沙灣水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王香玲，趙勇飛，鄧小剛，李一寧，王先政，何國珍

（1.北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京 100038；2.沙灣水電站，四川 樂山 614000）

沙灣水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王香玲1，趙勇飛1，鄧小剛1，李一寧1，王先政2，何國珍2

（1.北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京 100038；2.沙灣水電站，四川 樂山 614000）

主要介紹了四川大渡河沙灣水電站H 9000V 4.0計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則、總體功能、系統(tǒng)構(gòu)成與實(shí)現(xiàn)，并為沙灣水電站的“無人值班（少人值守）”奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

沙灣水電站；計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；實(shí)現(xiàn)

沙灣水電站位于四川省樂山市沙灣區(qū)葫蘆鎮(zhèn)，距上游葫蘆鎮(zhèn)約1km，為四川大渡河干流下游梯級開發(fā)中的第一級電站，亦是中國水電集團(tuán)新世紀(jì)投資建設(shè)大渡河上第一座水電站，屬四川省重點(diǎn)工程。沙灣水電站工程以發(fā)電為主，該電站裝有4臺(tái)軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組，單機(jī)容量120MW，總裝機(jī)480MW，設(shè)計(jì)水頭24.5m，正常蓄水位432.0m，設(shè)計(jì)引用流量2203m3/s，保證出力151MW，年利用小時(shí)數(shù)5015h，年發(fā)電24.07億kW·h。電站以220kV接入四川電網(wǎng)，在系統(tǒng)中擔(dān)任調(diào)峰任務(wù)。廠房主體工程于2005年12月開工，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用北京中水科水電科技開發(fā)有限公司研制開發(fā)的H9000V4.0計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。第一臺(tái)機(jī)組已于2009年4月投產(chǎn)，第二臺(tái)機(jī)組已于2009年6月投產(chǎn)，第三臺(tái)與第四臺(tái)機(jī)組分別將于2009年9月及2009年12月投產(chǎn)。H9000V4.0計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與首臺(tái)機(jī)組同步投運(yùn)。

1 沙灣水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

沙灣水電站的運(yùn)行值班方式按“無人值班”（少人值守）的原則設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用全開放式分層分布系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)功能和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)均分布到各個(gè)現(xiàn)地控制單元中，站內(nèi)的各個(gè)現(xiàn)地控制單元通過交換機(jī)和光纜，構(gòu)成一個(gè)可靠的雙環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)系統(tǒng)中任何一部分設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)整體以及系統(tǒng)內(nèi)的其它設(shè)備仍能繼續(xù)正常工作且功能不受影響。

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能對全廠主要機(jī)電設(shè)備進(jìn)行控制，并對所有機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行全面監(jiān)視。電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)還通過電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與南充地方調(diào)度中心、成都遠(yuǎn)方集控中心和四川省調(diào)度中心的直接通信，并分別接收、執(zhí)行成都集控中心及四川省調(diào)度中心下發(fā)的遙調(diào)、遙控命令。

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：

2 沙灣水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)總體功能

電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由站控級和現(xiàn)地控制單元構(gòu)成。站控級主機(jī)、工作站及現(xiàn)地各LCU均使用實(shí)時(shí)多任務(wù)多窗口操作系統(tǒng)，監(jiān)控軟件采取國際上流行的模塊化體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理、計(jì)算和儲(chǔ)存的實(shí)時(shí)性和分布性。監(jiān)控系統(tǒng)集成軟件采用C/S或B/S架構(gòu)，保證系統(tǒng)響應(yīng)的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。通過中控室及計(jì)算機(jī)房工作站上的集中監(jiān)控畫面對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視控制，并自動(dòng)快速響應(yīng)控制設(shè)備狀態(tài)信息。

圖1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)庫軟件采用商用數(shù)據(jù)庫軟件，在歷史服務(wù)器主機(jī)內(nèi)，用于監(jiān)控系統(tǒng)秒級、分鐘、小時(shí)等歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與查詢。

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)WEB服務(wù)器用于監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)發(fā)布。

3 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 上位機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

