淺談尼那電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造必要性

涂建青

引言：尼那電廠位于青海省貴德縣黃河干流上，壩高48.7m，壩長603m。水庫正常蓄水位2235.5m，為日調(diào)節(jié)水庫。河床式電站，在面廠房安裝有4臺貫流式發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量40MW，電站總裝機(jī)容量160MW。隨著近年來水電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)功能日趨成熟，采用的軟件、硬件迅猛發(fā)展。

一、原監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行情況

原監(jiān)控系統(tǒng)投運(yùn)以來，設(shè)備經(jīng)過近10多年的運(yùn)行，已進(jìn)入故障頻發(fā)期，同時由于計算機(jī)產(chǎn)品更新?lián)Q代較快以及兼容性問題，導(dǎo)致備品備件難以購買。存在以下問題：（1）通信機(jī)經(jīng)常發(fā)生通信中斷故障；（2）與中調(diào)數(shù)據(jù)通信經(jīng)常發(fā)生中斷；（3）上下位機(jī)及公用LCU通信經(jīng)常中斷；（4）LCU主備切換后不能正常工作；（5）下位機(jī)程序經(jīng)常發(fā)生死機(jī)現(xiàn)象，運(yùn)行人員無法操作；（6）通信裝置故障頻繁，不能及時采集實(shí)時數(shù)據(jù)（7）對外通信擴(kuò)展不方便，許多外部設(shè)備的信息無法采集到PLC中。整個系統(tǒng)的開放性和擴(kuò)展性不強(qiáng)。系統(tǒng)的保護(hù)、勵磁、調(diào)速器、輔機(jī)控制系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)的連接通過硬件信號回路，沒有提供標(biāo)準(zhǔn)的通信口和通信協(xié)議。（8）隨著外部控制設(shè)備的更新改造，所需測控點(diǎn)數(shù)增加，原有配置已無法滿足要求。（9）AGC/AVC響應(yīng)速度慢，不能滿足調(diào)度要求。（10）當(dāng)?shù)仫@示界面即一體化工控機(jī)故障率比較高。（11）設(shè)備和自動化元器件老化、過時。

二、監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計原則

2.1全廠綜合自動化本著技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的原則，按計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為主的指導(dǎo)思想進(jìn)行總體設(shè)計和系統(tǒng)配置。系統(tǒng)投運(yùn)后可滿足“無人值班”（少人值守）的要求。

2.2系統(tǒng)采用先進(jìn)、成熟的全分布式開放系統(tǒng)。軟硬件安全可靠，能在水電廠環(huán)境下長期連續(xù)安全運(yùn)行。

2.3計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)高度可靠，各項技術(shù)性能指標(biāo)滿足部頒DL/T578-95《水電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)基本技術(shù)條件》的要求，并且與計算機(jī)技術(shù)當(dāng)前的發(fā)展水平相適應(yīng)。

2.4系統(tǒng)配置和設(shè)備造型符合計算機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速的特點(diǎn)，既便于功能和硬件設(shè)備的擴(kuò)充。

2.5軟件采用模塊化、結(jié)構(gòu)化的設(shè)計，使監(jiān)控系統(tǒng)更適應(yīng)功能的增加和規(guī)模的擴(kuò)充。

2.6人機(jī)接口功能強(qiáng)，操作方便，顯示的畫面和打印的文件清晰醒目。

2.7系統(tǒng)具有與青海省調(diào)計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的功能，實(shí)現(xiàn)調(diào)度四遙功能和AGC/AVC功能。

2.8系統(tǒng)具有與微機(jī)勵磁、微機(jī)調(diào)速和微機(jī)保護(hù)管理機(jī)等智能裝置的通信功能。

2.9實(shí)時性好，抗干擾能力強(qiáng)。

三、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

監(jiān)控系統(tǒng)可分為主控級和現(xiàn)地單元級。主控級設(shè)有2個主計算機(jī)兼操作員工作站、1個工程師工作站和2個遠(yuǎn)動工作站、1臺廠內(nèi)通信工作站、1臺打印機(jī)及歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、1臺語音報警計算機(jī)，以及配套的外圍設(shè)備。主控級除完成電廠的監(jiān)視控制外，還可實(shí)現(xiàn)與電力調(diào)度系統(tǒng)、模擬屏等的通信，是整個電廠的控制核心。

1.主控級計算機(jī)兼操作員工作站

主控計算機(jī)兼操作員工作站包括對整個電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的管理，AGC、AVC計算和處理，數(shù)據(jù)庫管理，綜合計算功能，各圖表、曲線的生成，事故故障信號的分析處理等。同時供運(yùn)行值班人員和值長使用，具有圖形顯示、全廠運(yùn)行監(jiān)視和控制功能、發(fā)操作控制命令、設(shè)定與變更工作方式等功能。

2.工程師工作站

工程師工作站用于修改定值，增加和修改數(shù)據(jù)庫、畫面和報表，并可作一定的軟件開發(fā)及維護(hù)工作。工程師工作站還可以進(jìn)行運(yùn)行人員和操作及維護(hù)等培訓(xùn)工作。

