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摘要：本文简述了周宁抽水蓄能电站的机组运行方式，阐述了监控系统的设计原则、系统配置及网络结构，并详细介绍了监控系统的主要功能以及其特点和优势。
关键词：周宁抽水蓄能电站；监控系统；特点和优势
1概述
福建周宁抽水蓄能电站位于福建省宁德市周宁县境内，装机容量1200MW，地下厂房安装4台额定容量300MW的单级单转速立轴混流可逆式机组。机组采用低压换相低压同步方式，抽水时采用1套变频启动装置为主、背靠背同步起动为辅的启动方式。电站按“无人值班”（少人值守）原则设计，采用计算机监控系统实现全厂的集中监控。监控系统按照设备模块化、结构化的原则，同时结合国内外其他抽水蓄能电站监控系统的配置及技术发展情况等因素进行设计。监控系统能够实时、可靠的监视与控制厂区内各重要生产设备，保证电厂安全、经济的运行。周宁抽水蓄能电站集控系统设计同时严格遵循了福建省电力调度中心调自〔2017〕39号国网福建电力调控中心关于印发《福建电网电厂（用户）涉网电力监控系统安全分区及边界防护实施指导方案（试行）》的通知进行设计。
2监控系统设计原则
周宁抽水蓄能电站计算机监控系统，充分考虑了网络技术的迅速发展和软、硬件快速更新的特点。对于监控系统的网络结构、相应的功能及系统配置，总的设计原则如下：
在满足可靠性和实用性的前提下，尽量按国际先进水平进行设计，采用“无人值班”（少人值守）的运行值班方式，监控系统采用全监控的模式，设置统一的全厂监控系统，不再设置独立的常规集中监控设备。另设置一套由PLC组成的事故停机回路，以满足对电站重要设备进行紧急处理的可靠性要求。
监控系统采用开放性的分层分布式系统结构，当系统中任何一部分设备发生故障时，系统整体以及系统内的其他部分仍能继续正常工作且功能不会减少，且各现地控制单元（LCU）能脱离主控级独立运行。系统高度可靠，实时性好，抗干扰能力强，适应现场环境。选用开放式、全分布的系统结构，系统配置和设备选型适应发展迅速的特点，具有先进行和向后兼容性，能充分保护用户的投资。根据福建省调度中心[2017]39号文，周宁抽蓄电站监控系统将电厂I区系统和涉网I区系统进行分开设计。
3电厂I区系统设计
周宁抽水蓄能电站监控系统采用开放式分层分布系统。系统各功能分布在系统的各个节点上，每个节点严格执行指定的任务并通过系统网络与其他节点进行通信。抽水蓄能电站整个监控系统由电站主控级和单元控制级等设备组成。主控级包括2 套冗余数据服务器、3 套冗余操作员工作站、1 套工程师站、2 套厂内通信工作站、1 套语音报警服务器、2套涉网I区通讯网关、2套GPS 时钟同步装置及外围设备等。单元控制级设有10 套现地控制单元，包括4 套机组LCU、1 套厂房公用LCU、1 套主变洞LCU、1 套中控楼LCU 、1套下水库LCU和1 套上水库LCU。
主控级与LCU 之间采用100Mbps 交换式冗余以太环网进行通信，通信协议为TCP/IP 网络协议。LCU 与其他控制子系统之间通过现场总线进行信息交换，对于无法采用现场总线进行通信的設备采用硬布线I/O 进行连接，另外，对于重要的安全运行信息、控制命令和事故信号除采用现场总线通信外，还通过I/O 点直接连接，实现双路通道通信，确保通信安全可靠。
4涉网I区系统设计
计算机监控系统采用分层、分布、开放式网络结构，由站控层、间隔层、过程层（可选）以及网络设备构成。站控层设备按升压站远景规模配置，间隔层和过程层设备按工程实际建设规模配置。站控层设备布置在升压站主控制楼内的计算机室及主控制室内，间隔层设备分别布置在相应的继电器室内。过程层设备根据需要布置在配电装置现场或者相应的继电器室内。计算机监控系统安全防护需要满足电力二次系统安全防护总体方案的要求。