站控層由歷史服務(wù)器主機(jī)1、主機(jī)服務(wù)器2、操作員站1、操作員站2、工程師站兼仿真培訓(xùn)站、調(diào)度通信服務(wù)器1、調(diào)度通信服務(wù)器2、廠內(nèi)通信服務(wù)器、ONCALL站、WEB服務(wù)器、集控通信網(wǎng)關(guān)服務(wù)器等構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)監(jiān)視控制現(xiàn)地設(shè)備等功能，形成全站監(jiān)控中心。其中操作包括：機(jī)組操作、功率調(diào)節(jié)、斷路器操作、隔離開關(guān)及刀閘操作、設(shè)備操縱及閘門升、降、停操作等。主要設(shè)備詳細(xì)配置及實(shí)現(xiàn)功能如下：

歷史服務(wù)器主機(jī)：采用HP DL380G5服務(wù)器，中文Windows 2000操作系統(tǒng)，安裝有商用數(shù)據(jù)庫軟件及cluster雙機(jī)管理軟件，同時(shí)還配置有磁盤陣列，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)的管理功能，兩臺(tái)歷史服務(wù)器主機(jī)互為熱備用。該服務(wù)器上同時(shí)還安裝有北京中水科水電科技開發(fā)有限公司研制開發(fā)的hista歷史數(shù)據(jù)庫管理軟件及Hreport報(bào)表軟件，為電站的歷史數(shù)據(jù)查詢提供了良好的操作平臺(tái)。

操作員工作站：采用Sun Ultra 45工作站，Solaris 10操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)中控室運(yùn)行人員監(jiān)視與控制功能。兩臺(tái)操作員站互為熱備用。

工程師站兼仿真培訓(xùn)工作站：采用Sun Ultra 45工作站，Solaris 10操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)仿真培訓(xùn)功能。

調(diào)度通訊服務(wù)器∶采用Sun Ultra 45工作站，Solaris 10操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)與南充地調(diào)及四川省調(diào)的數(shù)據(jù)通訊功能，并能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的直采直送功能。該通訊機(jī)采用Solaris 10操作系統(tǒng)大大提高了通訊的安全可靠性。

廠內(nèi)通訊服務(wù)器：采用HP XW4600工作站，中文Windows 2000操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)與水情及其它廠內(nèi)系統(tǒng)的通訊功能。

ONCALL工作站：采用HP XW4600工作站，中文Windows 2000操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電話及短信息報(bào)警功能。

WEB服務(wù)器：采用HP XW4600工作站，中文Windows 2000操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)WEB發(fā)布功能。

集控通信網(wǎng)關(guān)服務(wù)器：HP XW4600工作站，中文Windows 2000操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)與成都集控中心的數(shù)據(jù)通訊功能。

GPS時(shí)鐘：實(shí)現(xiàn)全廠監(jiān)控系統(tǒng)及其它監(jiān)視設(shè)備時(shí)間一致功能。

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)還配置一套入侵檢測系統(tǒng)，采用探測器－控制臺(tái)軟硬件相結(jié)合的形態(tài)。實(shí)時(shí)捕獲、分析所監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的所有數(shù)據(jù)報(bào)文，按照預(yù)定義的分析策略和安全知識(shí)對其進(jìn)行分析比較，從中發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)中是否有違反安全策略的行為、被攻擊的跡象、攻擊企圖，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)。根據(jù)事先制定的響應(yīng)方式通知網(wǎng)絡(luò)管理員、記錄事件過程并自行采取保護(hù)措施。入侵檢測系統(tǒng)采用分布式入侵檢測系統(tǒng)構(gòu)架，綜合使用模式匹配、協(xié)議分析、異常檢測、重點(diǎn)監(jiān)視、內(nèi)容恢復(fù)、網(wǎng)絡(luò)審計(jì)等入侵分析與檢測技術(shù)，全面監(jiān)視和分析網(wǎng)絡(luò)的通信狀態(tài)，提供實(shí)時(shí)的入侵檢測及相應(yīng)的防護(hù)手段，為監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)造全面縱深的安全防御體系。

系統(tǒng)配置網(wǎng)絡(luò)物理隔離設(shè)備1套，用于生產(chǎn)信息查詢網(wǎng)與電廠信息網(wǎng)、生產(chǎn)信息查詢網(wǎng)與電站其它相關(guān)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)之間的物理隔離，生產(chǎn)信息查詢網(wǎng)上所有節(jié)點(diǎn)及所有外部節(jié)點(diǎn)通過該網(wǎng)絡(luò)對電廠信息網(wǎng)的訪問均被禁止。

