梅縣單竹窩水電站監(jiān)控系統(tǒng)改造

鄧志紅

（廣東省梅雁水電股份有限公司，廣東 梅州 514011）

一、單竹窩水電站簡(jiǎn)介

廣東省梅縣單竹窩水電站位于梅州市境內(nèi)，是梅江干流中的一個(gè)梯級(jí)電站。電站內(nèi)裝設(shè)4臺(tái)燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組。單機(jī)容量為8500kW，發(fā)電機(jī)額定電壓6.3kV，額定功率因素0.9，電站采用擴(kuò)大單元（兩機(jī)一變）接線(xiàn)方案。電站共裝設(shè)2臺(tái)主變壓器，高壓側(cè)電壓為110kV，兩回110kV線(xiàn)路接入梅州110kV電網(wǎng)。電站第一臺(tái)機(jī)組于2001年1月投產(chǎn)發(fā)電，最后一臺(tái)于2001年6月投產(chǎn)發(fā)電。

二、電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為我國(guó)早期從國(guó)外引進(jìn)的CIMPLECITY組態(tài)軟件，于2001年與電廠機(jī)組同步投運(yùn)。廠級(jí)監(jiān)控層位于電站中控室，采用100Mbps快速以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，組成開(kāi)放的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。主要設(shè)備包括2臺(tái)主操作站（主機(jī)），1臺(tái)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，1臺(tái)工程師培訓(xùn)工作站，1臺(tái)通訊服務(wù)器，1臺(tái)網(wǎng)絡(luò)激光漢字打印機(jī)，1套衛(wèi)星同步時(shí)鐘系統(tǒng)，1套UPS電源。

現(xiàn)地級(jí)監(jiān)控層監(jiān)控現(xiàn)地各分散的設(shè)備，按全廠控制對(duì)象和分布位置設(shè)置了五套現(xiàn)地控制單元（LCU）：4臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組各一套；全廠的公用設(shè)備及110kV開(kāi)關(guān)站設(shè)置一套LCU，LCU與廠級(jí)監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò)采用光纖以太網(wǎng)聯(lián)接。

三、改造的必要性

單竹水電站現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)屬于早期工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品，隨著單竹水電站首臺(tái)機(jī)組于2001年并網(wǎng)發(fā)電，系統(tǒng)已投運(yùn)近10年。經(jīng)過(guò)近10年的運(yùn)行，該系統(tǒng)目前已無(wú)法保證電站的安全可靠運(yùn)行。主要存在下列問(wèn)題：

1.硬件配置偏低

限于當(dāng)時(shí)的計(jì)算機(jī)技術(shù)條件，硬件設(shè)備的配置，無(wú)論是主頻、內(nèi)存，還是硬盤(pán)容量等方面，都偏低，與現(xiàn)代水電廠對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)所要求的高速度、大容量、智能化的目標(biāo)相差甚遠(yuǎn)，許多高級(jí)應(yīng)用功能無(wú)法擴(kuò)充。

2.監(jiān)控系統(tǒng)落后

原系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)間為上世紀(jì)90年代，全廠的監(jiān)控方式與目前普遍采用的監(jiān)控方式存在較大的差別，系統(tǒng)的監(jiān)控功能不完整，系統(tǒng)應(yīng)用軟件無(wú)法維護(hù)、修改、及擴(kuò)充。

3.設(shè)備老化，故障率高

計(jì)算機(jī)等電子產(chǎn)品自身的老化，硬件設(shè)備的故障率明顯提高。由于計(jì)算機(jī)更新?lián)Q代較快，系統(tǒng)的一些主要設(shè)備已經(jīng)停產(chǎn)，由于兼容性問(wèn)題，已無(wú)法采購(gòu)備品備件，故障設(shè)備難以維修，已成為電站安全、穩(wěn)定運(yùn)行的瓶頸。

4.無(wú)法達(dá)到信息采集系統(tǒng)的要求

根據(jù)電力公司有關(guān)對(duì)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)信息采集的要求，目前系統(tǒng)自身也需要進(jìn)一步完善。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)使用壽命5 ～ 12年，平均使用壽命為8年左右，具體視系統(tǒng)的使用維護(hù)水平、備品備件狀況等方面的情況而定。超過(guò)上述時(shí)間以后，系統(tǒng)的故障率、運(yùn)行維護(hù)成本成倍提高，系統(tǒng)可用率、控制可靠性明顯下降，并可能危害電站的安全運(yùn)行。

