牛路岭水电站计算机监控系统应用

蒙美安，段振国

（1.海南牛路岭电力工程有限公司，海南 琼海 571400；2.中国水利水电科学研究院，北京 100038）

牛路岭水电站位于海南省琼海市境内的万泉河干流上，装有4台单机容量为20 MW混流式机组，设2台110 kV主变压器，其开关站为五角形接线,共有三回110 kV出线，一回线路送到琼海官塘220 kV变电站，一回线路送到万宁红石220 kV变电站，一回线路送到屯昌110 kV变电站。是海南电网主力水电厂之一。电站原二次部分按常规集中控制方式设计,采用24 V弱电有触点集中控制接线,对电厂各主要设备进行一对一的集中控制和监视,旧中控室设有信号返回屏和控制台。为进一步提高电厂自动化和安全运行水平，实现少人值守的目标,牛路岭水电站对综合自动化系统进行改造，其计算机监控系统选用中国水利水电科学研究院自动化所开发的H9000系统，该系统投运以来，运行情况良好，实现了监控系统的数据采集和处理，实时控制和调节，安全运行监视，数据通信，系统诊断等功能，为电厂的安全经济运行打下良好的基础。

1 监控系统总体结构

牛路岭水电站监控系统采用基于以太网络的全开放型、分层分布式结构控制系统方案，共分二层：厂站级主控层以及现地控制单元层。

厂站级主控层设备包括两套双冗余、热备用的操作员工作站 (兼应用主机)、一套工程师工作站、一套站内通讯工作站、冗余热备用的省调通讯工作站、一台打印机、一套GPS时钟同步系统及一套UPS电源等设备。

现地控制层采用现地控制单元与专用功能装置既相互配合又相互独立的设计原则，以提高系统的可靠性和整体性。

LCU主机与外部独立装置以通讯方式进行数据交换，每套LCU均是一套完整的控制系统，与厂站级主控层联网时，作为监控系统的一部分，实现系统指定的功能；LCU独立运行时也可以完成对设备的监视和控制功能。LCU采用GE公司PLC并配置触摸屏。

2 监控系统网络结构

牛路岭水电站监控系统的厂站主控级与单元控制级采用100 MB交换式以太网络总线连接，构成高可靠性的局域网络结构，通讯介质为光缆，具有较高传输速率和良好的抗电磁干扰能力。配置一台交换机，构成100 MB(10/100 MB自适应)网络，在中控室和计算机房内的设备采用屏蔽双绞线连接。交换机提供3.2 Gb/s的交换网，提供24路双绞线交换式以太网口，连接电厂主控级的各计算机，通过多摸光缆分别与各个现地控制单元LCU构成100 MB交换式以太网。

3 系统特点

（1）采用开放系统结构和成熟、可靠、标准化的硬件、软件与网络结构，各计算机均采用开放的汉化操作系统Window 2003，网络软件为TCP/IP，图形界面符合X/Window标准。

（2）关键设备选用国际著名品牌产品，采用HP公司工作站产品和GE公司PLC。

（3）主要设备直接接入网络，可获得高速通讯能力和资源共享能力，PLC直接接入以太网，可靠性高。

（4）具有丰富的开发工具软件和通讯规约，系统维护扩充和联网通讯非常方便。

（5）为确保可靠性，系统重要、关键设备采用冗余技术。

（6）系统功能分布，该系统网络上的每一个设备都有自己特定的功能，某个设备故障仅影响局部功能。

（7）所有计算机在失电停机时，存储器无数据丢失，电源恢复时能自动重启。

（8）操作员站与工程师工作站设备型号一致，系统维护方便，备件互换性良好。

4 系统功能

该系统的实施实现了牛路岭水电站（少人值守）的目标，是一套完整的实时控制系统，配备了完整的系统监控功能：

（3）定额偏高。施工项目大，工作量大，工期长，涉及分项众多，定额的过程不明确的情况经常发生，从建设单位来说，希望定额套用尽可能低，控制成本；施工单位要利用较高的收费配额获得较高的利润，因此，一些施工单位往往采用定额取费就高不就低的方法来获得较高的利润。工程量的计算是一项复杂的工作，不同造价人员的结果往往会有一定的差异，建设单位单位下意识地认为施工单位会夸大工程范围，而施工单位也明白，最终结算金额会在上报的项目金额的基础上打折，所以就直接在工程量和金额上高报，希望最终结算金额还会有可观的利润。

具有数据采集与处理；综合计算；安全运行监视及事件报警；人机联系；控制与调节；生产统计记录；运行日志与报表打印；运行指导，包括开停机过程监视、设备操作指导、事故处理和恢复操作指导等；操作票显示、编辑与打印；系统通信；系统自诊断与自恢复；系统数据库；系统时钟同步；防误操作功能；系统的授权管理与功能分配；现地控制单元（LCU）；高级应用，AGC、AVC功能。