系統(tǒng)配置防火墻設(shè)備一套，用于與上級調(diào)度的通訊，連接于調(diào)度通訊服務(wù)器與調(diào)度交換機(jī)之間，另外1臺(tái)用于與安全區(qū)II的其它系統(tǒng)的通訊，該防火墻位于為廠內(nèi)通訊服務(wù)器配置的外部交換機(jī)與廠內(nèi)通訊服務(wù)器之間。

3.2 現(xiàn)地控制單元實(shí)現(xiàn)

LCU完成對監(jiān)控對象的數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)預(yù)處理，負(fù)責(zé)向網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)信息，并自動(dòng)服從上位機(jī)的命令和管理。同時(shí)各LCU也具有控制、調(diào)節(jié)操作和監(jiān)視功能，配備有人機(jī)觸摸屏，當(dāng)與上位機(jī)系統(tǒng)脫機(jī)時(shí)，仍具有必要的監(jiān)視和控制功能。

現(xiàn)地單元由各現(xiàn)地控制單元LCU構(gòu)成，包括：4套機(jī)組LCU、開關(guān)站LCU、公用系統(tǒng)LCU及閘門LCU共7套LCU設(shè)備。每套現(xiàn)地控制單元PLC均采用德國Siemens公司SIMATIC S7-400/414H冗余CPU，完成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、電廠主輔設(shè)備的控制及設(shè)備的調(diào)節(jié)與控制。進(jìn)行全廠閉環(huán)控制與調(diào)節(jié)，保證全廠發(fā)電運(yùn)行可靠。

現(xiàn)地控制單元LCU采用 SIMATIC S7-400/414H容錯(cuò)PLC，由2套互為全冗余容錯(cuò)熱備控制器組成，它們通過冗余同步模塊和100M光纜實(shí)現(xiàn)互連，冗余CPU與遠(yuǎn)程I/O通過冗余PROFIBUS-DP總線相連，每個(gè)CPU機(jī)箱通過工業(yè)以太網(wǎng)通訊接口模塊與監(jiān)控系統(tǒng)雙以太網(wǎng)交叉連接，PLC的遠(yuǎn)程I/O站接口模塊（IM153）具有SOE功能，通過配置快速的中斷開關(guān)量采集模塊，完成事件的順序記錄。各個(gè)LCU Siemens PLC除配有必需的I/O模塊外，還通過LCU工業(yè)交換機(jī)，接有PLC智能通信控制器 (2個(gè)100M以太網(wǎng)口/8串行)。由智能通信控制器完成LCU與各現(xiàn)地設(shè)備，如交流采樣裝置、微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置、微機(jī)調(diào)速裝置、微機(jī)保護(hù)裝置、電能計(jì)量裝置等其它設(shè)備的通信。

3.3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)

監(jiān)控系統(tǒng)局域網(wǎng)按IEEE 802.3設(shè)計(jì)，采用全開放的分層分布式結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)采用光纖電纜，通信規(guī)約TCP/IP，網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率不小于100Mbps。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)采用魏德米勒100M工業(yè)以太網(wǎng)管理級主交換機(jī)及現(xiàn)地控制網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，該網(wǎng)絡(luò)設(shè)備滿足多個(gè)輸入輸出，適應(yīng)各種類型數(shù)據(jù)的傳輸要求，適應(yīng)電力工業(yè)現(xiàn)場的電磁干擾、溫度、振動(dòng)等環(huán)境要求，在實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)功能的前提下滿足數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性要求。

4 結(jié)束語

H9000V4.0計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在沙灣水電站的合理設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，為沙灣水電站的“無人值班（少人值守）”奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。系統(tǒng)自投運(yùn)以來，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，系統(tǒng)運(yùn)行良好，對穩(wěn)定四川電網(wǎng)，提高大渡河水資源調(diào)配，促進(jìn)災(zāi)后重建起到了重要的推動(dòng)作用，并將為四川經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出更大的貢獻(xiàn)。

TP273+.5

B

1672-5387（2010）03-0030-02

2010-04-28

王香玲（1971-），女，工程師，從事水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的研制、集成。