李 娜

（漢中市石門水庫管理局水電站 陜西 漢中 723003）

石門水利樞紐工程是以灌溉為主結(jié)合發(fā)電的綜合大（二）型工程。樞紐工程主要由砼拱壩、河床壩后電站、河?xùn)|干渠及渠首電站、河西干渠及渠首電站、下游反調(diào)節(jié)池等建筑物組成。根據(jù)石門水電站增效擴容改造的要求和初設(shè)審批方案，一期改造完成后河?xùn)|電站裝機 2×1500kW，河西電站裝機 1×630kW，二期改造完成后河床電站裝機3×13000kW。

1 改造前存在的問題

1976年9 月，石門水電站第一臺機組發(fā)電試運行至今，電站運行時間長達三十余年。設(shè)備老化、效率不高、自動化程度低、能耗高、技術(shù)落后，很多設(shè)備操作需要依靠運行人員現(xiàn)場手動機械操作。需要運行人員人數(shù)多，嚴重制約石門水電站的經(jīng)濟發(fā)展。

2 改造石門水電站綜合自動化的主要設(shè)計理念

石門水電站一庫三站采用擴大廠站的控制模式，三個電站自動化設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)全部納入一整套計算機監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和集中控制。工程計算機監(jiān)控采用同一套上位機系統(tǒng)，各現(xiàn)地LCU采用雙星型以太網(wǎng)接入上位機系統(tǒng)以全面實現(xiàn)“無人值班，少人值守”的水電站機組自動化。

3 石門水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)布置概況

（1）電站采用開放式分層分布系統(tǒng)，全分布數(shù)據(jù)庫。通過擴大廠站控制方式，讓整個系統(tǒng)由站控級計算機和各現(xiàn)地控制單元（LCU）組成，機組LCU布置在電站主廠房機旁，公用及開關(guān)站LCU布置在電站繼保室，站控級計算機布置河床電站中控室，站控級與現(xiàn)地級通過100Mbps雙星型工業(yè)以太網(wǎng)連接。

（2）計算機監(jiān)控系統(tǒng)能對全廠主要機電設(shè)備進行控制，對所有機電設(shè)備的運行情況全面監(jiān)視，對電站生產(chǎn)管理、狀態(tài)檢修用途的數(shù)據(jù)采集、處理、歸檔、歷史數(shù)據(jù)庫的生成、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)拷貝，并為自動生產(chǎn)管理MIS系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)采用光纖通信介質(zhì)，計算機各節(jié)點通過光纜接口連接。通過廠內(nèi)通信服務(wù)器與電站火災(zāi)報警系統(tǒng)、電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定裝置、電能計量計費系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信；通過以太網(wǎng)與全廠保護系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)通信；通過系統(tǒng)通訊服務(wù)器和遠動裝置與地調(diào)電力數(shù)據(jù)網(wǎng)進行數(shù)據(jù)通信。

（3）站控級計算機系統(tǒng)由數(shù)據(jù)容錯服務(wù)器、操作員工作站、工程師站兼仿真培訓(xùn)站、系統(tǒng)通信服務(wù)器、廠內(nèi)通信及ON-CALL服務(wù)器等構(gòu)成（其中河床電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)上位機操作員站、工程師站、廠內(nèi)通信服務(wù)器兼ON-CALL站、系統(tǒng)通信服務(wù)器等已于一期工程實施，二期工程根據(jù)工程實際需要對其進一步完善，對軟件系統(tǒng)及部分硬件進行了升級，實現(xiàn)了一期、二期計算機監(jiān)控系統(tǒng)的順利對接），實現(xiàn)管理控制現(xiàn)地設(shè)備等功能，形成全站監(jiān)控中心設(shè)有其監(jiān)控范圍內(nèi)完整的實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，各LCU分別設(shè)有其監(jiān)控范圍內(nèi)完整的實時數(shù)據(jù)。

4 石門水電站設(shè)備信號采集的方式及原理概述

通過裝設(shè)傳感器（壓力傳感器，溫度傳感器，液位變送器等）對電站各設(shè)備（包括發(fā)電設(shè)備：蝶閥，水輪機，發(fā)電機，變壓器，調(diào)速器，勵磁，輔控；開關(guān)站設(shè)備：隔離開關(guān)，斷路器，母線，接地刀閘；公用設(shè)備：廠用電系統(tǒng)，油系統(tǒng)，氣系統(tǒng)，水系統(tǒng)，直流系統(tǒng)等）主要運行參數(shù)進行信號數(shù)據(jù)采集至現(xiàn)地LCU，就地對被控對象進行監(jiān)視和控制。

（1）監(jiān)控系統(tǒng)采集的電量包括：機組、變壓器、6.3kV母線、110kV線路、廠用電電源及0.4kV母線、直流電源系統(tǒng)等設(shè)備的主要運行參數(shù)。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)采集的非電量包括：機組的主要運行參數(shù)，如溫度、振動、擺度、壓力、流量等；主變的主要運行參數(shù)，如溫度、壓力等；機組附屬設(shè)備及全廠公用系統(tǒng)設(shè)備的主要運行參數(shù)，如壓力、液位、流量等；上、下游水位。

