电站控制层完成对电站所有被控对象的监视和　控制，主要功能如下：　（１）数据采集与处理。实时采集来自电站控　圜Ｗａｔｅｒ　Ｐｏｗｅｒ　Ｖｏ１．３８　Ｎｏ．５　制层的所有主要运行设备的模拟量、开关量、脉　冲量等信息和电站其他系统的数据信息以及来自　调度控制层的控制命令和交换数据，对其进行实　时分析和处理，用于历史数据记录、显示画面的更　新、控制调节、操作指导、事故记录及分析。并进　行越限报警、ＳＯＥ量记录和重要参数的运行变化趋　势分析等。　（２）实时控制与调节。完成机组的工况转换、　负荷调节、开关的合／分控制和自动发电控制ＡＧＣ　和自动电压控制ＡＶＣ。　（３）参数设定。根据电站运行需要，运行人员　可通过人机对话方式对ＡＧＣ、ＡＶＣ等参与调节的参　数进行设定。　（４）监视、记录和报表。监视设备运行情况和　工况转换过程，发生过程阻滞时能够给出原因，并　可由操作人员改变运行工况，直至停机；越复限、　故障、事故的显示，报警并自动显示有关参数，同　时推出相关画面；监控系统的软、硬件故障报警。　记录全厂监控对象的操作事件、报警事件，各种统　计报表，重要监视量的运行变化趋势，ＳＯＥ量，事　故追忆和设备的运行记录等，并能以中文格式显示　并打印。　（５）运行参数计算。包括运行Ｔ况计算，ＡＧＣ、　ＡＶＣ计算等。　（６）通信功能。通过双以太环网与各ＬＣＵ通　信；通过现场总线方式与电站其他系统通信；通过　Ｏｎ—ｃａｌｌ系统，根据报警种类和等级来启动不同的短　消息报警发送到相关人员的手机。通知有关人员处　理故障。　（７）系统诊断。离线或在线进行软、硬件和通　信故障诊断，在线诊断时不影响对电站的监控功能。　（８）软件开发和画面生成。维护人员可以方便　地通过丁程师工作站输入密码登陆系统，进行系统　应用软件、　面和报表的编辑、调试和修改等．不　影响主服务器的在线运行。　（９）系统扩充。系统具有很强的开放功能，通　过简单连接便可实现系统扩充，且保留有扩充现地　控制单元、外围设备等的接口。　（１０）培训仿真。在工程师／培训工作站上可对　运行人员进行操作、维护及事故处理等培训，并不　影响电站的监控功能。　２．３调度控制层　调度控制层由２套调度通信工作站及外同设备　等组成。调度通信工作站采用南瑞公司ＳＪ３０—６４５无　盘工作站，安装Ｌｉｎｕｘ操作系统，用于与调度系统　通讯。监控软件与电站控制层的工作站一样，与电　子Ｕ　Ｐｕ，寸：　Ｈ｜１Ｊ，ｕＪ　３－田，Ｊ＼苗日匕　如　ｌ异１＝『ｂ血　，，　廿　Ｌ．ｘ　Ｌｌ司　，　站控制层的数据服务器进行数据交换，共同配合实　现电站的自动发电控制ＡＧＣ和自动电压控制ＡＶＣ，　保证电站经济运行最优化。　调度控制层通过２路ＩＥＣ８７０—５—１０４规约与东　ＩＰ　Ｍｏｄｂｕｓ协议。可以与现场支持ＴＣＰ／ＩＰ　Ｍｏｄｂｕｓ协　议智能化设备实现直接通讯，无需增加中问规约转　换装置。ＣＰＭ６１８通讯模件，通过内部现场总线与　ＰＬＣ通讯，每个ＣＰＭ６１８通讯模件提供８路串口通　讯接口，并可扩展，通过软件组态可实现其他通讯　规约的支持，如：Ｍｏｄｂｕｓ、ＩＥＣ８７０—５—１０１、ＩＥＣ８７０—　５—１０３等。　北电网调度中心的能量管理系统（ＥＭＳ）交换信息，　ＥＭＳ通过测度控制层接收电站控制层上送的遥测量　和遥调量，并下到电站控制层，实现对电站的监视　和控制，从而实现与东北网调的遥测、遥信、遥控、　遥调“四遥”功能。调度控制层控制权限最低．与　电站控制层控制权限互相闭锁。同时，调度控制层　（８）重要设备热备冗余化。