5监控系统功能
周宁抽水蓄能电站监控系统具有对监控对象进行监控、数据采集与处理、运行计算和数据交换、操作培训等多方面功能，同时能够接收调度指令，并将所需数据传送到调度，以便对整个系统进行有效的监控。
调度级功能
本电站受华东网调和省调调度。电站监控系统通过远动工作站向华东网调和省调EMS 系统发送上行遥测、遥信量，接收华东网调和省调EMS 系统下行的遥控、遥调量，直接控制机组或经电站监控系统电站控制级控制和调节整个电厂；另外通过远动工作站与调度中心的数据通信网进行批量数据信息交换，原则上电站控制级的数据全部都能上送调度中心。
电站控制级功能
电站监控系统应迅速、准确、有效地完成对本电站被控对象的安全监控。电站控制级应具有数据采集与处理、实时控制和调节、参数设定、监视、记录、报表、运行参数计算、通信控制、系统诊断、系统仿真、软件开发和画面生成、系统扩充（ 包括硬件、软件）、运行管理和操作指导等功能。
现地控制级功能
1）1-4号机组LCU监控范围包括水泵水轮机、发电电动机、主变压器、机组进水阀、尾水事故闸门、机组附属及辅助设备、离相封闭母线及附属设备等。机组现地控制单元设备布置于主厂房发电机层机旁。设置发电/电动机远程I/O，布置在主厂房中间层机旁，监控范围包括发电/电动机及其附属设备等。设置水泵/水轮机远程I/O，布置在主厂房水轮机层机旁，监控范围包括水泵/水轮机及其附属设备等。
2）主变洞现地控制单元（LCU5） 布置在主变洞LCU室。设置10kV开关柜室远程I/O，布置在主变洞10kV开关柜室。本单元监控范围包括SFC及其辅助设备、15.75kV、10kV、0.4kV配电装置、15.75/10kV厂用变压器、厂房10/0.4kV厂用变压器等。
3）综合办公楼现地控制单元布置在综合办公楼控制设备室，本单元监控范围包括：综合办公楼区域公共辅助设备、35kV电站施工永久变电所、柴油发电机等。设置电站紧急按钮控制柜，布置在中控室内。
4）上水库公共设备现地控制单元布置在上水库启闭机楼二次盘柜室，本单元监控范围包括上水库进出水口事故闸门及其附属设备、上水库水位测量设备、上水库220V直流电源系统、厂用电配电装置等。
5）下水库公共设备现地控制单元布置在下水库启闭机楼控制设备室，本单元监控范围包括下水库进出水口拦污栅、水位测量设备及启闭机楼厂用电配电装置等。设置下库溢流表孔工作闸门远程I/O，布置在下库坝顶配电房二次盘柜间，主要监控下库溢流表孔工作闸门及启闭设备、下库直流系统、厂用电配电装置等；设置下库泄洪底孔工作闸门远程I/O，布置在下库泄洪底孔工作闸门室，主要监控下库泄洪底孔工作闸门及启闭设备、厂用电配电装置等。
6）涉网I区系统完成500kV开关站的开关位置信号、电气量、辅助设备状态等信号采集，同时使用测控装置完成对开关的分合闸操作控制。涉网I区同时完成与调度通讯，负责组织调度所需信号数据上送调度，同时接收调度AGC/AVC命令并转发至生产I区执行。
6机组控制流程设计
周宁抽水蓄能电站机组运行方式较为复杂，工况包括：停机、静止、空载、发电、发电调相、抽水、抽水调相等7 种稳定工况，同时具备线路充电、黑启动功能。
7综述
周宁抽水蓄能电站监控系统在设计方面充分考虑和采用了现代控制的各种先进技术，如开放性和可扩展性好、分层分布结构、多重冗余技术和现场总线技术等，能实现容错功能和系统冗余功能，最大程度地保证了电厂的安全、高效运行，完全能够满足抽水蓄能电站对生产设备监视和控制的要求，是一种先进的抽水蓄能电站监控系统。可有效缓解电网的调峰矛盾，优化能源结构，提高系统的运行质量，为电网安全运行提供可靠保证。
