云南普渡河鲁基厂梯级集控中心监控系统设计

周 彤

(中国水利水电科学研究院中水科技公司，北京 100038)

0 电站概况

普渡河干流水能规划实际开发利用长度为95 km，可利用落差745 m，河段平均比降为7.8‰，由于该区域人口和耕地稀少，河谷深切，河床坡降较大，间有险滩和暗礁，梯级电站开发无灌溉、防洪以及航运要求，下游河段的开发任务为单一的水能开发。普渡河下游梯级分为小蓬租、铁索桥、克田、江边、铅厂、鲁基厂、甲岩共七级开发方案。总装机容量563 MW，总保证出力98.47 MW，年平均发电量25.57亿kW·h。

鲁基厂水电站位于普渡河下游河段，为普渡河下游梯级的第六级水电站，在禄劝县则黑乡境内，电站距禄劝县100 km，距昆明公路里程177 km。电站工程规模为中型引水式电站，安装3台32 MW的水轮发电机组，电站总装机容量为3×32 MW。可在系统中参与调峰任务。

铅厂水电站位于禄劝县境内普渡河干流上，为普渡河下游梯级开发水电站的第五级，有省道公路和县乡公路与昆明市相连接，交通方便，水电站距禄劝县100 km，距昆明市公路里程195 km。工程以发电为主。装机容量2×57 MW，保证出力19.22 MW，多年平均发电量50 231万kW·h。

赛珠水电站是洗马河干流规划中的第二个梯级电站，坝址位于禄劝县转龙镇境内洗马河下游泸溪桥附近，为一混合式开发电站。首部枢纽位于洗马河泸溪桥上游约400 m处，距昆明市168 km。电站总装机容量3×33 MW，保证出力为11.32 MW，多年平均发电量4.285亿kW·h，装机年利用小时数为4 328 h。

甲岩水电站工程位于禄劝县则黑乡，是普渡河下游河段七级开发规划中的最后一级，其上游为鲁基厂水电站，下游为金沙江干流电站白鹤滩电站。甲岩水电站距禄劝县150km，距昆明公路里程220 km。甲岩水电站以单一发电为开发任务，无防洪、灌溉、航运、供水等其他综合利用要求。电站装机容量240 MW，保证出力58.375 MW，多年平均发电量10.855亿kW·h，年利用小时数4 575 h。

四个电站均采用全计算机监控系统，按“无人值班”(少人值守)方式设计。

1 工程建设目标

集控中心采用H9000 V4.0系统，实现对各水电站信息的实时采集与处理、运行监视和远方集中控制，满足各水电站现场无人值班，远方实时安全监控、经济运行和日常运行管理需要。争取在三至五年内使流域所属水电厂均具备“无人值班”条件，实现流域集中控制，厂站分步实现少人值守，夜间关门运行。初期设计是完成鲁基厂、铅厂、赛珠和甲岩等四个电站的接入。

1.1 工程范围

集控中心计算机监控系统主站端：鲁基厂厂站层兼集控中心计算机监控系统主站建设，完成水电站接入，并预留将来接入昆明集控中心及其他水电站的软/硬件接口。

厂站端：已建水电站接入系统的建设，增加或更换相关接入硬件，以及软件更新或升级、软件调试等工作。

通信系统：建设和完善流域光纤通信系统，组建和完善流域内的计算机监控系统控制专网和综合信息管理网络，满足水电站远方监控以及辅助系统联网所需数据、视频图像、电话等多种信息的传输通道要求。

1.2 工程内容

集控中心计算机监控系统建设的内容包括：集控中心计算机监控系统中心主站、通信系统、控制专网和综合信息管理网络系统，以及完成各水电站无人值班辅助功能的系统，如工业电视、泄洪闸门控制、生产管理、继电保护与故障录波、电能量计量、消防监控、流域梯级水调自动化系统通信网络改造等建设内容。完成与各水电站监控系统的联合调试及试运行，预留将来接入其他水电站的软/硬件接口。并完成与网调、中调的数据通信。

