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梯级电站集控中心综合自动化系统


梯级电站集控中心综合自动化系统
任妮 罗扬曙
(云南电力技术有限责任公司 云南昆明 650217)

摘要:随着水电能源的大规模开发,大批的梯级电站建成投运,为了有效的利用水能资源,增 加企业的市场竞争力,提高电力生产的自动化水平和生产效率,实现梯级电站的集中控制是非常必 要的。本文针对硕多岗河流域梯级电站集控中心自动化监控系统的实现,介绍

了项目研究的内容和 方法、建设方案分析、成果应用等。 关键字:梯级电站;集中控制;监控系统;自动化 Abstract: With the large-scale development of hydropower, large quantities of cascade hydropower stations have built and put into operation. In order to effectively utilize water resources, increase the market competition of enterprises, improve the production of electric power automation level and production efficiency ,It is very necessary to realize the cascade hydropower stations of centralized control. According to the realized of automation monitoring system that Bosoar more sloping river basin cascade hydropower stations have built ,we will introduce the project research contents and methods ,the system construction scheme analysis, construction achievements of application and so on. Key word: Cascade hydropower stations; Centralized control;Monitoring system;Automation

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前言
随着技术的发展及运行值班方式要求的日益提高,机组的自动控制水平已不能满足现代化水电

厂的要求。为了提高水电站计算机监视和自动控制水平,降低生产运营成本、整合人力资源、优化 经济调度、创新管理模式、提高企业经济效益、社会效益和综合竞争力,我们建立了硕多岗河梯级 集控中心。硕多岗河流域梯级电站是集各梯级电站计算机监控系统、水库调度、电力调度、市场营 销、行政管理为一体的控制的系统,是一支集发电、防洪、灌溉等多目标为一体的综合型系统。 国电香格里拉发电有限公司只有有效地利用好硕多岗河流域已有的地位优势和水资源优势, 以 科技为手段,着眼公司未来,按照科学的发展观和具有战略高度的管理,来提高各发电厂目前生产 的自动化水平和生产效率,从而增加公司的市场竞争力。

1 系统方案介绍
本项目欲建成“一库六级”梯级电站集中控制和管理,由于涉及电站数量多,建设时间、系统 选型、系统接入等不一致,导致建设流域梯级集控中心的工程量大,工期较长,并且资金投入较多, 存在一定资金短缺风险。所以采用统一规划,分步实施的原则—即先建成基本满足流域梯级电站集 中控制和管理一套综合自动化系统,待项目产生一定经济效益后,再将盈利部分投入项目后续建设 和开发工作中,逐步接入和完善,完成整个项目,缓解了资金压力。

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系统方案分析

硕多岗河流域梯级电站集控中心综合自动化系统的核心是计算机监控系统, 还包括水轮发电机 组运行参数在线监测系统、生产管理信息系统、工业电视监视系统、通信系统、五防监控系统、消 防监控系统、水情测报系统等。 本文将着重介绍计算机监控系统、工业电视系统、通信系统和机组振摆监测系统。

2.1 计算机监控系统设计
本方案只涉及集控中心第一期工程(吉沙水电站、冲江河一期水电站、冲江河扩充电站、螺蛳 湾水电站)四个电站,将第一期四个梯级电站纳入集控中心计算机监控系统,并留有第二期电站接 入的接口和备用接口,计算机监控系统通过核心功能经济调度和自动发电控制,为电厂带来更多的 经济效益。计算机监控系统包括:上级电力调度(云南省调、迪庆地调)计算机监控系统(属于调 度机构) 、 硕多岗河流域梯级电站集控中心计算机监控系统、 流域各梯级电站计算机监控系统三部分。

2.1.1 方案的选择
硕多岗河流域各梯级电站的是典型的中小型水电站。计算机监控系统的投资要求价格适中,后 期管理简易等特点,适宜硕多岗河流域梯级电站进行设备更换与系统升级,并有预留接口,方便以 后系统扩展。 就硕多岗河流域梯级电站集控中心而言,控制对象主要是各梯级电站。以梯级电站为 单元设置多套相应的装置,每套装置便构成了集控中心的现场控制单元。每个控制单元均能独立完 成对控制对象的数据采集与处理、控制调节、与上位机的通信等多项功能。由于集控中心的生产过 程和管理体制都是一个垂直的调度系统,层次分明,任务明确,关系清楚。为适应这样一种生产方 式和分级管理体制,硕多岗河流域梯级电站计算机系统宜采用分布式处理一般都与电厂分层控制结 合起来,形成了当今最流行的一种计算机监控系统结构模式----分层分布式结构模式。