5 系统运行情况及改进

5.1 改造概况

牛路岭水电站计算机监控系统的改造工作，于2004年6月中旬系统设备到货并安装开始，2004年7月开始现场调试，2004年7月底主控制级设备投入运行，2004年8月中旬1号机组LCU及公用LCU首先投入运行，随后2号、3号、4号机LCU也相继投运。运行多年来，H9000计算机监控系统能够迅速、准确、有效地完成对本电厂被控对象的安全监视和控制，实现了数据采集与处理，实时控制和调节，安全运行监视，屏幕显示，数据通信，系统诊断等功能，为公司设备的安全稳定运行奠定了良好基础。

5.2 与调度通信系统的改进

牛路岭水电站计算机监控系统，原设计配置一台省调通讯工作站，接入两个串行通信通道，采用IEC60870-5-101规约与海南省调度中心通信。这样的主备双通道通信方式，在后来的实际使用中发现，一旦省调通讯工作站退出（例如，该工作站需要维护），电站与省调的通讯将中断。为此增加一台省调通讯工作站，改为一台通讯工作站对应一条串行通信通道方式，这样可维护性和可靠性都得到提升。

根据海南省调度中心要求，牛路岭水电站在2009年增加远动网络方式通信，即增加一条2 M带宽的通道，在电站侧配置一台2 ME1 G703到以太网络的协议转换器（天为MA20B-2ETH），将两台省调通讯工作站接入远动网络，采用IEC60870-5-104规约与海南省调度中心通信。

牛路岭水电站与省调的通信有以下特点：

（1）多通道：两个串行通信通道，一个远动网络通道。

（2）多规约：IEC60870-5-101和IEC60870-5-104规约。

5.3 高级应用功能

（1）牛路岭水电站自动发电控制（AGC）功能实现两种运行方式：一是日负荷曲线方式，二是给定全厂总有功方式。日负荷曲线是采用一天96个时段的日负荷曲线。在给定全厂总有功方式运行时，根据控制权在海南省调或者在电站的不同，AGC可以根据海南省调度中心给定的总有功负荷，或者根据电站运行人员设定的总有功负荷要求，实时调节各机组有功功率出力，使电厂总出力满足给定的总有功负荷要求。

自动发电控制（AGC）功能根据全厂总的负荷需求和发电但不参加AGC控制机组的出力情况，计算出要在AGC可控机组中分配的出力要求，然后在发电运行的AGC可控机组中间进行负荷分配，分配准则采用：按机组耗水等微增率原则，在各AGC成组可控机组中间进行有功负荷分配。

自动发电控制（AGC）功能,考虑了发电机组的P-Q运行图的限制,以保证在自动控制状态发电机组不发生过载运行。对每台机组的有功出力有一组人工设定的运行下限、上限和禁止运行区域,是为保证机组运行在一个合理的运行范围。同时对于每台机组AGC会根据实时水头自动计算出机组允许的最大出力。综合以上因素，AGC会计算出每台机组的综合允许运行范围。

牛路岭水电站AGC功能从2005年投入运行以来一直安全、可靠运行至今，尤其是在海南电网作为孤网运行时期，牛路岭水电站AGC为海南电网的优质运行做出过一定贡献。

（2）牛路岭水电站自动电压控制（AVC）功能实现三种运行方式：①.电压曲线方式。②电压给定控制方式。③省调控单机方式。在电压曲线方式和电压给定控制方式下，AVC周期监视节点电压，一旦节点电压超出允许范围（死区），即根据设置的电压～无功调差系数计算出所需增减的全厂无功值，然后根据新的全厂无功值在发电运行的AVC可控机组间分配，分配准则：按等比例在各AVC成组可控机组中进行无功分配，同时参照机组P-Q运行图和设置的机组无功限值。

牛路岭水电站开关站是五角形接线，没有母线，牛路岭水电站AVC是将110 kV节点电压作为控制对象。110 kV节点电压取自主变压器高压侧，采用双量测电压，即从两台主变压器高压侧取电压，两路电压形成有效性相互检查。AVC同样采用机组无功双量测实现对机组无功有效性检查，两路无功测量分别取自变送器和GE公司PLC的PTM交流采样模块。

牛路岭水电站AVC功能目前以电站本地运行方式为主。

6 结束语

H9000计算机监控系统在牛路岭水电站投入运行后，形成一个完整的开放网络型分层分布的实时闭环过程控制系统，在中控室就能独立完成对电厂的闭环自动控制功能。该系统的投运，使牛路岭水电站的自动化程度全面提高，运行稳定，处理速度快，调节控制灵活方便，各项功能完善可靠，运行维护方便，实现了（少人值守）的目标，大大提高了电厂的安全运行水平，改善了员工的工作环境，提高了公司的经济和社会效益。

[1]王德宽，等.H9000分布开放式水电厂计算机监控系统[J].水利水电技术，1996（5）.

[2]段振国，等.白山发电厂自动发电控制（AGC）功能的应用[J].水电站机电技术，2008（3）.