白市水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)運行情況分析及改進

何田華

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長沙 410004）

白市水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)運行情況分析及改進

何田華

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長沙 410004）

摘要：白市水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)自2011年12月投運以來，性能穩(wěn)定，基本滿足現(xiàn)場設(shè)備綜合控制要求。該系統(tǒng)采用分層分布、開放式結(jié)構(gòu)的冗余總線型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是一個完整、高可靠性水電站實時閉環(huán)控制系統(tǒng)，可滿足水電廠“無人值班（少人值守）”和五凌“遠程集控”對計算機監(jiān)控系統(tǒng)的功能要求。文章主要介紹了白市水電廠監(jiān)控系統(tǒng)的運行情況，對存在的問題提出改進措施。

關(guān)鍵詞：水電廠；監(jiān)控系統(tǒng)；運行；措施

1　概述

白市水電廠位于沅水干流上游河段清水江的下游，壩址位于貴州省黔東南苗族侗族自治州天柱縣境內(nèi)，為規(guī)劃復(fù)核后沅水干流上的第4個梯級電站。電站以發(fā)電為主，兼有航運等綜合利用效益，屬二等大（2）型工程，且具有季調(diào)節(jié)性能，電站裝有3臺單機容量140MW混流式水輪發(fā)電機組，總裝機容量420MW；3臺額定容量160MVA主變；兩回500 kV線路，一回連接距本廠67 km的三板溪水電廠，另一回接入距本廠32 km的艷山紅開關(guān)站；設(shè)計年平均發(fā)電量12.36億kW·h。電站建成后接入湖南省電網(wǎng)，承擔(dān)調(diào)峰、調(diào)頻及事故備用等任務(wù)。其計算機監(jiān)控系統(tǒng)按“無人值班，少人值守”和五凌遠程集控設(shè)計，并與500 kV開關(guān)站同時正式投運。

2　計算機監(jiān)控系統(tǒng)簡介

白市水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)由中南勘測設(shè)計研究院和北京中水科水電科技開發(fā)有限公司共同設(shè)計，其H9000系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集與處理、控制、人機聯(lián)系、打印制表、故障記錄與自診斷、遠程集控的功能。主要控制功能有:機組正常開停機、事故停機、緊急事故停機、機組負荷調(diào)節(jié)、斷路器、隔離開關(guān)、刀閘、機組進水口閘門、各輔助設(shè)備控制等，同時還具有整個電站自動發(fā)電和電壓控制功能（AGC／AVC）。

3　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點

3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

白市水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布、開放式結(jié)構(gòu)的總線型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，計算機監(jiān)控內(nèi)管理。系統(tǒng)設(shè)有通訊服務(wù)器，負責(zé)本系統(tǒng)同其它部各節(jié)點的數(shù)據(jù)采集、交換，采用了開放的以太網(wǎng)Ethernet總線聯(lián)接，現(xiàn)地工業(yè)總線采用MOXA公司工業(yè)控制總線。所有監(jiān)控設(shè)備都按IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)連接到冗余的以太網(wǎng)上，并采用GPS衛(wèi)星時鐘系統(tǒng)對監(jiān)控系統(tǒng)的計算機進行時鐘同步。網(wǎng)絡(luò)通訊介質(zhì)采用光纖。監(jiān)控系統(tǒng)分為全廠控制層上位機（H9000）和現(xiàn)地控制層（LCU）.

（1）全廠控制層（H9000）硬件采用HPZ600工件站，操作系統(tǒng)為可靠性較高的UNIX。負責(zé)全站的自動化功能、歷史數(shù)據(jù)處理以及全站的人機對話。在中控室設(shè)置雙機冗余操作員工作站（A、B站），實現(xiàn)生產(chǎn)過程的監(jiān)視與控制，實現(xiàn)對電站的自動管理。系統(tǒng)設(shè)有通訊服務(wù)器，負責(zé)本系統(tǒng)同其它系統(tǒng)的通訊，如網(wǎng)調(diào)、省調(diào)、五凌遠程集控、以及電廠內(nèi)部的其他智能數(shù)據(jù)采集功能裝置等。事故語音報警站也設(shè)在中控室，可同電話系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。另外，還設(shè)置工程師工作站、數(shù)據(jù)采集工作站、五凌集控服務(wù)器等。系統(tǒng)配有2臺Cisco Catalyst3560系列100Mb/s的網(wǎng)絡(luò)交換機，用于連接操作員工作站、服務(wù)器以及全廠5套現(xiàn)地控制單元（LCU）等設(shè)備。