2.1.2 监控系统设计的原则[1]
1)完成梯级集中监控的任务; 2)与计算机监控系统内、外有关的系统进行通信,准确、及时、全面地收集“各梯级电站”集中控 制与管理的各种信息。 3)根据工作需要和调度要求,将收集到的信息进行分析、处理、存储、上送; 4)对“各梯级电站”发电设备进行自动监视,并按电力系统调度要求及“各梯级电站”和各开关站 运行要求进行自动控制,确保“各梯级电站”所有机电设备安全、可靠运行; 5)实现“各梯级调度”联合优化调度和经济运行; 6)与有关部门进行通信,传送有关信息,接受对“各梯级电站”调度的要求; 7)对“各梯级电站”进行安全分析; 8)负责组织执行调度机构下达的有关水电站的发电计划。

2.2 工业电视系统

工业电视[2]作为监控系统的补充手段,具有可靠性,实时性、清晰性、可记录性的特点,是实 现电厂安全运行的重要保证。工业电视已经成为实现水电厂“无人值班,少人值守”的重要技术保 证。同时兼顾电站消防监控系统火灾确认的需要,有效的防范火灾事故的发生和蔓延,保障电站设 备的安全运行和人员的安全。硕多岗河集控中心工业电视系统结构与计算机监控系统结构相似。分 为三层结构:集控中心工业电视系统控制层,梯级电站工业电视系统控制层,现场采集层。 2.2.1 方案的选择 考虑到经济性和实用性,结合梯级电站工业电视的情况,硕多岗河集控中心工业电视系统,只 需将四个电站的工业电视系统接入集控中心工业电视系统,对梯级电站工业电视系统进行系统功能 完善。 梯级电站以交换机为出口通过通信光纤通道传输, 通过100M以太网络接口连接到集控中心工 业电视交换机上,完成流域各梯级电站与集控中心的数据传输。实现远程集中监控,通过监控画面 和视频信息进行现场巡查。 2.2.2

2.3 通信系统
为满足硕多岗河梯级集控中心和各梯级电站之间的计算机监控系统、工业电视、机组在线监测 系统(振动摆渡)及水情测报系统等对通信传输网络的要求,对硕多岗河流域梯级电站通信系统进 行总体研究。

2.3.1 通信方式的选择
根据硕多岗河流域梯级电站“一库六级”规划,以及目前建成各电站的实际情况,目前可以接 入集控中心的有三级电站。由于香电司公司都是小型电站,流域分布较近,传输网络最大距离在50 公里左右,根据现有的通信技术,考虑到传输容量较大,因此我们推荐使用光纤网络传输。 光纤传输以其高宽带、低损耗、抗干扰能力强等特点,已成为当今高速数据传输的首先媒体, 同时,光纤网络具有强大的自愈保护功能,大大提高了光纤通信的可靠性,光纤网络具有传输容量 大的特点,这为实现全流域梯级电站至集控中心的计算机监控数字传输和图像传输提供了足够的通 道保证。根据硕多岗河流域梯级电站集控中心对网络业务、安全性、可靠性和经济性的考虑,并从 长远的发展来看,并充分利用电力系统光纤资源,可以组建硕多岗河全流域的光纤传输网络,且很 多需要架设的光缆可以沿输电线路进行架设,提高可靠性,维护工作量也较少。

2.3.2 网络结构及传输方式分析研究
1. 网络结构的选择 根据香电司公司硕多岗河梯级电站开发情况以及后续电站的接入要求以及目前电力系统应用来 看,提出星型、环形及总线型三种交互式以太网结构,并对三种网络结构进行比较、论述和研究,

本文推荐使用星型结构,如图2-1所示。

硕多岗河梯级电站计算机监控系统星型网络规划图
冲江河集控中心主交换机 交换机1 交换机2 交换机2 螺丝湾电站监控网络 LCU1交换机

吉沙电站监控网络

交换机1

LCU1交换机 LCU2交换机 LCU2交换机 LCU3交换机 交换机2 LCU4交换机 交换机2 交换机1 交换机1 交换机1 交换机1 LCU3交换机 交换机2 交换机2 LCU4交换机 LCU5交换机

后期吊江岩、小中甸接入

交换机1、2

交换机1

交换机2

交换机1

交换机2

冲江河电站监控网络 LCU1交换机 LCU2交换机 LCU3交换机 LCU4交换机 LCU5交换机 LCU6交换机 LCU7交换机

注:此图为双通道星型网络结构,主用通道自建以太网,备用网络使用ECI XDM传输设备

图2-1 星型网络结构图 星型结构是指各电站以星型方式连接成网。星型结构简单,便于管理;控制简单,便于建网; 网络延迟时间较小,传输误差较低。但缺点也是明显的:可靠性较低、且后续投产电站较远时,接 入困难,资源共享能力也较差,另外中心节点故障时,会导致整个网络瘫痪。本梯级电站计算机监 控系统节点不多,3个节点分布在同层的网络上,各层下层网络为现地LCU单环网通信层,可以改建 为环网,增加可靠性。另外如果电站级星型网络冗余配置,配置冗余中心节点,其一个中心节点故 障不会导致整个网络的瘫痪。如果选用此方案,通信通道为独立双通道满足要求,可靠性较高,且 提高了电站通信设备的使用率,减少光缆投资,本研究推荐使用此方案。 2.集控与调度通信研究 集控中心建立后必须实现与调度中心通信, 按照调度要求对集控中心接入电力系统调度数据网 进行研究,建议集控中心直接接入云南电网公司新建的电力调度数据网,一次性按电网公司的要求 配置系统侧和电站侧电力调度数据网网络设备和通信设备。目前云南电力骨干网光纤通信拓扑图如 下图所示。

