Genius網(wǎng)絡(luò)在白水河梯級水電站計算機監(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備修建更多的梯級水電站，而這些電站大多已投運計算機監(jiān)控系統(tǒng)。如何利用已建立的水電站計算機監(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2×0.4MW，通過1臺10/0.4kV、1000kVA的變壓器將發(fā)電機電壓由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臺機組及1套公用系統(tǒng)設(shè)備分別采用獨立的PLC進行自動控制，并通過機組及公用系統(tǒng)PLC控制屏將長田電站與白水河二級水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)相連，從而使長田電站機組及公用系統(tǒng)設(shè)備受控于白水河二級水電站計算機監(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，所以長田電站機組出力必須受控于白水河二級水電站對應(yīng)機組出力，即長田電站機組與白水河二級機組成為一體，由白水河二級大機發(fā)電量來確定長田電站小機發(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)機組開停機順序為:先開大機,后開小機；先停小機，后停大機。小機隨大機自動進行有無功負荷的調(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)備進行控制操作，不接受白水河二級水電站計算機監(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組PLC控制屏、公用系統(tǒng)PLC控制屏進行匯總，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)長田電站機組出力，4-20mA信號對應(yīng)于0-0.4 MW 。為安全考慮，當白水河二級水電站某臺機組出力模擬量信號突然消失時，長田電站對應(yīng)的機組作事故停機處理，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（遠端機箱或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、小機LCU上發(fā)出通訊中斷信號，上報到上位機。同時小機自動執(zhí)行正常停機程序。確保小機的安全。在進行有/無功調(diào)節(jié)時，直接將大機的給定的發(fā)電量的PLC計算值通過通訊區(qū)傳給小機進行有/無功調(diào)節(jié)，形成自動的負荷對應(yīng)調(diào)整，不需再在小機上安裝測量大機功率的變送器。小機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備修建更多的梯級水電站，而這些電站大多已投運計算機監(jiān)控系統(tǒng)。如何利用已建立的水電站計算機監(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監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