Genius網(wǎng)絡(luò)在白水河梯級水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

[內(nèi)容提要] 目前我國很多水電站為深入利用流域的水資源準(zhǔn)備修建更多的梯級水電站，而這些電站大多已投運計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。如何利用已建立的水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)減少投資，Genius網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用為此提供了一種可靠的途徑。
[關(guān)鍵詞] 水電站 計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) LCU PLC控制 Genius網(wǎng)絡(luò)

1．電站簡介
白水河梯級水電站位于貴州省安龍縣境內(nèi)，由三個水電站組成。其中白水河二級水電站電站裝機(jī)容量2×17MW。電站的運行方式是“以水定電”，發(fā)電為主。該水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用的是中國水利水電科學(xué)研究院自動化所研制的H9000計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。白水河三級電站（又稱長田電站）是利用白水河二級水電站尾水流量及15 m水位落差發(fā)電，距白水河二級水電站廠房約300m。電站裝機(jī)2×0.4MW，通過1臺10/0.4kV、1000kVA的變壓器將發(fā)電機(jī)電壓由0.4kV升高至10.5kV，并以10.5kV電纜接入白水河二級水電站發(fā)電機(jī)電壓母線。電站運行方式也以發(fā)電為主，由白水河二級水電站進(jìn)行調(diào)度管理。

2．功能要求
因長田電站距白水河二級水電站僅300m，為便于監(jiān)控管理提高整個電站的綜合自動化水平并降低成本，電站要求將長田電站的2臺機(jī)組及1套公用系統(tǒng)設(shè)備的監(jiān)控納入已經(jīng)投運情況良好的白水河二級水電站H9000監(jiān)控系統(tǒng)。即對長田電站的2臺機(jī)組及1套公用系統(tǒng)設(shè)備分別采用獨立的PLC進(jìn)行自動控制，并通過機(jī)組及公用系統(tǒng)PLC控制屏將長田電站與白水河二級水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)相連，從而使長田電站機(jī)組及公用系統(tǒng)設(shè)備受控于白水河二級水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。由于長田電站是利用白水河二級電站的尾水發(fā)電，所以長田電站機(jī)組出力必須受控于白水河二級水電站對應(yīng)機(jī)組出力，即長田電站機(jī)組與白水河二級機(jī)組成為一體，由白水河二級大機(jī)發(fā)電量來確定長田電站小機(jī)發(fā)電量，形成對應(yīng)關(guān)系。根據(jù)水工設(shè)備運行的安全要求，電站在運行上要求監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)組開停機(jī)順序為:先開大機(jī),后開小機(jī)；先停小機(jī)，后停大機(jī)。小機(jī)隨大機(jī)自動進(jìn)行有無功負(fù)荷的調(diào)整。而對長田電站公用系統(tǒng)設(shè)備的控制只要求其自成系統(tǒng)，由公用系統(tǒng)PLC控制屏根據(jù)設(shè)定程序自動對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行控制操作，不接受白水河二級水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的控制操作命令，僅將信號送白水河二級水電站公用系統(tǒng)LCU。

3．解決方案
根據(jù)電站的功能要求，有兩種解決方案：
解決方案1：長田電站所有信號分別由機(jī)組PLC控制屏、公用系統(tǒng)PLC控制屏進(jìn)行匯總，并以硬接線方式將信號上傳至白水河二級水電站PLC控制屏。長田電站上安裝變送器測量接收白水河二級水電站機(jī)組有功功率模擬量4-20mA信號，并根據(jù)此信號調(diào)節(jié)長田電站機(jī)組出力，4-20mA信號對應(yīng)于0-0.4 MW 。為安全考慮，當(dāng)白水河二級水電站某臺機(jī)組出力模擬量信號突然消失時，長田電站對應(yīng)的機(jī)組作事故停機(jī)處理，由PLC按設(shè)定程序執(zhí)行。
解決方案2：GE公司有廣泛豐富的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。Genius網(wǎng)絡(luò)不僅有較高的傳輸速率，并且有很強(qiáng)的抗干擾能力。使用Genius網(wǎng)絡(luò)將長田水電站接入白水河二級電站監(jiān)控系統(tǒng)，不僅可以不受硬布線對上傳信號的限制，也可以減少采集功率的變送器個數(shù)。
硬件實現(xiàn)：在長田電站和白水河二級電站三組PLC控制屏上各裝上一塊Genius網(wǎng)絡(luò)控制器IC693BEM331，形成Genius控制網(wǎng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖所示。GE90-30通過GBC連接GENIUS 設(shè)備（遠(yuǎn)端機(jī)箱或GENIUS BLOCKS）。該GBC模塊可以發(fā)送和接收最多針對31個設(shè)備的128個控制字節(jié)。面板指示燈含義如下：OK 指示燈：模塊上電自檢正常后變亮。COM指示燈：反映總線工作狀態(tài)。亮：工作正常；不亮：模塊沒有配置或總線有錯誤；閃爍：間歇的總線錯誤。Genius網(wǎng)兩側(cè)的控制器各設(shè)80歐姆的匹配電阻。兩邊的Genius網(wǎng)絡(luò)控制器輪流拿到令牌環(huán)后將更新的數(shù)據(jù)放到通訊區(qū)做廣播發(fā)送。
軟件實現(xiàn)：在通訊的兩側(cè)各設(shè)置一個心跳變量，通過通訊區(qū)互相監(jiān)視。當(dāng)監(jiān)視到對側(cè)的心跳變量超過一定的時限沒有變化時，判斷通訊中斷。在大機(jī)、小機(jī)LCU上發(fā)出通訊中斷信號，上報到上位機(jī)。同時小機(jī)自動執(zhí)行正常停機(jī)程序。確保小機(jī)的安全。在進(jìn)行有/無功調(diào)節(jié)時，直接將大機(jī)的給定的發(fā)電量的PLC計算值通過通訊區(qū)傳給小機(jī)進(jìn)行有/無功調(diào)節(jié)，形成自動的負(fù)荷對應(yīng)調(diào)整，不需再在小機(jī)上安裝測量大機(jī)功率的變送器。小機(jī)上只裝有測量其自身的有/無功功率變送器，即可形成閉環(huán)調(diào)節(jié)。

4．結(jié)束語
采用Genius網(wǎng)絡(luò)將長田電站接入白水河二級電站后，做到了“無人值班，少人值守”， 提高了電站的綜合自動化水平并降低運行成本。目前我國很多水電站為深入利用流域的水資源準(zhǔn)備修建更多的梯級水電站，而這些電站大多已投運計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。如何利用已建立的水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)減少投資，白水河電站的經(jīng)驗為此提供了一種可借鑒的途徑。

白水河水電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