Genius网络在白水河梯级水电站计算机监控系统中的应用

[内容提要] 目前我国很多水电站为深入利用流域的水资源准备修建更多的梯级水电站，而这些电站大多已投运计算机监控系统。如何利用已建立的水电站计算机监控系统减少投资，Genius网络应用为此提供了一种可靠的途径。
[关键词] 水电站 计算机监控系统 LCU PLC控制 Genius网络

1．电站简介
白水河梯级水电站位于贵州省安龙县境内，由三个水电站组成。其中白水河二级水电站电站装机容量2×17MW。电站的运行方式是“以水定电”，发电为主。该水电站计算机监控系统采用的是中国水利水电科学研究院自动化所研制的H9000计算机监控系统。白水河三级电站（又称长田电站）是利用白水河二级水电站尾水流量及15 m水位落差发电，距白水河二级水电站厂房约300m。电站装机2×0.4MW，通过1台10/0.4kV、1000kVA的变压器将发电机电压由0.4kV升高至10.5kV，并以10.5kV电缆接入白水河二级水电站发电机电压母线。电站运行方式也以发电为主，由白水河二级水电站进行调度管理。

2．功能要求
因长田电站距白水河二级水电站仅300m，为便于监控管理提高整个电站的综合自动化水平并降低成本，电站要求将长田电站的2台机组及1套公用系统设备的监控纳入已经投运情况良好的白水河二级水电站H9000监控系统。即对长田电站的2台机组及1套公用系统设备分别采用独立的PLC进行自动控制，并通过机组及公用系统PLC控制屏将长田电站与白水河二级水电站计算机监控系统相连，从而使长田电站机组及公用系统设备受控于白水河二级水电站计算机监控系统。由于长田电站是利用白水河二级电站的尾水发电，所以长田电站机组出力必须受控于白水河二级水电站对应机组出力，即长田电站机组与白水河二级机组成为一体，由白水河二级大机发电量来确定长田电站小机发电量，形成对应关系。根据水工设备运行的安全要求，电站在运行上要求监控系统机组开停机顺序为:先开大机,后开小机；先停小机，后停大机。小机随大机自动进行有无功负荷的调整。而对长田电站公用系统设备的控制只要求其自成系统，由公用系统PLC控制屏根据设定程序自动对相关设备进行控制操作，不接受白水河二级水电站计算机监控系统的控制操作命令，仅将信号送白水河二级水电站公用系统LCU。

3．解决方案
根据电站的功能要求，有两种解决方案：
解决方案1：长田电站所有信号分别由机组PLC控制屏、公用系统PLC控制屏进行汇总，并以硬接线方式将信号上传至白水河二级水电站PLC控制屏。长田电站上安装变送器测量接收白水河二级水电站机组有功功率模拟量4-20mA信号，并根据此信号调节长田电站机组出力，4-20mA信号对应于0-0.4 MW 。为安全考虑，当白水河二级水电站某台机组出力模拟量信号突然消失时，长田电站对应的机组作事故停机处理，由PLC按设定程序执行。
解决方案2：GE公司有广泛丰富的工业网络产品。Genius网络不仅有较高的传输速率，并且有很强的抗干扰能力。使用Genius网络将长田水电站接入白水河二级电站监控系统，不仅可以不受硬布线对上传信号的限制，也可以减少采集功率的变送器个数。
硬件实现：在长田电站和白水河二级电站三组PLC控制屏上各装上一块Genius网络控制器IC693BEM331，形成Genius控制网。系统结构图如图所示。GE90-30通过GBC连接GENIUS 设备（远端机箱或GENIUS BLOCKS）。该GBC模块可以发送和接收最多针对31个设备的128个控制字节。面板指示灯含义如下：OK 指示灯：模块上电自检正常后变亮。COM指示灯：反映总线工作状态。亮：工作正常；不亮：模块没有配置或总线有错误；闪烁：间歇的总线错误。Genius网两侧的控制器各设80欧姆的匹配电阻。两边的Genius网络控制器轮流拿到令牌环后将更新的数据放到通讯区做广播发送。
软件实现：在通讯的两侧各设置一个心跳变量，通过通讯区互相监视。当监视到对侧的心跳变量超过一定的时限没有变化时，判断通讯中断。在大机、小机LCU上发出通讯中断信号，上报到上位机。同时小机自动执行正常停机程序。确保小机的安全。在进行有/无功调节时，直接将大机的给定的发电量的PLC计算值通过通讯区传给小机进行有/无功调节，形成自动的负荷对应调整，不需再在小机上安装测量大机功率的变送器。小机上只装有测量其自身的有/无功功率变送器，即可形成闭环调节。

4．结束语
采用Genius网络将长田电站接入白水河二级电站后，做到了“无人值班，少人值守”， 提高了电站的综合自动化水平并降低运行成本。目前我国很多水电站为深入利用流域的水资源准备修建更多的梯级水电站，而这些电站大多已投运计算机监控系统。如何利用已建立的水电站计算机监控系统减少投资，白水河电站的经验为此提供了一种可借鉴的途径。

白水河水电厂计算机监控系统结构图