周永濱，趙勇飛，劉華平，任 翔，白 瑩，宋乃興

(⒈中國水利水電科學(xué)研究院中水科技公司，北京100038；⒉大渡河龍頭石水電開發(fā)有限責(zé)任公司，四川 石棉 625409)

0 概述

大渡河龍頭石水電站壩址位于四川省石棉縣境內(nèi)大渡河上，距下游石棉縣城約23 km，距上游瀘定縣城約93 km。壩址控制流域面積6.3萬km2，多年平均流量1 020 m3/s。正常蓄水位以下庫容約1.199億m3，調(diào)節(jié)庫容0.167億m3，具有日調(diào)節(jié)能力。電站地面廠房裝設(shè)4臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量為175 MW，額定水頭45 m，最大水頭53 m，最小水頭41.9 m。電站單獨(dú)運(yùn)行時(shí)年發(fā)電量31.18億kW·h，梯級(jí)聯(lián)合運(yùn)行時(shí)年發(fā)電量32.73億kW·h。電站以550 kV電壓等級(jí)接入電力系統(tǒng)。

電站升壓樓布置在主廠房上游側(cè)。升壓樓第一層為發(fā)電機(jī)電壓配電裝置層，布置有發(fā)電機(jī)電壓離相封閉母線和發(fā)電機(jī)出口斷路器；升壓樓第二層為主變壓器層，布置有2臺(tái)主變壓器；升壓樓第三層為550 kV GIS層，布置有550 kV GIS設(shè)備和1臺(tái)安裝和檢修GIS用的10 t（暫定）橋式起重機(jī)；升壓樓頂為出線場，布置有550 kV出線設(shè)備。

電站采用550 kV一級(jí)電壓接入電力系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)－變壓器組接線方式為擴(kuò)大單元接線，裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器，發(fā)電機(jī)額定電壓為15.75 kV。全廠設(shè)2臺(tái)400 MVA的主變壓器。550 kV側(cè)共1回出線，采用三角形接線，3組550 kV斷路器單列布置。

電站按“無人值班”（少人值守）設(shè)計(jì)，全站采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)視控制。

1 設(shè)計(jì)原則

（1）龍頭石水電站按照“無人值班，少人值守”的原則設(shè)計(jì)。電站按能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地、遠(yuǎn)方監(jiān)控的指導(dǎo)思想進(jìn)行總體設(shè)計(jì)和配置。

（2）通過目前廣泛使用的通用現(xiàn)場總線或者串行接口等實(shí)現(xiàn)電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與電廠保護(hù)系統(tǒng)、勵(lì)磁裝置、調(diào)速器裝置、直流系統(tǒng)、公用和輔助設(shè)備控制系統(tǒng)等之間的通信。

（3）系統(tǒng)配置和設(shè)備選型應(yīng)符合計(jì)算機(jī)發(fā)展的特點(diǎn)，充分利用計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，系統(tǒng)達(dá)到當(dāng)前的國際先進(jìn)水平。

（4）系統(tǒng)應(yīng)高度可靠、冗余，其本身的局部故障不應(yīng)影響現(xiàn)場設(shè)備的正常運(yùn)行，系統(tǒng)的MTBF、MTTR及各項(xiàng)可用性指標(biāo)均應(yīng)達(dá)到中國電力部部頒《水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)基本技術(shù)條件(DL/T578-95)》的規(guī)定。

（5）系統(tǒng)為全分布、全開放系統(tǒng)，既便于功能和硬件的擴(kuò)充，又能充分保護(hù)應(yīng)用資源和投資，分布式數(shù)據(jù)庫及軟件模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)能適應(yīng)功能的增加和規(guī)模的擴(kuò)充，并能自診斷。

（6）實(shí)時(shí)性好、抗干擾能力強(qiáng)。

（7）人機(jī)接口界面友好、操作方便。

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用雙環(huán)網(wǎng)設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)功能

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、有效地完成對(duì)本站被控對(duì)象的安全監(jiān)控。其主要功能如下：

2.1 控制與調(diào)節(jié)方式

正常運(yùn)行時(shí)，由電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)地各LCU及設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)方實(shí)時(shí)控制、安全監(jiān)視及調(diào)度管理。

當(dāng)主干網(wǎng)絡(luò)故障使得電站的現(xiàn)地控制單元與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)系中斷時(shí)，可通過現(xiàn)地控制單元或移動(dòng)MMI進(jìn)行相關(guān)控制、操作及監(jiān)視。

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具有多種調(diào)控方式，以滿足水電站運(yùn)行的需要。為了保證控制和調(diào)節(jié)的正確、可靠，操作步驟按“選擇－確認(rèn)－執(zhí)行”的方式進(jìn)行，并且每一步驟都應(yīng)有嚴(yán)格的軟件校核、檢錯(cuò)和安全閉鎖邏輯功能，硬件方面也應(yīng)有防誤措施。

2.2 控制方式

現(xiàn)地控制單元設(shè)置：全自動(dòng)控制和手動(dòng)分步控制。

圖1 龍頭石電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

電站級(jí)：全自動(dòng)控制。

上級(jí)控制中心：全自動(dòng)控制。

在電站的現(xiàn)地控制單元上設(shè)置“遠(yuǎn)方/現(xiàn)地”選擇開關(guān)，電站級(jí)上設(shè)置“遠(yuǎn)方/現(xiàn)地”選擇軟開關(guān)。只有當(dāng)現(xiàn)地控制單元上的該選擇開關(guān)切至“遠(yuǎn)方”時(shí)，才允許水電站電站級(jí)控制；當(dāng)現(xiàn)地控制單元“遠(yuǎn)方/現(xiàn)地”選擇開關(guān)和電站級(jí)上軟開關(guān)均切至“遠(yuǎn)方”時(shí)，才能由上級(jí)調(diào)度和集控中心遠(yuǎn)方控制。這樣保證系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行最大限度減少誤操作。