云南电力骨干光纤通信图
省调中心

ECI:XDM-1000 七甸变

罗平变 福贡变

ECI:XDM-1000

ECI:XDM-1000 宝峰变

2.5G网络
ECI:XDM-1000 曲靖变 ECI:XDM-1000 草铺变 ECI:XDM-1000

ECI:XDM-100 155M 吉沙电站 ECI:XDM-100 155M 冲江河电站 ECI:XDM-100 155M 螺蛳湾站

剑川变

兰坪变

厂口变1

ECI:XDM-1000 迪庆变

ECI:XDM-1000 丽江变

ECI:XDM-1000 大理变

ECI:XDM-1000 蒙恩哨中继 厂口变2

ECI:XDM-1000

图 2-2 云南电力骨干网光纤通信拓扑图 根据目前香电司各电站接入调度情况, 为节约成本, 调度建立集控中心方案时, 根据分析可得, 调度通信系统选择方案具体如下,集控中心通信系统应充分与电网公司沟通利用目前冲江河电站的 通信设备,如果不满足电力调度数据网要求,增加一套光传输设备,冗余使用,完成集控中心与省 调和地调之间话音、远动、数据等业务的传输,另外根据电网公司要求还需冗余配置一套调度数据 网网络设备,包括交换机、纵向认证和横向加密隔离设备,以及接入路由器。集控中心数据通过光 缆延伸接至冲江河通信机房,在通信机房配置调度数据网网络设备两套,电力安全纵向认证、横向 隔离设备两套,再接入两台交换机,最后由接入路由器E1接口接至XDM100设备,传输至调度。与 调度通信必须按电网公司要求上报集控建立方案信息,以电网公司回复建立的通信传输方式为准。 电厂端通信设备增加光端机一套,通信电源、PCM、配线架使用原有设备,减少投资。此方案不仅 能满足相关规程及电网调度的要求,且投资最少,技术可行。

2.4. 机组振摆监测系统
国电香格里拉发电有限责任公司规划建立硕多岗河流域梯级电站集控中心, 同时计划逐步对各 电站机组振摆监测系统进行彻底改造。通过设置机组振摆在线监测系统,采集机组运行过程中的振 动、摆度、压力脉动等数据,能实时监测分析机组稳定性状况,及时发现机组故障、指导机组运行 和检修。集控中心纳入机组振摆监测系统[3],能够实时、动态掌握机组振动区与运行水头、功率等 的关系,为机组负荷分配优化运行提供数据支持和依据。

2.4.1 方案设计
集控中心不配置专门的硬件设备,仅使用客户端软件通过网络直接访问电站的振摆监测系统, 在集控中心完成远程监测以及在电站完成现地监测,而数据的分析和诊断功能则交由远程分析诊断 中心完成。远程分析诊断中心是为各电站提供机组远程监测、远程分析、远程诊断的专门机构,它 可以位于电力试验单位、发电企业或其它专门研究服务机构。振摆监测系统的数据可通过Internet或

电力广域网传送到远程分析中心。具体方案网络拓扑图如图2-3所示。

图 2-3 监测系统网络拓扑图
该方案的特点是各电站能实现机组振摆监测功能, 可以满足运行基本要求; 监测数据的后续分析、 深入挖掘、故障诊断、振动区确定及设备性能评估等工作由专门机构完成,能及时得到有关专家的 技术支持,专业化程度较高;减少了系统维护工作量,成本相对较低。

3.成果应用
国电集团内部和其它发电集团也越来越多的开始建立集中控制中心,以本集控中心作为示范,进一 步推动国电公司中小型集控中心建立,提高国电公司整体的技术实力和管理水平。

4.结语
硕多岗河域梯级电站集控中心计算机监控系统是在总结、吸收已投运的梯级电站调度自动化系 统经验的基础上, 采用许多先进的技术和设计思想开发完成的。它的投入运行和梯级各电站的陆续 接入为梯级各电站实现无人值班(少人值守) 创造了有利的条件, 在提高硕多岗流域梯级电站调度自 动化水平、梯级电站经济运行和优化调度管理、充分合理利用硕多岗河水利资源等方面发挥了重要 作用。 参考文献 [1]刁东海,吴正义.澜沧江流域梯级电站集控中心监控系统的设计与实现[J] .水电自动化与大坝 监测,2010,34(5):9-13 [2杨小尤.浅谈水轮发电机组振动摆度监测系统的应用[J] .水电自动化杂志,2006年第02期

[3]刘守茹,刘杰.工业电视系统在梯级水电厂的建设及发展方向[J] .《中国水力发电工程学会信 息化专委会2007年学术交流会论文集》2007年


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