三峡右岸及地下电站监控系统总体方案设计

　　摘要：三峡右岸电站及地下电站分别装设了12台及6台700MW水轮发电机组，两电站500kV母线之间设置有一回联络线，电站监控系统采取了统一设计、分频实施方案。就右岸电站及地下电站工程规模、时间跨度及调度运行方式等方面对监控系统总体设计方案的影响进行了具体分析，对独立系统及一体化设计两种设计方案的优、缺点进行了对比，并对采用一体化设计方案的监控系统结构、设备配置及系统功能设计等方面采取的相应措施进行了介绍。

　　关键词：电站监控系统；设计方案；措施；三峡水利枢纽

　　中国分类号：TV734.21 文献标识码：A 文章编号: 1001 - 4179 (2009) 02 - 0016 - 03

　　1 概述

　　长江三峡水利枢纽电站由坝后式电站和地下电站组成，其中坝后式电站分为左、右岸两个电站，分别布置在三峡大坝泄洪闸的左侧和右侧，各装机14台和12台，发电机单机容量777.8MVA，最大出力840MVA；地下电站位于右岸电站右侧的山体内，距右岸电站厂房最近点约100m，装机6台，单机容量与左、右岸电站相同。为简化地下厂房布置并节约投资，地下电站中央控制室及其辅助用房与右岸电站明厂房共用，布置于右岸电站明厂房安II段上游副厂房内。

　　右岸电站500kV主接线采用3/2接线，500kV母线设分段断路器，将右岸电站分为右一、右二电厂，正常情况下，右一、右二电厂各自独立运行。地下电站500kV主接线亦采用3/2接线，500kV母线不分段。右岸与地下电站间设置一回联络线。

　　右岸电站首批机组将于2007年投运，2008年全部建成；地下电站厂房于2004年开始土建施工，2007年右岸电站首批机组投运前完成土建开挖工程，机组安装时间在进行右岸电站监控系统设计时间尚未确定，地下电站首批机组将于2011年投运，2012年全部建成。

　　2 监控系统总体设计方案比选

　　根据三峡右岸电站和地下电站的特点，在其计算机监控系统的总体设计上，有两种方案可供选择，方案1独立系统方案，即右岸电站和右岸地下电站分别设置独立的监控系统。方案2为一体化设计方案，即右岸电站与地下电站采用一套监控系统。

　　当采用独立系统方案时，三峡右岸电站计算机监控系统配置有17套现地控制单元（LCU），包括12套机组LCU、2套开关站LCU、2套厂用LCU和1套全厂辅助设备控制LCU，厂站层设备设置有数据采集服务器、历史数据库服务器、调度通信服务器、操作员站、工程师站等。三峡地下电站计算机监控系统配置有9套LCU，包括6套机组LCU、1套开关站LCU、1套地下厂房公用LCU和1套地面升压站公用LCU，其厂站层设备除操作员站等设备配置数量较右岸电站少外，其他配置均与右岸电站厂站层设备配置基本相同。若采用一体化设计方案，右岸及地下电站计算机监控系统的LCU数量为26套，与独立系统方案配置相同，而厂站层设备则可简化为一套，较独立系统方案设备数量减少一半。

　　比较以上两方案，一体化设计方案具有以下一些突出的优点：

　　（1）采用一体化设计方案大大减少了监控系统的厂站层设备的数量，同时也减少了监控系统的设备类型，并相应地减少了维护工作量。运行人员可通过同一界面实现对两个电站的监视和控制功能，降低了运行人员掌握系统的难度，有利于提高电厂运行的可靠性，方便实现统一的运行管理，提高电站的运行管理效率。