（2）現(xiàn)地控制單元層采用按單元分布的原則，3臺發(fā)電機組各設(shè)一個LCU，開關(guān)站、公用系統(tǒng)各設(shè)一個LCU。白市水電廠監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地單元LCU采用法國施耐德電氣公司的QUANTUM自動化平臺，系統(tǒng)內(nèi)所有PLC均為QUANTUM系列模塊。LCU采用雙以太網(wǎng)，通過工業(yè)控制微機以100Mb/s帶寬速率與主機(上位機)通信。各現(xiàn)地控制單元直接完成生產(chǎn)過程中的實時數(shù)據(jù)采集及預(yù)處理，完成單元狀態(tài)的監(jiān)視、調(diào)整和控制以及與上位機的通信聯(lián)絡(luò)等功能。

3.2系統(tǒng)特點

白市水電廠監(jiān)控系統(tǒng)的硬件采用多層次的冗余措施，如數(shù)據(jù)庫采集站、操作員站、通訊服務(wù)器、五凌遠程集控服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機、網(wǎng)絡(luò)通道、LCU的數(shù)據(jù)采集與控制器、CPU模塊、通訊模塊、I／O通道、現(xiàn)地總線、機箱電源、機柜電源等，全部實現(xiàn)了冗余配置，由軟件實現(xiàn)冗余設(shè)備的檢測與故障診斷，實現(xiàn)冗余部件的無擾動切換，確保系統(tǒng)中某一部件的故障不影響系統(tǒng)的正常運行。故障設(shè)備由消缺人員及時處理，不影響機組的正常運行。

（1）雙機冗余。全廠控制層主控站采用雙機配置，正常情況下A站為工作主控站，B站為備用監(jiān)視站。全廠只有主控站對所控制的設(shè)備下達控制命令，如調(diào)整負荷、開停機、操作輔機設(shè)備等等，其余的均為監(jiān)視站，沒有控制權(quán)限。中控室所設(shè)置的A站和B站可以相互切換為工作主控站，當(dāng)A站發(fā)生故障可自動切至B站為工作站?，F(xiàn)地控制層LCU也采用雙機（采用140CPU67160.586/266M）熱備結(jié)構(gòu)。每套LCU有2個獨立的CPU機架，每個機架內(nèi)有1塊電源，1塊CPU主板和1塊熱備模件，2個CPU機架的熱備模件之間有光纖熱備電纜連接，用以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送，保證主備無擾動切換。每臺CPU機架都接入工業(yè)控制局域網(wǎng)絡(luò)（Modbus Plus）。雙CPU熱備方式運行時，熱備用控制單元僅僅接收主控制單元送來的信息，它不執(zhí)行控制任務(wù)，也不干預(yù)主控制單元的運行，但一旦主控制單元出現(xiàn)故障，則熱備用控制單元自動承擔(dān)主控制單元的任務(wù)，使整個系統(tǒng)的控制流程不會發(fā)生停頓，實現(xiàn)無擾動切換。

（2）雙網(wǎng)冗余。監(jiān)控系統(tǒng)采用了雙光纖以太網(wǎng)。雙光纖以太網(wǎng)工作方式采用同時工作（ALL INWORKING）的方式。這樣，如果A網(wǎng)發(fā)生故障，B網(wǎng)可以零時間切換過去，增強可靠性能。