（作者单位：南京河海南自水电自动化有限公司）
关键词：周宁抽水蓄能电站；监控系统；特点和优势
1概述
福建周宁抽水蓄能电站位于福建省宁德市周宁县境内，装机容量1200MW，地下厂房安装4台额定容量300MW的单级单转速立轴混流可逆式机组。机组采用低压换相低压同步方式，抽水时采用1套变频启动装置为主、背靠背同步起动为辅的启动方式。电站按“无人值班”（少人值守）原则设计，采用计算机监控系统实现全厂的集中监控。监控系统按照设备模块化、结构化的原则，同时结合国内外其他抽水蓄能电站监控系统的配置及技术发展情况等因素进行设计。监控系统能够实时、可靠的监视与控制厂区内各重要生产设备，保证电厂安全、经济的运行。周宁抽水蓄能电站集控系统设计同时严格遵循了福建省电力调度中心调自〔2017〕39号国网福建电力调控中心关于印发《福建电网电厂（用户）涉网电力监控系统安全分区及边界防护实施指导方案（试行）》的通知进行设计。
2监控系统设计原则
周宁抽水蓄能电站计算机监控系统，充分考虑了网络技术的迅速发展和软、硬件快速更新的特点。对于监控系统的网络结构、相应的功能及系统配置，总的设计原则如下：
在满足可靠性和实用性的前提下，尽量按国际先进水平进行设计，采用“无人值班”（少人值守）的运行值班方式，监控系统采用全监控的模式，设置统一的全厂监控系统，不再设置独立的常规集中监控设备。另设置一套由PLC组成的事故停机回路，以满足对电站重要设备进行紧急处理的可靠性要求。
监控系统采用开放性的分层分布式系统结构，当系统中任何一部分设备发生故障时，系统整体以及系统内的其他部分仍能继续正常工作且功能不会减少，且各现地控制单元（LCU）能脱离主控级独立运行。系统高度可靠，实时性好，抗干扰能力强，适应现场环境。选用开放式、全分布的系统结构，系统配置和设备选型适应发展迅速的特点，具有先进行和向后兼容性，能充分保护用户的投资。根据福建省调度中心[2017]39号文，周宁抽蓄电站监控系统将电厂I区系统和涉网I区系统进行分开设计。
3电厂I区系统设计
周宁抽水蓄能电站监控系统采用开放式分层分布系统。系统各功能分布在系统的各个节点上，每个节点严格执行指定的任务并通过系统网络与其他节点进行通信。抽水蓄能电站整个监控系统由电站主控级和单元控制级等设备组成。主控级包括2 套冗余数据服务器、3 套冗余操作员工作站、1 套工程师站、2 套厂内通信工作站、1 套语音报警服务器、2套涉网I区通讯网关、2套GPS 时钟同步装置及外围设备等。单元控制级设有10 套现地控制单元，包括4 套机组LCU、1 套厂房公用LCU、1 套主变洞LCU、1 套中控楼LCU 、1套下水库LCU和1 套上水库LCU。
主控级与LCU 之间采用100Mbps 交换式冗余以太环网进行通信，通信协议为TCP/IP 网络协议。LCU 与其他控制子系统之间通过现场总线进行信息交换，对于无法采用现场总线进行通信的設备采用硬布线I/O 进行连接，另外，对于重要的安全运行信息、控制命令和事故信号除采用现场总线通信外，还通过I/O 点直接连接，实现双路通道通信，确保通信安全可靠。
4涉网I区系统设计
计算机监控系统采用分层、分布、开放式网络结构，由站控层、间隔层、过程层（可选）以及网络设备构成。站控层设备按升压站远景规模配置，间隔层和过程层设备按工程实际建设规模配置。站控层设备布置在升压站主控制楼内的计算机室及主控制室内，间隔层设备分别布置在相应的继电器室内。过程层设备根据需要布置在配电装置现场或者相应的继电器室内。计算机监控系统安全防护需要满足电力二次系统安全防护总体方案的要求。
