1、1水电站安全防护联合监视控制系统【摘要】本文介绍了瀑布沟水电站安全防护联合监视控制系统组成、功能及网络结构，阐述了安全防护联合监视控制系统在“无人值班，少人值守”水电站安全生产中的重要作用。 【关键词】安全防护；监视控制 【Abstract】 This article describes Falls Hydropower Station security joint monitoring and control system components, functions and network structure of the important role of the joint securi
2、ty monitoring and control system in hydropower production safety “unattended, fewer people on duty.【Key words】 security; monitoring and control 作者简介：潘华松（1972-） ，男，注册安全工程师，大学毕业，国电大渡河瀑布沟水力发电总厂安全监察处， 冷红升（1969-） ，男，工程师，大学毕业，国电大渡河瀑布沟水力发电总厂运行维护处 闫婷 （1987 -） ，女，助理工程师，大学毕业，国电大渡河瀑布沟水力发电总厂运行维护处， 中图分类号 TU74 一、
3、概速 2瀑布沟水力发电总厂主要负责管理大渡河中游瀑布沟、深溪沟两座大型水电站，两座电站共安装有 10 台水轮发电机组，总装机容量4260MW，在系统中担负调峰、调频及事故备用，是四川电力系统中的核心电站之一。电站实行“无人值班，少人值守”管理模式，电力生产方面采用计算机监控专网对发电厂主附属设备进行监视和控制，电站安全防护方面采用安全防护联合监视控制系统。电站安全防护联合监视控制系统是由计算机监控系统、工业电视系统、门禁系统、消防系统及周界防护系统组成，通过实现五个子系统联合动作，对生产现场进行实时监视、人员出入管理、防火等功能。 二、安全防护联合监视控制系统在水电站安全生产方面的重要作用 水
4、电站除主副厂房外，还有水工建筑物，各建筑物布置较分散，通道口较多，出入人员复杂，安全保卫管理工作难度较大。尤其是距离主厂房较远的大坝引水设施及泄洪设施的稳定运行，会直接影响到水电站的生产安全。在“无人值班，少人值守”管理模式下，怎样既能保证水电站发电设备的安全稳定运行，又能做好电站的安全防护工作，安全防护联合监视控制系统将发挥重要的作用。此系统具有生产区域实时监视、事件报警、事件记录及控制管理功能，实现多系统联合动作，统一平台管理，节省人力，为突发事件的及时处理提供判断依据，帮助现场驻厂武警及值守人员快速应对现场紧急事故。瀑布沟电站安全防护联合监视控制系统也是建设“数字瀑布沟”和“数字化电厂”
5、的一项标志性工程。三、瀑布沟电站安全防护联合监视控制子系统组成及功能 3瀑布沟电站安全防护联合监视控制系统共由五个子系统组成，分别为电站计算机监控系统、工业电视系统、消防系统、门禁系统、周界防护系统。另外，瀑布沟电站安全防护联合监视控制系统还与驻厂武警守卫中队计算机监视系统相连，便于驻厂武警实时掌握相关情况。 （一）瀑布沟电站计算机监控系统组成及功能 瀑布沟电站计算机监控系统采用局域网分布式开放系统结构，各主机均采用 UNIX 操作系统，由上位机系统和现地系统组成。上位机系统主要由应用程序服务器、数据服务器、通信网关机、调度通信工作站、厂内通信服务器、操作员站、工程师站等设备组成。现地系统主要
