廣州蓄能水電廠監(jiān)控系統(tǒng)下位機改造

陳龍驤

(廣州蓄能水電廠，廣州 510950)

0 引言

廣州蓄能水電廠(以下簡稱廣蓄水電)位于廣東省從化市呂田鎮(zhèn)境內(nèi)，距廣州市120 km。電站分為2個廠房，共安裝8臺300 MW可逆式抽水蓄能機組，總裝機容量2 400 MW，設(shè)計水頭535 m，是我國自行設(shè)計和施工的第1座高水頭、大容量抽水蓄能電站，也是目前世界上已投運的最大抽水蓄能電站。

廣蓄水電A廠共4臺300 MW機組，其計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用法國ALSTOM的ALSPA_P320系統(tǒng)，上位機已于2007年由系列2改造為系列5產(chǎn)品，下位機(RTU)為H20系統(tǒng)，仍為投運初期的系列2產(chǎn)品。鑒于下位機已連續(xù)運行超過20年，亟需改造升級。

1 監(jiān)控系統(tǒng)下位機原有結(jié)構(gòu)

廣蓄水電A廠設(shè)計有下位機10臺，分別為4臺機組RTU，1臺機組公用RTU(20 GTA)，1臺電廠公用RTU(廠用電20 KKL)，1臺500 kV RTU，1臺模擬屏RTU，上下庫各1臺RTU，除模擬屏及上下庫RTU外，其余7個RTU均為完全雙重化結(jié)構(gòu)，即電源、CPU及I/O模塊均為冗余設(shè)置，AA1和AA2互為備用。

下庫RTU已進行試驗性改造為PCX，C8035的結(jié)構(gòu)，上庫RTU也將在近期進行同類型改造，兩項改造為下位機整體改造積累了經(jīng)驗。

廣蓄水電下位機為集中式控制結(jié)構(gòu)，機組所有控制功能都在RTU自身上實現(xiàn)，其中溫度保護功能和振動保護功能已通過后期改造，從RTU分離到單獨的可編程控制器(PLC)中進行控制。由于上位機和下位機分別采用了不同時期的系列5和系列2產(chǎn)品，因此在網(wǎng)絡(luò)通信層增加了ELIPASS和CSS-F兩套設(shè)備用于上下位機間信息傳輸，使RTU通過串口，經(jīng)ELIPASS與CSS-F接入上位機S8000環(huán)網(wǎng)。除各RTU與上位機外，各RTU之間通過硬布線進行聯(lián)系，在背靠背拖動時互相傳送信息。

廣蓄水電A廠原監(jiān)控系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 廣蓄水電A廠監(jiān)控系統(tǒng)拓撲圖

2 對新設(shè)備及改造過程的要求

(1)由于現(xiàn)實情況的限制，改造不能采用全停所有機組同時改造所有RTU的方案，只能逐臺RTU停機改造，并盡量縮短改造時間。

(2)上位機為ALSTOM系列5產(chǎn)品，此次改造不涉及上位機，因此下位機改造需要考慮與上位機的信息傳輸問題。

(3)原有RTU仍為多年前使用的集中式控制結(jié)構(gòu)，信號線數(shù)量巨大且傳輸距離較遠，需要改造為分層分布式結(jié)構(gòu)，使用工業(yè)總線代替部分硬布線。

(4)老系統(tǒng)在各RTU之間有硬布線聯(lián)系，進行部分信息傳輸和信號閉鎖，尤其是公用RTU是各RTU的中心，靜止變頻器(SFC)拖動、背靠背拖動等工況都依靠其進行聯(lián)系，因此，在逐臺RTU改造過程中，需要解決新舊系統(tǒng)同時運行期間各RTU之間的通信問題。

