淺談公伯峽水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)

摘 要：公伯峽水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用中國水利水電科學研究院自動化所研制開發(fā)的H9000 V3.0系統(tǒng)，該系統(tǒng)自2004年9月投產(chǎn)以來，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，為電站的安全生產(chǎn)做出了重要貢獻，并為電站進一步提高設備安全運行及自動化水平，實現(xiàn)“無人值班”（少人值守） 奠定了重要基礎。文章從H9000系統(tǒng)在電站的實際應用出發(fā)，介紹了系統(tǒng)結構、特點、配置以及功能實現(xiàn)。

關鍵詞： 公伯峽水電廠；計算機監(jiān)控系統(tǒng)；H9000 V3.0系統(tǒng)

1 引言

近年來，為了合理的利用我國有效的水資源，各地的水電站相繼的建成，水電站的建設規(guī)模的不斷擴大，有效的緩解了我國電力緊張的局面，同時也保證了水電站轄區(qū)內的農(nóng)田灌溉用水和生產(chǎn)用水的需求。黃河所流過的區(qū)域，人們利用黃河水不僅保證了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要，同時黃河所流經(jīng)的區(qū)域內也是水電站建設的最有利位置。公伯峽水電站就是在黃河干流在青海省化隆、循化兩縣交界處匯集時所建成的以發(fā)電和灌溉供水需求為主的水電站，此水電站按無人值班方式進行的設計，并裝設了H9000 V3.0計算機監(jiān)控系統(tǒng)，已成為西北電網(wǎng)調峰、調頻和事故備用主力電站。

本站計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用全計算機控制的分層分布開放式結構，由按功能分布的主控層及按對象分布的現(xiàn)地單元（LCU）層組成。

2 系統(tǒng)功能

2.1 主控層功能

主控層從LCU 實時采集反映全廠主要設備運行狀態(tài)和參數(shù)的各類數(shù)據(jù)，如通信量、模擬量、掃查量和中斷開關量等，并對全廠主要設備進行集中監(jiān)控管理，主要包括設備調節(jié)控制、工況轉換及參數(shù)設置等操作、防誤操作輸出閉鎖、報警記錄及歷史查詢、溫度趨勢報警與分析、事故語音報警、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理等功能，實現(xiàn)自動發(fā)電控制（AGC）等高級應用，并與西北網(wǎng)調、青海省調以及黃河公司梯調進行通信，提供反映設備實時狀態(tài)的遙信、遙測數(shù)據(jù)和接收西北網(wǎng)調下發(fā)的遙調、遙控命令。

2.2 現(xiàn)地控制單元層功能

LCU作為監(jiān)控系統(tǒng)的底層控制設備，主要是完成各類數(shù)據(jù)的采集與預處理，隨機響應主控級的召喚，向主控級發(fā)送采集的數(shù)據(jù)和各類報警信息，同時接受主控級的控制命令，進行有效性檢查并核對后執(zhí)行。而當主控級設備出現(xiàn)故障或退出運行時，LCU仍能正常運行和就地實現(xiàn)對設備的基本監(jiān)控功能，如數(shù)據(jù)采集、處理；設備調節(jié)控制、工況轉換等操作；事件順序記錄；硬件自診斷等。

3 系統(tǒng)配置

3.1 主控層配置

廠級中心計算機：采用SUNBlade200064位主機2臺，主頻900MHz，使用Unix（Solaris8） 操作系統(tǒng)，兩主機互為熱備，完成對整個電站監(jiān)控系統(tǒng)的管理，AGC計算處理，數(shù)據(jù)庫管理，故障信號分析處理等。正常時，一臺為主機，完成監(jiān)視控制任務，同時還有一臺備用機器，此機器也可完成正常的監(jiān)視任務，同時在主機出現(xiàn)故障退出時，此臺主機可升為主站，完成主站的監(jiān)控任務。

操作員站： 采用SUNBlade200064位主機2臺，兩站互為熱備，完成對電站的運行監(jiān)視和閉環(huán)控制。主站從LCU實時采集反映全廠主要設備運行狀態(tài)和參數(shù)的各類數(shù)據(jù)，并廣播發(fā)送至上位機所有站點，運行AGC后臺程序，同時作為人機接口，供運行人員對全廠主要設備進行集中監(jiān)控，備用站只進行監(jiān)視。

工程師工作站：用于系統(tǒng)開發(fā)、編輯和修改、檢索歷史記錄、系統(tǒng)故障診斷及培訓等。

通訊服務器：采用HP ProLiant DL380 G7 2臺，配有1個8串口及雙以太網(wǎng)卡。兩臺服務器分別用于完成與上級調度，梯級調度系統(tǒng)及廠內各機組保護的通信。

歷史數(shù)據(jù)服務器：用于歷史數(shù)據(jù)的存儲及備份，并為MIS系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)。