6、由机组现地控制单元、公用设备现地控制单元、开关站现地控制单元、机组进水口闸门现地控制单元、大坝泄洪闸门现地控制单元等组成。上位机系统对分散布置的各现地系统实现统一管理，对各现地系统下发控制及调节命令，同时收集各现地系统的实时数据并进行存储和分析，实现数据越复报警、事件顺序记录、发电机组的自动发电控制（AGC）及自动电压控制（AVC）等。现地系统的各现地控制单元接受上位机的控制和调节命令，实现发电机组的远方自动开停机、有无功调节、500KV 开关及刀闸分合、厂用电主要开关分合、引水及泄洪闸门启闭等操作，采集和处理发电厂主辅设备实时开关量和模拟量，如开关状态、阀门状态、电机启停状态、功率值、电压值
7、、电流值、流量值、液位值、压力值、位移值等。安全防护联合监视控制系统实现电站计算机监控系统与工业电视系统联动功能。当电站内有重要事件发生时，如火灾报警、保护动作、机4组开停机、机组紧急事故停机时，工业电视系统会自动将现场有关画面自动投射到中控室大屏幕显示器上，使值守人员能及时了解现场设备状况，实现设备状态跟踪和事件的紧急处理。 （二）瀑布沟电站工业电视系统组成及功能 瀑布沟水电站工业电视系统采用分层星型结构，主干网传输速率1000Mbps，区域网传输速率 100Mbps，由后端设备和前端设备组成，主要完成电站各区域的安全监视和设备运行监视。后端设备主要包括图像监控服务器、图像管理服务器、图像存
8、储服务器、网络视频解码器、主交换机。前端设备由区域交换机、网络枪式彩色摄像机、网络球型彩色摄像机组成。地面厂房区域、大坝区域、地下主厂房区域内各个摄像机采集数字视频信号送入区域交换机汇集，再用 1000M 光纤以太网接口与主交换机相连。 工业电视系统配置图像管理服务器一台，用于用户验证目录管理、系统内设备分级/分组管理、系统内设备运行状态监测、远程对前端设备配置、网内设备校时、所有操作和状态日志管理、存储服务器硬盘状态检测、视频通道状态检测等。图像监控服务器安装在电站中控室，主要用于各个点位的监视画面调取、报警区域显示、设备在线状态、摄像机调节控制、录像回放等。电站值班人员可通过图像监控服务器
9、调取全站共 300 余个点位图像，对地下主厂房、地下副厂房、进厂交通洞、地面副厂房、GIS 楼、坝区闸首、尼日河首部电气设备和出入通道等进行巡视，及时了解现场情况。同时，可通过图像查看电站现场发电主辅设备的压力、温度、流量、液位等参数，监视现场设备运行状况，监视生产设备5有无漏水、漏油、火灾等特殊情况发生。 通过工业电视还可及时了解现场工作人员的工作进展情况，对现场作业进行合理调动和安排。当检测到电站内重要区域有人员活动或其他危险时，系统会立即将该区域的监控画面切换至中控室大屏幕显示器上，并发出音响报警。工业电视系统与电站内计算机监控系统、消防系统、门禁及安防系统进行数据通信，实现联动控制功能
10、。并且电站工业电视网络与大渡河公司成都集控中心工业电视网络相连接，将电站生产现场画面接入成都国电大渡河流域集控中心调度室，实现远方监视。 （三） 瀑布沟电站门禁系统组成及功能 瀑布沟电站门禁系统采用分布式结构的快速交换式以太网，通信规约采用 TCP/IP 协议，传输速率 100Mbps，由后端设备和前端设备组成，分为地面厂房区域、地下厂房区域。后端设备由门禁服务器、V1000 控制模块及打印机通过地面交换机组成局域网(LAN)联接。前端设备由门禁控制器 V100、读卡器模块、出门按钮、电锁、闭门器、车辆出入门禁系统等组成。地面厂房门禁 V100 模块通过 485 总线相互连接，并通过地面门禁控
11、制器 V1000 和交换机与门禁服务器通信。地下厂房内的门禁 V100 控制模块通过 485 总线相互连接后，经地下门禁控制器 V1000 通过单模光缆与地面交换机相连接，实现地下门禁控制信息接入门禁服务器。 门禁系统主要是实现对地下厂房各部位主要电气设备房间、公用系统设备房间、地面副厂房设备房间、GIS 楼、岗哨等重要部位人员、车辆出入进行管理与控制，对人员出入实现分区域、分时段、分权限管理，具有实时记录和报警功能。同时，门禁系统与消防监控系统、工业电视6系统进行数据通信，实现联动控制功能。 （四） 瀑布沟电站消防系统组成及功能 瀑布沟电站消防系统分为三个区域，三个区域由地面厂房火灾自动报警