(5)RTU與SFC、勵磁系統(tǒng)、保護系統(tǒng)等系統(tǒng)也存在大量信號聯(lián)系，目前信號全部采用硬布線進行聯(lián)系，升級時應考慮部分升級為現(xiàn)場總線通信方式。此外，新RTU涉及接口要充分考慮SFC、勵磁系統(tǒng)、保護系統(tǒng)等后期升級的需要，預留足夠的接口。

3 設(shè)備選型

下位機改造有多種設(shè)備選擇：可以繼續(xù)沿用ALSTOM的ALSPA_P320系統(tǒng)；或者與廣蓄水電B廠一致，選擇西門子S7系列產(chǎn)品；也可以選用國產(chǎn)設(shè)備，如南瑞MB80系列PLC。

(1)ALSTOM的ALSPA_P320系統(tǒng)的優(yōu)勢在于廣蓄水電A廠主機全部為ALSTOM產(chǎn)品，廠家對各在用設(shè)備較為了解，便于改造；同時升級選用同一廠家設(shè)備，改造難度較小。

(2)西門子S7系列優(yōu)勢在于產(chǎn)品成熟，應用相當廣泛，有良好的技術(shù)支持，并且與廣蓄水電B廠型號相同，能大大降低后期運行維護人力、物力成本。

(3)南瑞MB80系列PLC優(yōu)勢在于，國產(chǎn)設(shè)備用戶體驗較好，廠家也能提供更加便利、個性化的設(shè)備功能，提高運維效率。

經(jīng)分析，改造仍沿用ALSTOM系列產(chǎn)品。其主控制器選用MFC1000，Celeron M 處理器，1 GHz主頻，無風扇，1 GB閃存，512 MB RAM；現(xiàn)地控制器選用CE1000/CE1500，Celeron處理器，512 MHz主頻，無風扇，512 MB 閃存，32 MB RAM；現(xiàn)場總線采用EPL Field BUS(E8000)。

4 改造方案

4.1 改造順序

首先進行機組公用RTU的改造，然后逐臺升級各機組的RTU，接著進行廠用電RTU和模擬屏RTU的改造，最后根據(jù)具體檢修安排進行500 kV RTU的改造。

4.2 改造步驟

每臺RTU的改造步驟大致相同，因此以#1機組為例列出主要改造步驟。按下列步驟改造后，下位機拓撲圖(以機組RTU為例)如圖2所示。

圖2 改造后下位機拓撲圖(以機組RTU為例)

第1步，完成新RTU柜內(nèi)PLC、繼電器等元件的安裝及接線，離線進行新PLC程序的編寫、下載與測試。

第2步，完成各子系統(tǒng)盤柜及PLC的安裝以及程序的編寫、下載與調(diào)試。由于改造前系統(tǒng)為集中式控制，現(xiàn)地無子系統(tǒng)PLC盤柜，因此可以在不退備機組的情況下，在現(xiàn)地規(guī)劃位置進行子系統(tǒng)盤柜的安裝及PLC離線調(diào)試等工作。

第3步，#1機組退出備用，解除#1機組側(cè)與其他RTU間聯(lián)系的硬布線，并在其它RTU上閉鎖或強制#1機組所送信號為正常狀態(tài)。

第4步，解除舊RTU供電電源后，解開并抽出RTU與各現(xiàn)地設(shè)備間的接線電纜，移走舊RTU盤柜。

第5步，進行新電纜的敷設(shè)，安裝新RTU盤柜，進行盤柜接線，完成RTU的全部硬件安裝。新舊RTU之間的少量連接仍臨時使用硬布線，待全部RTU改造完成可以解除硬布線。

第6步，依次完成新RTU的靜態(tài)調(diào)試與動態(tài)調(diào)試。

5 結(jié)束語

廣蓄水電A廠下位機改造涉及設(shè)備范圍廣、設(shè)備年代跨度大、設(shè)備升級局限多，致使改造難度很大。按照本文提出的方案，能在盡可能減少設(shè)備停運時間的前提下解決一系列問題，同時也為諸多面臨同類改造問題的電廠提供改造經(jīng)驗。