2.3 AGC調(diào)節(jié)

監(jiān)控系統(tǒng)能實(shí)時(shí)接收省調(diào)發(fā)出的總調(diào)節(jié)負(fù)荷，并根據(jù)電廠當(dāng)前的運(yùn)行情況，通過最優(yōu)、合理的AGC算法進(jìn)行經(jīng)濟(jì)、合理的負(fù)荷計(jì)算，實(shí)時(shí)的分配到參與AGC運(yùn)行的機(jī)組，以最優(yōu)的控制策略進(jìn)行跟蹤調(diào)節(jié)，從而使發(fā)電總功率在電站機(jī)組間按安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的原則進(jìn)行分配，在保障發(fā)電滿足給定功率和其他限制條件下，使發(fā)電耗水量最少，同時(shí)自動(dòng)避開機(jī)組的非穩(wěn)定區(qū)和低效區(qū)運(yùn)行，減少機(jī)組運(yùn)行的不安全因素，最大限度的降低電網(wǎng)AGC運(yùn)行對(duì)電廠機(jī)組的不利影響，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性，降低設(shè)備缺陷發(fā)生率、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2.4 系統(tǒng)時(shí)鐘管理

電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控設(shè)有統(tǒng)一的衛(wèi)星時(shí)鐘系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)通訊和編碼脈沖的方式定時(shí)校對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，包括主控層計(jì)算機(jī)、現(xiàn)地各LCU系統(tǒng)的時(shí)鐘，保證監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部時(shí)鐘的同步一致。時(shí)鐘系統(tǒng)同時(shí)提供故障錄波裝置、微機(jī)保護(hù)裝置等時(shí)鐘同步信號(hào)，保障全廠各系統(tǒng)設(shè)備的時(shí)鐘同步。

2.5 現(xiàn)地控制單元功能

龍頭石水電站現(xiàn)地控制單元包括：4套機(jī)組LCU、開關(guān)站LCU、公用系統(tǒng)LCU及閘門LCU共7套LCU，完成對(duì)控制單元的控制、調(diào)節(jié)、監(jiān)視、數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)預(yù)處理，負(fù)責(zé)向網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)信息，并自動(dòng)服從上位機(jī)命令和管理。每套LCU均配有法國Schneider公司的Quantum系列冗余CPU、冗余電源，極大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和安全性。LCU配有人機(jī)觸摸屏，即使完全脫網(wǎng)的情況下也能完成監(jiān)視和控制功能。

各現(xiàn)地控制單元和下一級(jí)的分布式I/O應(yīng)具備較強(qiáng)的獨(dú)立運(yùn)行能力，并能夠完成其監(jiān)控范圍內(nèi)設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集處理、設(shè)定值修改、設(shè)備工況調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換、事故處理等任務(wù)，處理速度快 (現(xiàn)地控制單元的主CPU不低于32位且采用冗余配置)、具有容錯(cuò)、糾錯(cuò)能力，并帶有其監(jiān)控范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)庫?，F(xiàn)地控制單元1～7采用交流/直流兩回電源供電，任意回路有電時(shí)，現(xiàn)地控制單元均應(yīng)能正常工作。對(duì)于來自CT、PT的信號(hào)，采用交流采樣的方式進(jìn)行采集。

機(jī)組現(xiàn)地控制單元內(nèi)的未設(shè)置常規(guī)控制回路，采用獨(dú)立的PLC模件單元構(gòu)建獨(dú)立于機(jī)組LCU內(nèi)的控制回路，在接收到機(jī)組電氣或機(jī)械事故信號(hào)(空接點(diǎn))以及機(jī)組技術(shù)供水、調(diào)速器油壓中斷等重要輔助回路故障信號(hào)時(shí)，應(yīng)將機(jī)組安全停機(jī)。機(jī)組現(xiàn)地控制單元上設(shè)有獨(dú)立于現(xiàn)地控制單元計(jì)算機(jī)回路的常規(guī)“緊急停機(jī)按鈕”和“事故停機(jī)按鈕”、水機(jī)事故保護(hù)回路，并采取了有效措施防止誤操作這些按鈕。

機(jī)組現(xiàn)地控制單元配有臺(tái)灣MOXA公司的UC7410串口通信裝置，采用Modbus協(xié)議與交流采樣、勵(lì)磁、繼電保護(hù)、調(diào)速器等設(shè)備進(jìn)行通訊，對(duì)綜合電量、設(shè)備重要信息進(jìn)行采集處理并上傳到上位機(jī)供運(yùn)行人員監(jiān)視控制。

3 結(jié)束語

大渡河龍頭石水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用了北京中水科水電開發(fā)有限公司開發(fā)的新一代H9000 V4.0水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，功能強(qiáng)、性能穩(wěn)定、安裝調(diào)試方便。系統(tǒng)于2008年9月開始投入運(yùn)行，使用效果良好，滿足了“無人值班”（少人值守）的設(shè)計(jì)要求。