使用了高性能、高　质量的设备，降低了设备故障率，同时系统中的重　要设备采用热备冗余配置，如电站控制层的服务器、　通过４路ＩＥＣ８７０—５—１０４规约与辽宁省电网调度中　心的主涮ＥＭＳ系统和备调ＥＭＳ系统交换信息，省　调通过调度控制层接收电站控制层发送的遥测量和　遥调量，从而实现对电站的远程监视。　３系统特点　（１）控制系统和控制策略完全适应我国电网的　运行，运行方式既考虑机组的安全，又充分考虑电　网安全的需要．．　（２）采用全分布开放系统结构。主机、操作员　工作站、工程师／培训工作站等使用符合ＩＥＥＥ和　ＩＳ０开放系统国际标准的Ｕｎｉｘ／Ｌｉｎｕｘ／Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系　统。按照开放的接口、服务和支持格式规范而实现　的系统，使应用系统能以最少修改，实现在不同系　统中的移植．并能同本地或远程系统中的应用实现　操作。人机界面友好，全中文组态、显示，操作　使用符合中国人习惯。　（３）系统采用分布式体系结构。系统以双以太　环网为核心，文　各服务器、工作站功能分担，数　据分散处理．既有效地减少ｒ主服务器的负载．又　降低了各个Ｔ作站故障对整个系统的影响，从而使　整个系统的配置更加合　、可靠。　（４）各服务器／Ｔ作站住系统中处于平等地位，　系统以后扩充时不会引起原系统大的变化．并为整　个系统不断完善创造条件。　（５）系统主网络采用１００　Ｍｂ／ｓ交换式冗余双光　纤以太环网，既保证了较高的通信速率，又保证了　很高的＿Ｉ丁靠性，系统上任一节点故障或任一段光缆　ｒ１ｌ断均　影响系统其他部分的－Ｆ常运行。　（６）与东北网调和辽宁省捌的通信采用．ｒ无　风扇、无硬盛、双电源、多ＣＰＵ的南瑞公司的　ＳＪ３０—６４５兀盘Ｔ作站，大大提高通信的可靠性和　安全性。　（７）使用了功能强大、应用广泛的行业软件标　准，系统升级方便灵活，兼容惮强。ＭＢ８０型ＰＬＣ　提供四路１００　Ｍ／１　０００　Ｍ以太网口，支持标准ＴＣＰ／　现地控制层的ＰＬＣ以及双以太环网等，有效降低了　重要设备故障时的影响，提高了电站的安全稳定性　（９）测控单元智能化。ＭＢ８０型ＰＬＣ的Ｉ／Ｏ模　件设计全部智能化，因此使Ｉ／Ｏ模件具有更强的处　理能力；同时，ＭＢ８０型ＰＬＣ开发了可视化顺控流　程冈语言，使顺序控制过程的实现简单、调试直观：　并增加了ＳＯＥ功能块、脉冲型开出等独具特色的功　能块，使用方便，维护容易。　（１０）ＬＣＵ采用了南瑞公司的ＤＯＰ一１输出保护　技术和ＰＬＣ控制程序的软闭锁功能，双重保护闭　锁，防止开ｆ¨模件或继电器误输ｆＩ　５．保证了输出的　正确性，提高了现地控制单元的可靠性。　４结语　蒲石河抽水蓄能电站计算机监控系统从２００８年　２月开始招标采购、合同签订、订货、安装调试到　２０１２年１月首俞机组投入正式运行。该系统自投入　运行以来，运行稳定可靠，完成了各种运行工况的　任务要求，能适应大型抽水蓄能机组肩停频繁、Ｔ　况复杂的特点，功能达到设计要求。满足电站的监　控要求，说明在大、中型抽水蓄能电站采用国产计　算机监控系统是完全可行的。　参考文献：　［１］周庆忠，汗军，工善永，等．圉产化大型抽水蓄能电站计算机　：监控系统．电力系统自动化［Ｊ］．２００７，３１（１７）：８７—８９．　［２］汗军，方辉钦，钟敦美，等．抽水蓄能电站计算机监控系统特　殊性与设计要求．电力系统自动化『Ｊ１．２０００，２４（２２）：４９—５１．　［３］汪军，方辉钦，张红芳，等．抽水蓄能电站控制与保护设备的　　Ｊ产化．水电自动化与大坝监测［Ｊ］．２００４，２８（３）：１－３　［４］龚世龙，方辉钦．试析抽水蓄能电站计算机监控系统围产化的　町行性．水电自动化与大坝监测［Ｊ］．２００３，２７（３）：１—６．　（责任编辑高　瑜）　Ｗａｒｅｒ　Ｐｏｗｅｒ　Ｖｏ１．３８　Ｎｏ．５团