鑒于單竹窩水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)已運(yùn)行10年，以及上述存在的問(wèn)題，單竹電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的升級(jí)改造勢(shì)在必行。

四、改造后實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)

1.技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

改造后的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、制造、工廠試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)均符合下列最新版本的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和部頒標(biāo)準(zhǔn)（包括各標(biāo)準(zhǔn)的引用標(biāo)準(zhǔn)），所用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)均為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或有關(guān)部級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

2.技術(shù)性能

（1）提高單竹窩水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)備的配置，滿(mǎn)足現(xiàn)代水電廠對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)所要求的高速度、大容量、智能化的目標(biāo)。硬件設(shè)備均為國(guó)內(nèi)外監(jiān)控系統(tǒng)的主流產(chǎn)品，廠家技術(shù)力量強(qiáng)大，歷史悠久，可持續(xù)發(fā)展；支持硬件產(chǎn)品的升級(jí)換代，換代產(chǎn)品與老設(shè)備具有兼容性，備品備件充足。

（2）新系統(tǒng)能充分體現(xiàn)當(dāng)前水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)最高水平，滿(mǎn)足調(diào)度系統(tǒng)及水電廠對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的要求，系統(tǒng)的監(jiān)控功能完整，具有完善的高級(jí)應(yīng)用軟件，運(yùn)行穩(wěn)定，便于維護(hù)，具有可擴(kuò)充性，能夠保證電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）改造后的系統(tǒng)能提高單竹窩電站的運(yùn)行、維護(hù)、管理水平，并具備擴(kuò)展能力，系統(tǒng)接口便于其他系統(tǒng)的接入。

五、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)施方案

1.工作范圍

本次技改主要項(xiàng)目有：

（1）原上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)備全部更換，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行完善；

（2）網(wǎng)絡(luò)升級(jí)為100MB以太單環(huán)網(wǎng)，（或保留現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)）；

（3）對(duì)原計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)；

（4）現(xiàn)地單元延用現(xiàn)有的PLC (GE9030)；

（5）現(xiàn)地單元增加智能通信裝置，實(shí)現(xiàn)與溫度巡檢和振擺裝置的通信；

（6）對(duì)延用自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)；

（7）由于原系統(tǒng)GPS不具備擴(kuò)充功能，更換帶有二級(jí)時(shí)鐘的GPS，實(shí)現(xiàn)閘首LCU的對(duì)時(shí)；

（8）完善并新增電站其他子系統(tǒng)的通訊功能；

（9）增加一臺(tái)閘首操作員工作站及1臺(tái)2kVA/1小時(shí)UPS電源，實(shí)現(xiàn)閘門(mén)現(xiàn)地操作。

2.實(shí)現(xiàn)的功能

（1）按照以計(jì)算機(jī)為主簡(jiǎn)化常規(guī)為輔的原則，實(shí)施電站的監(jiān)控。電站近期少人值班，遠(yuǎn)期過(guò)渡到無(wú)人值班(少人值守)。按能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地、集中、遠(yuǎn)方調(diào)度中心監(jiān)控的指導(dǎo)思想進(jìn)行總體設(shè)計(jì)和配置。

（2）實(shí)現(xiàn)電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與調(diào)度中心調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)間的通信。

（3）實(shí)現(xiàn)電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與并網(wǎng)運(yùn)行管理子系統(tǒng)間的通信。

（4）在現(xiàn)地單元實(shí)現(xiàn)與振擺裝置和溫度巡檢裝置間的通信。

（5）實(shí)現(xiàn)電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與電站管理信息系統(tǒng)間的通信(備用)。

系統(tǒng)配置應(yīng)符合計(jì)算機(jī)發(fā)展迅速的特點(diǎn)，充分利用計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，達(dá)到當(dāng)前國(guó)際先進(jìn)水平。

（6）系統(tǒng)應(yīng)高度可靠、冗余，系統(tǒng)的MTBF、MTTR及各項(xiàng)可用性指標(biāo)均高于或達(dá)到部頒《水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)基本技術(shù)條件(DL/T578-95)》的規(guī)定。

（7）系統(tǒng)應(yīng)既便于功能和硬件的擴(kuò)充，又能充分保護(hù)應(yīng)用資源和投資。分布式數(shù)據(jù)庫(kù)及軟件模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，應(yīng)使系統(tǒng)能適應(yīng)功能的增加和規(guī)模的擴(kuò)充，并應(yīng)具有自檢、自診斷和自恢復(fù)功能。