12、系统、地下厂房火灾自动报警系统、尼日河火灾自动报警系统构成，采用分布式快速 100Mbps 交换式以太网相连接。三个区域火灾自动报警系统各设火灾报警控制主机一台，型号为 3NFS2-3030，分别安装在继电保护室、地下副厂房二次盘室、尼日河配电室内 。瀑布沟中控室设全站火灾自动报警系统监控终端，对地面厂房区域、地下厂房区域、大坝区域、尼日河区域的火灾报警信息进行监视、报警、查询、确认、复位，对各区域的排风机、防火阀状态进行状态监视。 火灾自动报警系统联动的消防设备由火灾自动水喷淋灭火设备、七氟丙烷气体灭火系统、各区域的防火阀、排风机、消防电梯构成。火灾自动喷淋设备共 17 套，安装在主厂房水轮
13、机层、主变洞、地下副厂房负二层、地下副厂房负一层、地面厂房一号和二号电抗器室，用于机组、主变、油罐室、动力电缆室、电抗器着火的水喷淋灭火。七氟丙烷气体灭火系统一套，安装在地面副厂房二层气体灭火钢瓶间，由氮气钢瓶、七氟丙烷气体钢瓶及控制和释放气体管路构成。氮气的功能主要是用于控制七氟丙烷气体钢瓶瓶头阀的开启。在通信电源室、通信设备室、继电保护盘室、计算机室、中控室内顶部安装有气体喷嘴，共 5 个区配置一套组合分配灭火系统。在保护对象各房间外墙壁上安装有气体灭火控制箱和手自动转换盒，用于气体灭火系统的自动控制和手动启停气体灭火系统。气体灭火控制箱可实现本保护区域气体灭火系统的手/自动转换，7手动启
14、动（红色）和手动停止（绿色）按钮可实现气体灭火的现地启动和停止。 各防火区域安装有感温感烟探头，发电机层和 GIS 室安装有红外对射感烟装置，电缆桥架内铺设有感温电缆，主变室、电抗器、油罐室、油处理室安装有红外火焰检测探头，用于现场的火灾监测。 室内重要防火区域房间安装有防火阀和排风机，正常时均处于开启状态，当有火灾发生时，防火阀和排风机自动关闭，以获得较好的灭火效果。每台发电机风洞安装有空气采样探测器，用于发电机火灾监测和启动发电机水喷淋灭火装置。消防系统和工业电视系统、门禁系统进行数据通信，实现联动控制功能。 3.5 瀑布沟电站周界防护系统组成及功能 瀑布沟电站周界防护系统采用分布式快速
15、100Mbps 交换式以太网结构，主要设备有周界报警监视主机、周界报警主控制器、区域报警控制器、红外对射报警探测器等。各保护区域周界报警红外对射报警探测器接入各区域内的周界报警控制器，各区域报警控制器通过多模光纤和光纤收发器连接，接入周界防护系统报警主控制器，将现地所有防区的安防信息上送至周界报警监视主机，实现周界报警监视主机对现地设备的管理。 周界防护系统通过设置在各区域周界围墙的各转角的红外探测器，使保护区域周界形成一道电子屏障，自动检测周界安全状况。若有人从防护区穿越时，附近的报警器立刻发出报警声，并将报警信号上送至周界报警监视主机，并显示防区号，引起工作人员注意。系统具有防拆、8防短路
16、、防小动物、防坠物等功能。 瀑布沟电站周界防护系统设置的防护区域有交通洞入口、泄洪洞区域、放空洞入口区域、进水口区域、尾水洞出口区域、主厂房排风洞区域、主变洞排风洞区域、大坝区域、地面副厂房和 GIS 楼区域。周界防护系统与工业电视系统进行数据通信，实现联动控制功能。 四、瀑布沟电站安全防护联合监视控制系统功能及网络结构 （一）瀑布沟电站安全防护联合监视控制网络结构 瀑布沟电站安全防护联合监视控制系统是将工业电视系统、计算机监控系统、消防监控系统、门禁及周界防护系统通过网关相连接进行数据通信，实现报警统一平台管理，各子系统联合动作，实现监视控制功能。当任一子系统有报警事件发生时，除本系统产生相
