以机代阀"水电站的二次综合自动化控制系统的组成、配置方案

   以下是针对"以机代阀"水电站的二次综合自动化控制系统详细配置方案，按照功能系统划分说明各子系统组成及具体配置要求：

一、计算机监控系统（SCADA）

1. 系统架构

硬件配置：

    主备服务器：戴尔PowerEdge R750，双Xeon Silver 4310处理器/128GB内存/2×480GB SSD（RAID1）+6×4TB HDD（RAID5）

    操作员站：研华工业计算机，21.5寸多点触控屏×3（分辨率1920×1080）

    历史数据库：IBM FlashSystem 5200，16TB全闪存存储

    网络设备：赫斯曼MACH4002核心交换机（24千兆光口+8万兆电口）

2. 软件配置

    平台软件：VIP-9000系统（含生态流量专用模块）

    数据库：Oracle 19c RAC集群

    通信协议：保护IEC103+104远动规约

二、机组控制系统

1. 现地控制单元（LCU）

核心控制器：

    主PLC：西门子S7-1518F-4 PN/DP（安全型），配置：

    数字量输入模块：SM321（32DI，24VDC）

    模拟量输入模块：SM331（8AI，16bit，±10V/4-20mA）

    高速计数模块：FM350-2（1MHz）

    备用PLC：贝加莱X20 CP1586（实现控制器级冗余）

专用控制模块：

    调速控制：伍德沃德ProAct DPU2000数字调速器

    励磁控制：ABB UNITROL 6800静态励磁系统

    同期装置：南瑞SID-3CM微机型准同期

2. 测量元件

    转速测量：本特利3300XL 8mm电涡流传感器×3（三取二逻辑）

    水头测量：罗斯蒙特3051S差压变送器（0.075%精度）

    流量测量：科隆OPTIMASS 7400质量流量计（±0.1%精度）

三、生态流量控制系统

1. 核心设备

    生态控制器：施耐德Modicon M580 ECO（专用型号），配置：

    生态算法加速卡：含FPGA实现的PSO优化算法

    通信接口：2×1000Base-T+4×RS485（隔离型）

水质监测：

    溶解氧：哈希LXV4402数字传感器（0-20mg/L，±0.1mg/L）

    浊度：E+H CUS71D（0-4000NTU，红外散射原理）

    水温：PT100三线制铂电阻（-20~80℃，A级精度）

2. 执行机构

    主调节：福伊特电液伺服执行机构（行程±150mm，重复精度0.02mm）

    应急阀：阿自倍尔VFR7000电动调节阀（泄漏等级VI级）

四、继电保护系统

1. 机组保护

    主保护：   杭州继保VIP-96S88CG发电机保护装置，包含：

    差动保护：比率制动特性，启动值0.2In

    定子接地：20Hz注入式原理，接地电阻告警值5kΩ

    转子接地：乒乓式切换原理，灵敏度1kΩ

    后备保护：VIP-96S71G馈线保护装置，配置：

    过流保护：反时限特性曲线（IEC标准）

    过电压：1.2Un延时0.5s动作

2. 主变保护

    主保护：

    后备保护

    非电量保护

3、开关柜保护

    线路保护、配电变压器保护、母联保护等

五、状态监测系统

1. 在线监测

    振动分析：SKF IMx-8系统，8通道同步采集（采样率256kHz）

    局放监测：欧米克朗MPD600，带宽3MHz-30MHz

    绝缘监测：德国Bender IRDH375，监测对地阻抗（0-999kΩ）

2. 诊断设备

    红外热像仪：菲力尔T865（640×480分辨率，±1℃精度）

    超声波检测仪：UE Ultraprobe 15000（频率20-100kHz）

六、通信网络系统

1. 主干网络

    过程层：双光纤环网，采用赫斯曼RS30系列交换机（支持PRP协议）

    站控层：三层架构网络，核心交换机配置华为CE6850-48S6Q-HI

2. 同步对时

    主时钟：北斗/GPS双模时钟（泰坦T-BDS-9000，守时精度0.01ppm）

    扩展时钟：IEEE1588精密时间协议（PTP）交换机

七、电源及辅助系统

1. 供电系统

    UPS：伊顿93PR系列（2×30kVA，30分钟后备）

    直流屏：（110V/200Ah，含绝缘监测）

2. 防雷接地

    电源防雷：OBO V50B+C组合（通流容量50kA）

    信号防雷：DEHNrail UFV系列（响应时间<1ns）

八、典型系统联动流程

生态模式启动：

    SCADA系统接收调度指令→生态控制器计算最优流量→调速器调整导叶开度→质量流量计实时反馈→水质监测单元闭环修正

故障处理流程：

    振动传感器报警→保护装置启动→LCU执行停机序列→事件记录上传至历史数据库→触发运维工单系统

九、关键性能指标

控制性能：

    生态流量调节稳态误差：≤±0.5%

    机组并网时间：≤90秒（从开机令到并网）

可靠性指标：

    系统可用率：≥99.99%

    网络传输延时：过程层<4ms，站控层<50ms

安全指标：

    电磁兼容：通过IEC 61000-4-5（4级）

    网络安全：符合GB/T 22239-2019三级要求

    该配置方案通过多层次冗余设计和专用生态控制设备的引入，在满足常规水电站自动化要求的同时，重点强化了生态流量控制的精确性和可靠性。所有关键设备均选用工业级产品，环境适应性满足-25℃~+70℃运行要求，特别适合在偏远山区水库环境中长期稳定运行。