GPS裝置及對時系統(tǒng)：BSS-3型GPS時鐘系統(tǒng)兩套，用于完成監(jiān)控系統(tǒng)各層設備間的對時。與調度層對時采用串行口，與現(xiàn)地層對時則采用脈沖編碼對時。

網(wǎng)絡設備： Cisco交換機2臺，每臺交換機分別通過超五類屏蔽雙絞線與上位機各站的雙網(wǎng)卡相連，通過光纖與LCU雙NOE以太網(wǎng)模塊相連，構成雙冗余100Mbps星型以太網(wǎng)。

3.2 現(xiàn)地控制單元層配置

現(xiàn)地控制單元層全部8套LCU均采用施耐德Quantum系列PLC ，能在13-48ms內完成主從機無擾動切換，所有模板均支持帶電插拔，分別還配置了智能液晶觸摸屏、自/手準同期裝置、交流采樣裝置、電壓、電流變送器等設備。

Quantum PLC采用雙CPU加觸摸屏直接上網(wǎng)的方式，使用CHS實現(xiàn)雙機光纖互聯(lián)，NOE上雙以太網(wǎng)，采用遠程I/O擴展模式，全部I/O測點和控制輸出插箱均由CRP、CRA 和同軸電纜組成的雙冗余遠程I/O網(wǎng)連接，雙CPU還通過MB+網(wǎng)與交流采樣裝置及各外部設備，如調速器、技術供水裝置、高低壓氣機等設備通信。

3.3 網(wǎng)絡總體結構及安全分區(qū)

電站調度數(shù)據(jù)網(wǎng)屬于子系統(tǒng)，由公司集控中心主站端及西北網(wǎng)調主站端組成，網(wǎng)絡采用快速交換式以太網(wǎng)結構，雙網(wǎng)運行。網(wǎng)絡由主干局域網(wǎng)交換機及工作組局域網(wǎng)交換機組成，各計算機應用子系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)特性劃分為3個安全分區(qū)：安全I區(qū)為電站監(jiān)控系統(tǒng)的生產(chǎn)控制區(qū)，劃分為完成SCADA功能的主控制區(qū)和廠站接入?yún)^(qū)兩個子區(qū)域，中間用硬件防火墻和通信網(wǎng)關隔離；安全II區(qū)包含電站水調系統(tǒng)和其它非實時生產(chǎn)系統(tǒng)（如電能量采集系統(tǒng)）接口。II區(qū)與I區(qū)通過硬件防火墻連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換；安全III區(qū)為MIS及其他辦公自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡接口區(qū)，III區(qū)與I區(qū)通過正、反向物理隔離裝置相連。

4 系統(tǒng)特點

此系統(tǒng)的中存在著多臺工作站，因此不管硬件還是軟件都存在著高度冗余。多層次的冗余措施在硬件設計中展現(xiàn)無遺，如數(shù)據(jù)服務器站、操作員站、通信站、UPS電源、網(wǎng)絡設備、LCU電源、PLC的CPU等全部使用冗余配置，且均可實現(xiàn)無擾動切換。同時在軟件部分的設計上應用軟件的設置在計算機的任何一個節(jié)點上都進行了重置，只是因功能的不同而有所區(qū)別，所在軟件上也實現(xiàn)了高度的冗余。

傳統(tǒng)的LCU采用工控機，但工控機結構較為復雜，同時可靠性還較低，因此，此系統(tǒng)中LCU采用PLC加觸摸屏直接上以太網(wǎng)的方式，有效的提高了LCU 的整體可靠性。

系統(tǒng)的各項功能都得到了很好的應用，特別是AGC功能保證機組正確并及時響應并執(zhí)行網(wǎng)調AGC指令，同時滿足投入/退出電網(wǎng)AGC及調節(jié)、控制過程中的安全性要求。為公伯峽水電站的良好運轉起到了重要的作用，同時也成為了西北電網(wǎng)的主力調峰調頻電廠，此系統(tǒng)保證了水電站的各項功能的良好運轉，為電站的穩(wěn)定運行奠定了基礎。

5 結語

公伯峽水電廠使用的H9000 V3.0計算機監(jiān)控系統(tǒng)具有技術運用較為先進、功能齊全、高冗余度、高可靠性、人機界面友好、維護方便等特點，自2004年9月投運以來，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，為電站的安全生產(chǎn)做出了重要貢獻，并為電站進一步提高設備安全運行及自動化水平，實現(xiàn)“無人值班”（少人值守） 奠定了重要基礎。

參考文獻

[1]方輝欽現(xiàn)代水電廠計算機監(jiān)控技術與試驗北京：中國電力出版社 2004.

[2]王德寬等.H9000分布開放式水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)水利水電技術，1996年第5期.