牛保國，戴延君，佟 偉

(1.黑河市水務局，黑龍江黑河164300;2.黑河象山水電廠，黑龍江黑河164300;3.黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱150080)

黑河象山水電廠地處黑龍江省黑河市，屬黑龍江水系法別拉河中游，壩址距黑河市72 km。樞紐工程主要有攔河壩、岸坡式溢洪道、引水系統(tǒng)、地面發(fā)電廠房及開關站等組成，水庫總庫容3.11億m3，壩址以上控制流域面積1 972 km2，是一座以發(fā)電為主兼顧防洪、養(yǎng)魚、凈化水質等綜合利用的水利樞紐工程，為一不完全多年調節(jié)水庫。電廠裝機容量18.32 MW，裝有4臺(3×6+1×0.32)MW水輪發(fā)電機組與兩臺容量16 MVA和8 MVA雙繞組和三繞組變壓器組成了擴大單元接線，電能輸送分別以一回110 kV電壓等級并入黑龍江電網(wǎng)和一回35 kV電壓等級并入黑河電網(wǎng)，多年平均發(fā)電量4 130萬kW·h。

電廠原計算機監(jiān)控系統(tǒng)由東北勘測設計院設計，主機以計算機監(jiān)控為主，常規(guī)控制為輔，如開關站、公用、保護、調速器、勵磁裝置、同期等設備未考慮在內，由于監(jiān)控系統(tǒng)的結構和功能不十分完善同時由于設備已進入老化期，設備陳舊和技術的落后為電廠的管理和維護帶來了困難，甚至嚴重影響系統(tǒng)的正常運行。2005年通過招標，選定北京中水科水電科技開發(fā)有限公司研發(fā)的H9000計算機監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用分層分布式開放系統(tǒng)結構，以全面實現(xiàn)電廠的自動化監(jiān)控和管理。

1 計算機監(jiān)控系統(tǒng)配置及功能

1.1 系統(tǒng)結構

電廠以計算機監(jiān)控系統(tǒng)為基礎，不再另設常規(guī)集中監(jiān)控設備。設備的運行監(jiān)視和控制在中控室的操作員工作站上進行，同時也可在現(xiàn)地LCU上通過觸摸屏實現(xiàn)對其所控設備運行的監(jiān)視和控制。機組單元及開關站/公用單元通過光纖網(wǎng)絡與全廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)連接并接受其監(jiān)控。系統(tǒng)分兩層，廠站級控制層和現(xiàn)地控制單元層。兩層之間采用100MB快速以太網(wǎng)總線，構成高可靠的網(wǎng)絡結構。網(wǎng)絡通訊采用高性能的網(wǎng)絡交換機進行連接，系統(tǒng)具有較高的傳輸速率和良好的抗電磁干擾能力。

1.2 主控級配置

主控級設備布置在中控室，系統(tǒng)主機兼操作員工作站配置兩套，采用美國HP xw 4400工作站，每套配1臺ViewSonie彩色LCD顯示器，兩臺工作站以互為熱備方式工作，完成對整個電廠的計算機監(jiān)控系統(tǒng)的管理，正常時，一臺為主機，完成監(jiān)視和控制任務，另一臺則為備用，可進行正常監(jiān)視。當主站故障或退出時，備用站可自動或手動升為主站，完成監(jiān)控任務。

1.3 主控級的功能

主要功能AGC/AVC計算和處理，數(shù)據(jù)庫管理，在線及離線計算，各圖表曲線的生成，事故、故障信號的分析處理、畫面顯示語音報警及人機聯(lián)系等功能。

1)數(shù)據(jù)采集與處理功能。主要是采集各控制單元上傳的操作和事件數(shù)據(jù)，并存入實時數(shù)據(jù)庫，用于畫面更新、控制調節(jié)、趨勢分析、記錄打印、操作指導及事故記錄和分析;數(shù)據(jù)處理功能是進行各種數(shù)據(jù)編碼，校驗傳輸誤差及數(shù)據(jù)傳輸查錯，生成各種數(shù)據(jù)庫，供顯示、刷新、打印、檢索等使用。

2)監(jiān)視與控制功能。主控級對電廠主要運行參數(shù)及事故、故障狀態(tài)，以數(shù)字、文字、圖形 、表格、曲線等形式進行動態(tài)監(jiān)視，并在主計算機LCD上顯示;主控級的控制由值班人員通過LCD、鍵盤、鼠標等，對被控制對象進行調節(jié)和控制。

3)機組有功、無功調節(jié)功能。運行人員可通過操作調節(jié)畫面，對機組進行有功、無功功率的調節(jié)。調節(jié)方式可以為設定值調節(jié)，也可以為設定步長的單步調節(jié)。設定值方式需經(jīng)過人機對話，如選擇調節(jié)對象、內容，進行操作閉鎖條件檢查，再由數(shù)據(jù)輸入窗口完成數(shù)據(jù)的整定，并確認操作。單步調節(jié)方式可直接用鼠標點擊機組的有功或無功功率的增減操作按鈕即可。