（3）監(jiān)控系統(tǒng)采集的開關(guān)量包括：機組的運行工況；機組進、出水口閘、閥的位置信號和工況；6kV以上電壓等級斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)的位置信號；0.4kV廠用電進線和聯(lián)絡(luò)空氣斷路器的位置信號；近區(qū)及廠區(qū)送電線路斷路器的位置信號；交直流電源系統(tǒng)的運行工況；主輔機電設(shè)備的事故、故障信號；主要保護及自動裝置的動作信號；火災(zāi)報警、通風(fēng)空調(diào)、工業(yè)電視等系統(tǒng)的報警信號；監(jiān)控系統(tǒng)的故障信號；電廠控制級數(shù)據(jù)采集；實時采集各現(xiàn)地控制級的各類數(shù)據(jù)；接收各調(diào)度級的的命令信息和數(shù)據(jù)；接收電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)以外的其它數(shù)據(jù)信息。

監(jiān)控系統(tǒng)通過硬布線和數(shù)據(jù)通信方式采集模擬量、開關(guān)量和脈沖量。LCU完成對監(jiān)控對象的數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)預(yù)處理，負責(zé)向網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)信息，并自動服從調(diào)度層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，配備有現(xiàn)地操作面板和指示元件，當(dāng)與上位機系統(tǒng)脫機時，仍具有必要的監(jiān)視和控制功能。

5 石門水電站設(shè)備信號控制處理系統(tǒng)的運行方式說明

（1）由設(shè)備現(xiàn)地采集的信號數(shù)據(jù)，其數(shù)字量或模擬量在LCU上變化至LCD屏幕?？稍谥骺卣净颥F(xiàn)地LCU對該設(shè)備進行控制和操作。LCU都配備現(xiàn)地/遠方操作轉(zhuǎn)換開關(guān)，可用它將主控站的遠控功能切換到現(xiàn)地操作，所有操作轉(zhuǎn)換開關(guān)的位置(現(xiàn)地還是遠方)都在主控站顯示。

（2）站級監(jiān)控系統(tǒng)對全站設(shè)備進行集中控制。計算機監(jiān)控系統(tǒng)對采集到的數(shù)據(jù)進行處理并生成實時數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對電站主要設(shè)備的工況和參數(shù)的巡回檢測、記錄、越限報警、復(fù)限提示和顯示、打印功能。

（3）電站按“無人值班”能實現(xiàn)現(xiàn)地及遠方、地方調(diào)度中心監(jiān)控的原則進行總體設(shè)計和配置，按“少人值班”方式對電站進行監(jiān)視和控制，實現(xiàn)電站的控制、測量、信號、信息管理等。正常運行時，由站控級監(jiān)控系統(tǒng)對電站進行遠方實時控制、安全監(jiān)視、調(diào)度管理、統(tǒng)計記錄等功能。所有系統(tǒng)調(diào)控命令都由設(shè)在河床電站的總控室發(fā)出，或按預(yù)定的負荷曲線運行，現(xiàn)場值守人員只進行監(jiān)視和巡查，在特殊情況下才進行必要的操作。在站控級監(jiān)控系統(tǒng)故障情況下，現(xiàn)地控制級能獨立完成對監(jiān)控對象的自動控制，并可在必要情況下切換至手動控制方式。

6 改造后石門水電站綜合自動化功能解析

通過以上分析，可見綜合自動化改造后，電站運行中加強了對發(fā)電機組、變壓器等主要設(shè)備的安全監(jiān)視，系統(tǒng)高度可靠，其本身的局部故障不影響現(xiàn)場設(shè)備的正常運行。并且實現(xiàn)了電站下位機系統(tǒng)與上位機系統(tǒng)、上位機系統(tǒng)與漢中地調(diào)之間遠程數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ?，提升了信息通訊傳輸與溝通速度，提高了數(shù)據(jù)統(tǒng)計的工作效率。同時提高了電站運行的的可靠性和經(jīng)濟效益，提高安全經(jīng)濟運行水平，保證供電質(zhì)量。實現(xiàn)了電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)與保護裝置、微機自動裝置、微機勵磁調(diào)節(jié)裝置、微機調(diào)速器裝置、火災(zāi)報警、機組輔助控制及全廠公用設(shè)備、以及其它智能電子裝置之間的數(shù)據(jù)通信。

由于石門電站已建站運行30多年，現(xiàn)增效擴容改造是在電站原址基礎(chǔ)上進行的機電設(shè)備改造，因為場地及資金的原因，原則上不做大量的廠房土建開挖。老電站機組及輔助設(shè)備多且因場地分布雜，所以考慮為電站各發(fā)電機組分別設(shè)置一套LCU，公用系統(tǒng)與開關(guān)站設(shè)備設(shè)置一套LCU，大壩設(shè)置一套遠程I/O子站，該子站與公用及開關(guān)站LCU連接。LCU直接監(jiān)控被監(jiān)控設(shè)備的生產(chǎn)過程，現(xiàn)地對所控制及監(jiān)測設(shè)備進行信號采集。既可作為分布系統(tǒng)中的現(xiàn)地終端，又可作為獨立裝置單獨運行，在站控層及網(wǎng)絡(luò)失效的情況下，可獨立完成間隔設(shè)備的就地監(jiān)控功能。

7 結(jié)語

綜上所述，石門水電站在增效擴容改造后計算機監(jiān)控系統(tǒng)簡單可靠、經(jīng)濟實用、操作方便，可以進行遠程維護。有利于石門水電站安全運營和經(jīng)濟效益提高，實現(xiàn)并達到了“無人值班，少人值守”的水電站自動化改造目標。石門水電站的綜合自動化改造，因地制宜的布控方案也值得其他小水電站借鑒，也為其他即將實施或正在實施增效擴容改造工程的小水電站提供了良好的改造范本。陜西水利