3.遠(yuǎn)動工作站

系統(tǒng)共配置2套遠(yuǎn)動工作站，相互冗余熱備，負(fù)責(zé)與省調(diào)度遠(yuǎn)動通信，每套遠(yuǎn)動工作站均為兩個通信接口，分別對應(yīng)光纖通道與載波通道，當(dāng)光纖通道發(fā)生故障時，遠(yuǎn)動工作站能自動切換至載波通道。每套遠(yuǎn)動工作站提供8個異步串行通訊口，并配置2個調(diào)制解調(diào)器。

4.廠內(nèi)通信工作站

系統(tǒng)配置1套廠內(nèi)通信工作站，完成與廠內(nèi)其它系統(tǒng)如水情測報、MIS系統(tǒng)智能模擬屏等的通信工作，廠內(nèi)通信工作站同時提供8個異步串行通訊口。

5.打印機(jī)及歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器

系統(tǒng)配置1套打印及歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器，用以對電廠級各打印機(jī)的管理及歷史數(shù)據(jù)庫的管理。

6.語音報警工作站

系統(tǒng)配置1套語音報警工作站，用于當(dāng)監(jiān)控對象發(fā)生事故或故障時，發(fā)出報警音響，語音報警和顯示信息，并能自動起動自動呼叫系統(tǒng)，向遠(yuǎn)方責(zé)任人員發(fā)出信號等。

7.網(wǎng)絡(luò)

所有計算機(jī)及PLC都 按IEEE802.3 Ethernet 標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)成冗余網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用高檔CISCO 100M光纖網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的通訊傳輸速率均為100Mbps，介質(zhì)為光纖。

8.時鐘同步系統(tǒng)

采用GPS衛(wèi)星時鐘系統(tǒng)對監(jiān)控系統(tǒng)的主控級計算機(jī)和現(xiàn)地控制單元（LCU）進(jìn)行時鐘同步。

9.語音系統(tǒng)

采用兩個揚(yáng)聲器組成的語音輔助事故報警器，接收語音報警工作站多媒體語音源的驅(qū)動，將系統(tǒng)發(fā)生的事故等信號通過預(yù)先錄制的普通話播放出來。

10.外圍設(shè)備

系統(tǒng)各工作站均配置一套光刻錄機(jī)，供備份數(shù)據(jù)信息等。

11.LCU

LCU共6套，包括：機(jī)組LCU4套，開關(guān)站LCU1套，公用LCU1套。廠用電及控制電源單獨(dú)設(shè)備一套PLC，以現(xiàn)場總線方式掛在公用LCU上，LCU主要完成對各生對象的數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控功能，其設(shè)計能保證當(dāng)它與上位機(jī)系統(tǒng)脫離后仍能在當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)對有關(guān)設(shè)備的監(jiān)視和控制功能。

3.2系統(tǒng)特點(diǎn)

1、采用全分布式開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，主控計算機(jī)、操作員工作站、工程師工作站等都使用符合開放系統(tǒng)國際標(biāo)準(zhǔn)的UNIX操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)軟件為TCP/IP、工作站圖形系統(tǒng)符合X-Window標(biāo)準(zhǔn)。上述各計算機(jī)及LCU-CPU或PLC都可直接接入網(wǎng)絡(luò)，獲得高速通訊和共享資源的能力。

2、網(wǎng)絡(luò)上接入的每一設(shè)備都具有自己特定的功能，實(shí)現(xiàn)功能的分布。既保證了某一設(shè)備故障只影響局部功能，又利于今后功能的擴(kuò)充和分批投運(yùn)。

3、系統(tǒng)先進(jìn)、可靠。冗余化的設(shè)計和開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)既可靠實(shí)用、又便于擴(kuò)充，整個系統(tǒng)性能價格比高。

4、LCU采用高檔PLC模件，使系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性大大提高。

5、監(jiān)控系統(tǒng)配有遠(yuǎn)程診斷的功能

四、系統(tǒng)功能

4.1數(shù)據(jù)采集和處理

1、模擬量的采集與處理

模擬量分為電氣模擬量、非電氣模擬量及溫度量。

2、開關(guān)量的采集

開關(guān)采集包括事件順序記錄（SOE）型開關(guān)量和普通型開關(guān)量兩種。

3、脈沖量采集與處理

脈沖量主要指來自脈沖電度表的有功電度及無功電度等，即時采集。

4、數(shù)字量采集與處理

數(shù)字量信號主要指水位等BCD碼輸入量。采用多點(diǎn)開關(guān)量并行采集，然后轉(zhuǎn)換為相應(yīng)模擬量數(shù)值。

5、測點(diǎn)數(shù)值及狀態(tài)的人工設(shè)定

4.2安全監(jiān)視及事件報警

1、全廠運(yùn)行實(shí)時監(jiān)視。2、參數(shù)越限報警記錄。3、事故順序記錄。4、故障及狀變顯示記錄。5、事故記憶。6、溫度檢測。7、語音報警。

4.3電廠運(yùn)行指導(dǎo)

1、開、停機(jī)過程監(jiān)視。2、電站一次設(shè)備操作指導(dǎo)。3、廠用電系統(tǒng)操作指導(dǎo)。4、事故和故障處理指導(dǎo)。

五、結(jié)束語

從總體上來說，監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，極大的方便了運(yùn)行值班人員操作維護(hù)。監(jiān)控系統(tǒng)的升級改造以及功能不斷完善，將對尼那水電廠下一步運(yùn)行值班方式改革，實(shí)現(xiàn)少人值班（無人值守）有很大的促進(jìn)作用。

（作者單位：中國水利水電第四工程局有限公司）