　　（2）采用一体化设计方案提高了地下电站及右岸电站运行方式的灵活性，方便实现地下电站和右二电站的联合运行。由于在右二电站和地下电站500kV母线之间设置有联络线，这样将对右岸电站及地下电站的AGC/AVC运行模式产生较大影响。采用独立系统方案时，为满足右二电站与地下电站合母运行模式，两监控系统之间需交换大量信息，并需要采用较为复杂的联锁逻辑。采用一体化设计方案，统一设置的应用程序服务器可灵活判别电站的各种运行模式，使得AGC/AVC程序更加简化可靠。

　　（3）由于右岸电站安II段中控室及计算机房不大，采用一体化设计方案，厂站层设备大大减少，有利于中控室和计算机房的设备布置。

　　（4）采用一体化设计方案，由UPS供电的厂站层设备大大减少，UPS容量也可相应降低，可减少UPS系统的造价。

　　（5）可以减少与调度计算机监控系统的接口数量和复杂程度。

　　（6）可以减少与消防暖通系统、工业电视系统、厂内MIS系统等厂内其它系统的接口数量和复杂程度。

　　一体化设计方案与独立系统方案相比，也存在一些不利因素，具体表现在以下几个方面：

　　（1）右岸电站和地下电站就机组单机容量及装机台数而言均为巨型水电站，单个电站的监控系统从LCU数量和点数等方面而言规模已十庞大，右岸电站监控系统的规模在设计时仅次于投运不久的三峡左岸电站监控系统（目前国内规模最大的水电站计算机监控系统），而两电站监控系统总的LCU数量和IO接口数量则大大超过三峡左岸电站，这也意味着一体化设计方案将对监控系统上位机的硬件配置和数据库容量、网络数据传输等提出了更高的要求。三峡左岸电站、地下电站及右岸电站LCU数量及IO接口数量比较见表1。

　　表1 左、右岸电站和地下电站LCU数量及IO接口数量之比较

　　（2）由于在右岸电站监控系统进行设备招标时，地下电站装机时间尚未确定，采用一体化方案，只能在监控系统厂站层设备的硬件性能指标和数据库容量等方面预留足够的容量，待地下电站具体实施时，再对主站数据库、AGC/AVC应用程序等进行扩充和修改，这样会在一定程度上对右岸电站的运行产生影响，必须采取必要的安全措施加以保证。

　　（3）有可能对新技术在地下电站监控系统中的应用产生影响。目前计算机技术的发展日新月异、监控系统上位机对新技术的发展比较敏感，由于地下电站装机时间的不确定，即使在右岸电站计算机监控系统采购时提高了监控系统数据服务器等设备的硬件配置和数据库容量，仍有可能不能满足地下电站投运时对监控系统的要求。目前现地控制单元技术的发展比较成熟，对新技术的反应不是十分敏感，但是时间的影响起着关键的作用，由于地下电站机电设备工期尚未确定，因此影响大小也是不确定的。

　　通过以上比较可见，采用一体化设计方案在方便电厂的运行、维护和管理等方面都具有明显的优势。对于存在的几个问题，可通过统一的设计、分步实施方案加以解决。

　　（1）在右岸电站计算机监控系统厂站层硬件设备及网络设备选型上，适当提高对性能指标和扩展能力的要求，以保证在一定的时间内，地下电站现地控制单元投入使用时，厂站层设备仍具有较高的性能。若地下电站与右岸电站施工期间隔过长，届时厂站层设备不能满足当时监控系统的要求，则可考虑在地下电站现地控制单元接入整个监控系统时，同时更换厂站层设备。

　　（2）应注意掌握新技术的发展趋势，在保证可靠性的基础上，右岸电站监控系统的所有硬件及软件应采用最新版本，以最大限度地避免当地下电站现地控制单元接入监控系统时，产生兼容性问题。

　　（3）数据库容量应按照右岸地下电站全部数据量考虑，当对监控系统进行出厂验收时，对系统性能指标的测试，尤其是对网络性能以及数据更新时间等指标的测试应在右岸及地下电站所有现地控制单元的系统上进行。