17、应的动作和发出报警信息外，同时联动其它子系统进行相应的动作。 图 1：瀑布沟电站安全防护联合监视控制系统网络结构 （二）瀑布沟电站安全防护联合监视控制系统功能 （1）计算机监控系统与工业电视系统的联动功能 计算机监控系统上位机开机令、停机令、紧急事故停机令、电站保护动作报警信号作为触发源，工业电视系统接受触发信号后，会跟随事件发生的进展，按照事先预设定，自动将事件进行过程中所启动或停止的电气设备监视画面投射到中控室大屏幕显示器上，供电站值守人员对开停机或事故停机整个过程进行监视，了解事件进行过程中各个设备状9况。当电站内电气或水机保护动作时，工业电视系统会按照预设定，自动将有关区域设备和现场图
18、像投射到中控室大屏幕显示器上，提醒运行值班人员进行查看，为紧急情况下的事故处理提供分析参考依据。 机组开机过程：LCU 发投机组技术供水令时，工业电视系统自动将机组技术供水室画面投射到中控室大屏幕显示器上；LCU 发开圆筒阀令时，工业电视系统自动将机组圆筒阀油压装置、水车室圆筒阀开度画面投射到中控室大屏幕显示器上；LCU 发调速器开机令时，工业电视系统自动将水车室导叶开度、调速器压油装置画面投射到中控室大屏幕显示器上；LCU 发同期合闸令时，工业电视系统自动将发电机出口断路器 GCB 画面投射到中控室大屏幕显示器上。 机组停机过程：LCU 发减有功至空载令时，工业电视系统自动将机组水车室导叶开
19、度、调速器压油装置画面投射到中控室大屏幕显示器上；LCU 发断路器跳闸令时，工业电视系统自动将发电机出口断路器 GCB 画面投射到中控室大屏幕显示器上；LCU 发调速器停机令时，工业电视系统自动将水车室导叶开度、调速器压油装置画面投射到中控室大屏幕显示器上；LCU 发关圆筒阀令时，工业电视系统自动将机组圆筒阀油压装置、水车室圆筒阀开度画面投射到中控室大屏幕显示器上；LCU 发停机组技术供水令时，工业电视系统自动将机组技术供水室画面投射到中控室大屏幕显示器上。 紧急停机或事故停机过程：当机组监控系统启动事故停机或紧急停机流程时，工业电视系统自动将水车室圆筒阀开度、水车室导叶开度画面及油压装置画面
20、投射到中控室大屏幕显示器上。 10发电机或主变压器保护动作：发电机不完全差动保护、完全裂相横差保护、100%定子接地保护动作，工业电视系统自动将发电机风洞、发电机出口断路器画面自动投射到中控室大屏幕显示器上同时启动现场录像。主变压器差动保护、重瓦斯保护、压力释放动作，工业电视系统自动将主变压器室、主变压器油位、发电机出口断路器画面自动投射到中控室大屏幕显示器上同时启动现场录像。 （2）消防监控系统与工业电视系统和门禁系统的联动功能 当某一区域发生火警时，消防监控系统将报警区域地址码发送至工业电视系统，工业电视系统对报警区域进行识别后，根据预设定自动将该区域对应图像投射至中控室大屏幕显示器上，同
21、时发出音响报警，并进行录像。消防监控系统还将自动切断逃生路线各房门电磁锁电源，电磁锁断电后失磁，门处于常开状态，使人员能尽快撤离火灾区域。瀑布沟电站消防报警联动控制区域包括主变压器室、电抗器室、发电机风洞、透平油罐室、透平油处理室、中控室、监控机房、继电保护室、通信设备室、大坝闸门油泵室。 （3）门禁系统与工业电视系统的联动功能 当电站设备室、高压室等重点区域有人员刷卡进入时，或厂区各入口有车辆进入时，门禁系统将地址码发送至工业电视系统，工业电视系统进行地址识别后，根据预设定自动调整摄像机对准设定位置，进行录像，并把该图像和有关人员活动区域图像同时投射至中控室大屏幕显示器上，同时发出音响报警，提醒现场值守人员进行查看和监视。瀑布沟电站门禁系统联动控制区域有主变压器室、发电机风洞、500KV GIS 室、