（8）實(shí)時(shí)性好、抗干擾能力強(qiáng)。采用軟件冗余措施，數(shù)據(jù)庫(kù)及控制功能分布處理，系統(tǒng)功能分布在網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)中，系統(tǒng)內(nèi)任一節(jié)點(diǎn)的故障不影響其余節(jié)點(diǎn)的正常工作。能保證在水電廠環(huán)境下長(zhǎng)期連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

（9）整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)具有完善的保護(hù)功能和應(yīng)用功能，能穩(wěn)定可靠地與上級(jí)調(diào)度中心進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)上級(jí)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)電站的遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)功能。

（10）保證系統(tǒng)的安全性。要求系統(tǒng)是標(biāo)準(zhǔn)化的成熟產(chǎn)品，具有完備的確保硬件及軟件的安全性措施，防止監(jiān)控系統(tǒng)硬件或軟件故障或缺陷對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的危害。

（11）保證系統(tǒng)的友善性與可維護(hù)性。人機(jī)接口應(yīng)功能齊全，操作方便，應(yīng)采用面向?qū)ο蟮娜珴h化界面。

（12）應(yīng)保證改造后的新系統(tǒng)，在保留原系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，更加完善，更能符合電站安全運(yùn)行的要求。

六、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

該電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)分為主控級(jí)和現(xiàn)地單元控制級(jí)。主控級(jí)由兩套主機(jī)及操作員工作站以及相應(yīng)的外圍設(shè)備組成，雙機(jī)互為備用。另設(shè)一套工程師/ONCALL工作站。設(shè)兩臺(tái)調(diào)度通訊工作站實(shí)現(xiàn)與調(diào)度系統(tǒng)的通訊，并配置打印機(jī)工作站一套。

機(jī)組現(xiàn)地控制單元PLC：開(kāi)關(guān)站及公用設(shè)備共用一套現(xiàn)地控制單元；閘首設(shè)一套現(xiàn)地控制單元。主控級(jí)和現(xiàn)地單元級(jí)通過(guò)100MB的以太網(wǎng)相連接。

現(xiàn)地控制單元與主機(jī)脫機(jī)時(shí)也可獨(dú)立運(yùn)行。

1.上位機(jī)系統(tǒng)

上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)備包括系統(tǒng)及操作員工作站、工程師工作站，報(bào)表管理及On-Call工作站、與梅州地調(diào)通信的冗余工作站（根據(jù)需要配置）等。

2.現(xiàn)地控制單元

電站內(nèi)的現(xiàn)地控制單元共6套，分別為4套機(jī)組LCU、1套廠用/公用 LCU和1套閘門(mén)LCU?，F(xiàn)地控制單元（LCU）具備較強(qiáng)的獨(dú)立運(yùn)行能力，在離線(xiàn)狀態(tài)下能獨(dú)立運(yùn)行，完成其監(jiān)控范圍內(nèi)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、處理、設(shè)定值修改、設(shè)備工況轉(zhuǎn)換、調(diào)節(jié)控制等任務(wù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與廠級(jí)服務(wù)器等進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)通訊，接受操作員工作站的命令。

3.計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能

電廠按“無(wú)人值班”(少人值守)運(yùn)行管理模式的原則設(shè)計(jì)，正常運(yùn)行時(shí)由設(shè)在電站中控室的操作員工作站對(duì)電站進(jìn)行安全監(jiān)視和實(shí)時(shí)控制。由操作員工作站發(fā)控制命令和設(shè)定值，由現(xiàn)地控制單元調(diào)控機(jī)組及其他設(shè)備。

操作員工作站能直接控制到機(jī)組和主要斷路器、主變中性點(diǎn)接地刀閘，以及公用和輔機(jī)等設(shè)備的啟、停(或投、切)。單機(jī)設(shè)定值和命令從操作員工作站發(fā)到LCU，LCU執(zhí)行這些命令并返回足夠的信息給操作員工作站進(jìn)行監(jiān)視。當(dāng)LCU與操作員工作站聯(lián)系中斷時(shí)，可在LCU面板和相應(yīng)的設(shè)備現(xiàn)地控制屏（箱）上進(jìn)行控制操作。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)具有多種調(diào)控方式，滿(mǎn)足電廠運(yùn)行的需要。為了保證控制和調(diào)節(jié)的正確、可靠，操作步驟按“選擇－返校－執(zhí)行”的方式進(jìn)行，并且每一步驟都應(yīng)有嚴(yán)格的軟件校核、檢錯(cuò)和安全閉鎖邏輯功能，硬件方面也應(yīng)有防誤措施。