各水电站计算机监控系统改造和接入的内容包括：配置相关接入设备，完成软件更新或升级、软件调试等工作，满足集控中心计算机监控系统的功能、控制模式、通信、接口等技术要求，并完成与集控中心计算机监控系统的联合调试及试运行，确保成功接入集控中心计算机监控系统，实现各水电站远程监控，现场无人值班。

2 总体设计方案

集控中心计算机监控系统采用分层分布式结构，集控中心计算机监控系统一般包括集控中心电调自动化系统和电站侧接入设备，通过通信系统提供的冗余网络通道与各电站计算机监控系统连接，实现对电站信息的实时采集与处理、运行监视和远方集中控制。

集控中心计算机监控系统组网方式受流域内通信通道带宽、监控系统技术水平的发展、系统之间的通信协调性等因素影响，集控中心系统结构采用集控中心监控系统与电站监控系统按分层分布式设计模式，通过与站级计算机通信实现互联。集控中心和站级的监控系统分工明确，接线简单、功能层次分明，相互配合协调工作。集控中心通过站级计算机实现对电站的控制。该方式对带宽的要求较低，系统层次和功能分工明确，设备配置灵活，可根据应用需要逐步扩充，并充分发挥了站级计算机的作用，减轻了集控中心计算机监控系统计算机的工作量，便于将来电站的接入，当流域内各梯级电站监控系统由不同的供应商提供时，也比较容易实现系统之间的互联，是目前较常采用比较成熟的形式。

3 鲁基厂厂站层兼梯级集控中心计算机监控系统总体结构

3.1 集控中心计算机监控系统网络结构

集控中心计算机监控系统采用开放分层分布式系统结构，可分为生产信息查询层、监控层和接入层，相应的集控中心监控系统网络也由三个局域网区组成，分别是：生产信息网、监控主干网和接入网。

主干网采用千兆以太网双网结构，配置2台千兆以太网交换机，传输介质为超5类双绞线，采用国际标准网络协议TCP/IP。系统中的服务器和工作站等设备通过冗余配置的1000 Mbps以太网交换机连接，以保证计算机监控系统的安全运行。

信息查询网配置1 000 M以太网交换机，主要连接信息查询层有关设备，并通过防火墙与公司生产管理信息系统连接，实现电站监控WEB发布功能。信息查询网通过网络安全隔离设备与梯级集控中心监控网连接。

系统接入网采用100 M以太网双网结构，传输介质为超5类线，采用国际标准网络协议TCP/IP。2台互为备用的通信服务器分别与监控系统的2台主干网交换机和接入网交换机连接。并通过通信系统提供的冗余通道与电站计算机监控系统和上级调度系统通信。接入网核心层设在集控中心，采用高性能的核心路由器；接入层在各电站，配置接入路由器。路由器的接口配置及协议转换功能根据网络主、备用通道的要求配置相应接口和协议转换模块，并且路由器具有一定数量的扩展插槽。

组建集控中心专用数据网，实现集控中心系统与电站计算机监控系统之间的可靠通信，是集控中心自动化系统实现功能的基础和保障。实现电站现地无人值班，意味着在集控中心必须实时监控到电站运行的所有重要信息，数据量非常庞大，可靠性和实时性的要求也很高，因此集控中心计算机监控系统接入网采用主、备用通道传输数据。

图1 监控系统总体结构图

3.2 集控中心计算机监控系统与电站监控系统的通信结构

各电站接入集控中心的方式采用电力系统数据网光纤传输通道为主通道，租用卫星传输通道为备有通道，分别与电站计算机监控系统实现远程网络通信，具体通信方式、采用的通信连接结构和通信规约如下：