4)3種運行方式功能:①自動控制方式功能。在正常運行方式下，由監(jiān)控系統(tǒng)的電廠控制層設備實現(xiàn)對電廠的自動或手動控制，例如，由AGC/AVC進行機組的自動開停機控制。②現(xiàn)地控制方式功能。運行人員通過LCU的人機聯(lián)系手段實現(xiàn)對電廠機組或有關設備的控制或調節(jié)。LCU的人機聯(lián)系手段可包括操作觸摸屏、操作控制按鈕及操作開關等?，F(xiàn)地控制方式的實現(xiàn)仍由監(jiān)控系統(tǒng)的LCU設備自動完成。③現(xiàn)地手動方式。在LCU屏上設有“現(xiàn)地/遠方”位置和“手動準同期/自動準同期”位置等切換開關，當該切換開關分別在現(xiàn)地和手動準同期位置時，運行人員可通過LCU屏上的控制開關直接作用LCU實現(xiàn)對機組的控制。

2 現(xiàn)地控制級結構配置功能

PLC配置結構采用CIWA—35系列PLC。CPU模塊采用MX315－2AG10，現(xiàn)地控制級設5個LCU，1～4號機組單元控制級為1～4 LCU，開關站/公用設備系統(tǒng)單元控制級5 LCU，正常運行時，機組自動操作由機組單元控制級的主PLC(可編程控制器)完成，通過中控室主控級或機組單元控制級的控制命令，實現(xiàn)機組開、停機等全部控制操作;各單元控制級的具體監(jiān)控對象及其功能如下所述。

1)機組單元控制級。1～4LCU布置在發(fā)電機層機旁，監(jiān)控對象為:進水口閘閥，水輪機及其輔助設備，發(fā)電機及其輔助設備，發(fā)電機出口斷路器，主變壓器設備等。

2)110 kV系統(tǒng)單元控制級。該單元控制級5 LCU布置在繼電保護室內，監(jiān)控對象包括:2條線路出口斷路器，隔離開關，接地開關，母線設備等。

3)公用設備單元監(jiān)控對象為:廠用電系統(tǒng)，廠用直流系統(tǒng)，廠內排水系統(tǒng)，高低壓氣機、供油系統(tǒng)等。

現(xiàn)地控制級的功能主要是。數(shù)據(jù)采集與處理，顯示監(jiān)視，控制與調節(jié)，音響及信號，通訊與控制，自診斷功能?，F(xiàn)地控制級數(shù)據(jù)采集包括:在正常工作情況下對各控制單元模擬量、開關量和脈沖量進行采集工作;在事故和故障情況下能自動采集事故或故障發(fā)生時刻的有關數(shù)據(jù)，并按其發(fā)生的順序記錄事故或故障的性質、發(fā)生的時間等?，F(xiàn)地控制級既可接受主控級指令，同時可在現(xiàn)地進行操作?，F(xiàn)地控制級具有與主控級的通訊功能，向主控級傳送所需要的全部過程信息，也可根據(jù)主控級指令隨時上傳要求的信息;在發(fā)生故障或事故情況下，及時向主控級傳送故障或事故信息，并可接受主控級發(fā)來的控制指令，同時將執(zhí)行情況和結果回送到主控級。

3 計算機監(jiān)控系統(tǒng)的特點

象山水電廠采用全計算機監(jiān)控手段，取消了所有的常規(guī)控制方式，因此要求計算機監(jiān)控系統(tǒng)必須具備系統(tǒng)的實時性、高可靠性、易維護性和安全性等。

3.1 系統(tǒng)的實時性

系統(tǒng)的實時性反映在系統(tǒng)的響應時間上，系統(tǒng)現(xiàn)地控制級的數(shù)據(jù)采集時間＜1 s，事件順序點分辨率＜5 ms，執(zhí)行控制的響應時間＜1 s，主控級的人機響應時間＜2 s，聯(lián)合控制有功、無功功率的執(zhí)行周期為3～6 s，可完全滿足整個生產過程對數(shù)據(jù)采集、人機通訊、控制命令執(zhí)行時間的要求。

3.2 系統(tǒng)的高可靠性

由于整個系統(tǒng)由高可靠性進口元件組成和高度冗余的配置，并且整個網(wǎng)絡采用光纖連接，具有較好的抗電磁干擾和防雷能力，因此能長期可靠運行。

3.3 系統(tǒng)的易維護性

系統(tǒng)完善的遠程自診斷及監(jiān)視功能，能快速自動監(jiān)視診斷到故障的部位，及時通知維護人員更換故障的部件，同時部分模塊可以帶電拔插，也簡化了維護工作。

3.4 系統(tǒng)的安全性

系統(tǒng)對每一功能和操作都進行檢查和校核，發(fā)現(xiàn)有誤時自動實現(xiàn)操作閉鎖及報警，以避免誤操作事故。

4 結語

象山水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)的配置及功能較為全面和完善，采用了國內外的最新技術 ，在國內監(jiān)控領域中處于領先地位。分層分布式開放系統(tǒng)結構適合于電廠生產和管理體制的分層次管理及集中控制的要求;同時系統(tǒng)具有實時性、高可靠性、易維護性和安全性的特點，為電站實現(xiàn)“無人值班”(少人值守)創(chuàng)造了有利條件。

［1］趙臣，張殿民，戴延君.象山水電廠機電設備技術更新改造成果回顧［J］.黑龍江水利科技，2008，36(5):54 －55.