　　通过采用上述措施，完全可以克服一体化系统方案所带来的不利因素，因此综合多方因素考虑，推荐采用一体化设计方案。

　　3 计算机监控系统结构设计

　　右岸及地下电站计算机监控系统采用分层分布式结构，按功能分为现地控制层和厂站层。如前所述，右岸电站及地下电站现地控制单元层共设26套LCU。厂站层设备包括数据采集服务器、历史数据服务器、应用程序（AGC/AVC）服务器、操作员站、培训工作站、工程师站、调度通信服务器、报表及电话语音工作站、厂内通讯服务器、生产信息查询服务器及打印机等设备。三峡右岸及地下电站计算机监控系统采用两层网络结构配置方案，即控制网层和信息网层。控制网主要用于主站计算机与现地控制单元间的信息交换，信息网主要用于厂站层计算机间的信息交换。两层网络均采用冗余交换式以太网、TCP/IP协议，控制网网络传输速率不低于100Mbps，信息网网络传输速率为1000Mbps。厂站层各计算机通过网络屏蔽双绞线与信息网交换机实现网络互联。各现地控制层设备之间及现地控制层设备与厂站层设备之间通过现地控制网连接。

　　在明确了右岸及地下电站计算机监控系统采用一体化设计方案后，在监控系统结构设计方面主要对系统网络结构及厂站层设备配置方案进行了研究，采取了以下一些措施，以满足统一设计、分步实施方案的要求。

　　（1）控制网采用星形与环形相结合的网络结构。目前监控系统控制网在结构上主要可分为光纤以太环网和星形拓扑结构的交换式以太网两种，光纤以太环网具有自愈功能，从结构上看，它具有更高的可靠性，但在新LCU接入控制网时，环网必须断开，连接时也可能出错，影响已投运机组的可靠运行。同时，当机组LCU不是按照机组号顺序投入时，各LCU之间的光缆连接路径复杂交错，对今后的维护造成不便。星形拓扑结构的交换式以太网，备LCU直接连接至交换机，连接简单，新LCU接入时对系统结构不产生影响，同时可最大限度地发挥交换机的交换功能，降低网络负荷，提高系统性能。采用冗作的交换机，同样可以保证网络的可靠性。因此，右岸及地下监控系统的控制网采用星形及环形相结合的拓扑结构，右岸电站及地下电站分别设置控制网交换机，交换机之间通过光纤形成环形结构，而右岸电站各现地控制单元采用星形拓扑结构接入右岸电站控制网交换机，地下电站各现地控制单元也采用星形拓扑结构接入地下电站控制网交换机。控制网采用这样的网络结构，保证了网络结构的可靠性，同时能在右岩电站现地控制单元设备和地下电站现地控制单元设备间形成清晰的分界面，以方便地下电站各现地控制单元的接入，并能尽量避免影响已投运设备的运行。

　　（2）分别设置数据采集服务器用于右岸及地下电站实时数据采集。通过设置单独的地下电站数据采集服务器，使得地下电站各LCU接入时，不需要对右岸电站数据采集服务器的实时数据库进行修改，从而避免对右岸电站已投运设备的实时监控造成不利影响。

右岸及地下电站计算机监控系统的整体结构方案如图1所示。

图1 三峡右岸电站计算机监控系统总体结构

4 结语

右岸及地下电站计算机监控系统目前已实施以上方案，系统设备由北京中水科水电科技有限公司供货。监控系统厂站层设备及右岸电站现地控制层设备已随右岸电站机组投运，并通过了初步验收，系统各项性能指标满足一体化设计的要求。地下电站现地控制层设备及部分增补厂站层设备也即将采购。三峡右岸及地下电站计算机监控系统的一体化设计对于布置有两座以上电站水电枢纽的监控系统的设计作出了有益的探索和尝试，对于今后溪落渡、向家坝等特大型水电站计算机监控系统的设计具有重要的指导性意义。

作者简介:吴刚,男,长江水利委员会设计院机电处,高级工程师。