5监控系统功能
周宁抽水蓄能电站监控系统具有对监控对象进行监控、数据采集与处理、运行计算和数据交换、操作培训等多方面功能，同时能够接收调度指令，并将所需数据传送到调度，以便对整个系统进行有效的监控。
调度级功能
本电站受华东网调和省调调度。电站监控系统通过远动工作站向华东网调和省调EMS 系统发送上行遥测、遥信量，接收华东网调和省调EMS 系统下行的遥控、遥调量，直接控制机组或经电站监控系统电站控制级控制和调节整个电厂；另外通过远动工作站与调度中心的数据通信网进行批量数据信息交换，原则上电站控制级的数据全部都能上送调度中心。
电站控制级功能
电站监控系统应迅速、准确、有效地完成对本电站被控对象的安全监控。电站控制级应具有数据采集与处理、实时控制和调节、参数设定、监视、记录、报表、运行参数计算、通信控制、系统诊断、系统仿真、软件开发和画面生成、系统扩充（ 包括硬件、软件）、运行管理和操作指导等功能。
现地控制级功能
1）1-4号机组LCU监控范围包括水泵水轮机、发电电动机、主变压器、机组进水阀、尾水事故闸门、机组附属及辅助设备、离相封闭母线及附属设备等。机组现地控制单元设备布置于主厂房发电机层机旁。设置发电/电动机远程I/O，布置在主厂房中间层机旁，监控范围包括发电/电动机及其附属设备等。设置水泵/水轮机远程I/O，布置在主厂房水轮机层机旁，监控范围包括水泵/水轮机及其附属设备等。
2）主变洞现地控制单元（LCU5） 布置在主变洞LCU室。设置10kV开关柜室远程I/O，布置在主变洞10kV开关柜室。本单元监控范围包括SFC及其辅助设备、15.75kV、10kV、0.4kV配电装置、15.75/10kV厂用变压器、厂房10/0.4kV厂用变压器等。
3）综合办公楼现地控制单元布置在综合办公楼控制设备室，本单元监控范围包括：综合办公楼区域公共辅助设备、35kV电站施工永久变电所、柴油发电机等。设置电站紧急按钮控制柜，布置在中控室内。
4）上水库公共设备现地控制单元布置在上水库启闭机楼二次盘柜室，本单元监控范围包括上水库进出水口事故闸门及其附属设备、上水库水位测量设备、上水库220V直流电源系统、厂用电配电装置等。
5）下水库公共设备现地控制单元布置在下水库启闭机楼控制设备室，本单元监控范围包括下水库进出水口拦污栅、水位测量设备及启闭机楼厂用电配电装置等。设置下库溢流表孔工作闸门远程I/O，布置在下库坝顶配电房二次盘柜间，主要监控下库溢流表孔工作闸门及启闭设备、下库直流系统、厂用电配电装置等；设置下库泄洪底孔工作闸门远程I/O，布置在下库泄洪底孔工作闸门室，主要监控下库泄洪底孔工作闸门及启闭设备、厂用电配电装置等。
6）涉网I区系统完成500kV开关站的开关位置信号、电气量、辅助设备状态等信号采集，同时使用测控装置完成对开关的分合闸操作控制。涉网I区同时完成与调度通讯，负责组织调度所需信号数据上送调度，同时接收调度AGC/AVC命令并转发至生产I区执行。
6机组控制流程设计
周宁抽水蓄能电站机组运行方式较为复杂，工况包括：停机、静止、空载、发电、发电调相、抽水、抽水调相等7 种稳定工况，同时具备线路充电、黑启动功能。
7综述
周宁抽水蓄能电站监控系统在设计方面充分考虑和采用了现代控制的各种先进技术，如开放性和可扩展性好、分层分布结构、多重冗余技术和现场总线技术等，能实现容错功能和系统冗余功能，最大程度地保证了电厂的安全、高效运行，完全能够满足抽水蓄能电站对生产设备监视和控制的要求，是一种先进的抽水蓄能电站监控系统。可有效缓解电网的调峰矛盾，优化能源结构，提高系统的运行质量，为电网安全运行提供可靠保证。
（作者单位：南京河海南自水电自动化有限公司）