光纤传输通道通信方式：2套远控通信工作站分别通过各自配置的远控通信专用网络接口与接入网交换机连接，接入网交换机与电力专用纵向加密认证装置内网口连接，电力专用纵向加密认证装置与路由器的本地以太网端口连接，经路由器接入电力系统光纤数据网，通过1路E1接口形成2 Mbps点对点光纤传输通道，与各电站监控系统连接进行网络通信。通信速率为2 Mbps，通信规约为IEC60870-5-104(DL/T-634.5104-2002)。

卫星传输通道通信方式：2套远控通信工作站，通过路由器的1个以太网RJ45路由接口接入卫星数字传输设备，经2Mbps卫星传输通道设在电站的卫星数字传输设备进行连接，实现与各电站监控系统的数据通信，通信规约为IEC60870-5-104(DL/T-634.5104-2002)。

2套远控通信工作站采用冗余热备方式工作，并将光纤传输通道作为主通道，卫星传输通道作为光纤传输通道的备用。当2Mbps点对点光纤传输通道中断时，2 Mbps卫星传输通道在设计时间内切换为主运行通道运行，当2 Mbps点对点光纤传输通道恢复正常时，2 Mbps卫星传输通道将自动还原为备用。4台电力专用纵向加密认证装置分别配置在电站监控系统与集控中心的通信通道上，通过装设电力纵向加密认证装置，采用认证、加密、访问控制等技术措施实现数据的远方安全传输以及纵向边界的安全防护，实现双向身份认证、加密、访问控制。实现电站监控系统与集控中心系统(广域网)之间的边界保护。

3.3 计算机监控系统与其他系统的接口

与集控中心水调自动化系统通过硬件防火墙设备互连，并通过水调系统中间数据库实现数据交换。系统主干网与WEB信息发布网连接采用可靠的网络物理隔离装置 (正/反向)。WEB信息发布网通过硬件防火墙设备与公司生产管理信息系统(MIS)相连。并可通过公司MIS网与Internet相连。计算机监控系统考虑预留与电能量计量系统(EMS)等系统的数据交换接口，保证系统与这些系统之间的数据交互。

3.4 控制与调节方式

3.4.1 电网调度控制

电网调度对电站的控制保持原有方式不变，电网与电站的通信连接不变，仍采用电网对电站现地计算机监控系统进行直采直控，集控中心建成后，仅将受令转移至集控中心，集控中心与电网的通信数据可与电站通信数据相互冗余。

3.4.2 集控中心控制

集控中心计算机监控系统应具备对电站进行“集控中心控制”或“电网调度控制”方式的切换功能。操作控制权正常情况下设在集控中心，特殊情况下切换至电站层，操作控制权限控制点设在电站现场。当电站控制方式为“集控中心控制”时：

(1)在集控中心根据电网调度机构的指令，负责各机组启停、工况转换、负荷调整、开关站的常规操作，指挥电站进行事故处理；

(2)负责主设备(主机、主变、升压站开关)运行参数、设备状态的监视；

(3)负责主设备继电保护、安全自动装置事故(故障)信号、主要辅助设备的异常状态监视；

(4)由集控中心监控系统值班员工作站，对各电站设备实现与各电站现场操作员工作站相同的实时控制、安全监视及控制管理。

(5)集控中心应具备AGC/AVC控制功能。在电网调度授权下，计算机监控系统可接收电网调度给定的流域或电站总负荷，或下达的日负荷曲线、电压曲线以及AGC、AVC命令，根据电站水文动能条件、实时运行工况、在满足电网正常调度要求前提下，对电站参与联合控制的机组自动分配有功和无功负荷，实现对电站机组的远方自动控制。

4 结束语

梯级集控中心计算机监控系统，减少了现场值守人员的劳动强度，同时发挥出集中控制的优越性，极大提高了电站的发电效益，合理地利用了水能资源，取得了电站经济效益的最大化。

[1]方辉钦．现代水电厂计算机监控技术与试验[M]．中国电力出版社，2004.

[2]张毅，李建辉，姚维达，等．水电站通信运行状况及特性分析研究[A]．中国水利发电工程学会信息化专委会2009年学术交流会论文集[C]，2009.