（3）與遠程機箱的通訊連結(jié)冗余。LCU單元需要幾個I／O擴展機箱，在Quantum系列PLC上，它有2種連接方式，一種是遠程RIO（RemoteInput／Output）方式，一種是分布D10（Distributed.Input／Output）方式。白市水電廠采用的是RIO方式，它有多個擴展機箱，稱為遠程站（Remote.Drop），控制器與遠程站I／O機箱采用雙通訊通道，當(dāng)任一通道故障或通道電纜斷線，也能保證控制器與I／0機箱的正常數(shù)據(jù)交換通訊。

4　運行情況分析

白市水電廠監(jiān)控系統(tǒng)投運以來，運行情況良好，取得了顯著的效果，其表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）減少了運行值班人員，改善了值班人員的工作環(huán)境，提高了值班人員的工作效率，實現(xiàn)了“減員增效”的目的，為實現(xiàn)“無人值班(少人值守)”和五凌遠程集控創(chuàng)造了有利條件。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)采集的信息量大，實時性強，分辨率高，故障、事故、越限、狀態(tài)變化、事故追憶等實時和歷史事件能自動記錄和打印，并記錄各種操作和保護的動作順序及時間，為值班人員及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，避免設(shè)備發(fā)生事故起到了積極的預(yù)防作用，為事故原因分析及消除事故隱患提供了充分的依據(jù)。

（3）對于值班人員的任何操作，系統(tǒng)都要檢查命令的合法性和控制的閉鎖條件，拒絕執(zhí)行非法命令和不滿足閉鎖條件的控制操作命令，并提示拒絕執(zhí)行的具體原因，對于滿足條件的操作，還須進行確認，系統(tǒng)才執(zhí)行操作任務(wù)。提高了操作的安全性和可靠性。

（4）白市監(jiān)控系統(tǒng)開機僅需90 s，這不僅滿足了電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰、事故處理的快速要求，同時也減少了開機過程中的水耗，提高了經(jīng)濟效益。白市水電廠監(jiān)控系統(tǒng)自投運以來，極少發(fā)生主要設(shè)備損壞、系統(tǒng)“死機”等問題。系統(tǒng)連續(xù)工作時間長，利用率高，為安全生產(chǎn)提供了可靠的保障。系統(tǒng)的高可靠性、高穩(wěn)定性使維護的工作量日趨減少，基本上達到免維護的要求。

5　系統(tǒng)完善措施

白市水電廠監(jiān)控系統(tǒng)投運以來，經(jīng)過多次流程和數(shù)據(jù)完善，穩(wěn)定性和可靠性大大增強，完善后系統(tǒng)運行基本穩(wěn)定。

5.1合理整定定值

由于部分模擬量越限值整定不當(dāng)，致使監(jiān)控越限報警頻繁。通過合理整定模擬量限制參數(shù)，減輕監(jiān)控系統(tǒng)控制單元的負擔(dān)。

5.2強化信號回路反措

模擬量數(shù)據(jù)跳變、模擬量模塊偶發(fā)性死機，使監(jiān)控系統(tǒng)開停機受阻，原因為部分信號電纜的敷設(shè)不正確，信號電纜與動力電纜敷設(shè)在同一層橋架內(nèi)，對數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的測量精度、系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性均有嚴重影響,有些現(xiàn)場干擾脈沖源可達千伏以上,致使計算機系統(tǒng)誤動作，程序“飛掉”造成“死機”,甚至造成模擬量模塊損壞。因此應(yīng)按架空分層的原則進行敷設(shè)，動力電纜敷設(shè)于最上層,依次下來是電氣控制、熱控控制,最底層為儀表信號電纜。電力電纜與信號電纜間應(yīng)保證有30 cm以上距離,用隔板隔離,而且避免平行走線。對模擬信號,特別是毫伏級低電平信號應(yīng)采用帶絕緣層的屏蔽雙絞線，所有信號線的屏蔽層采用一點接地。

5.3加強系統(tǒng)定期檢查維護

監(jiān)控數(shù)據(jù)采集主要是實現(xiàn)現(xiàn)場過程和系統(tǒng)有關(guān)環(huán)境和控制信號的收集、處理和傳輸。系統(tǒng)所含數(shù)據(jù)主要由模擬量和開關(guān)量2大類，無論是模擬量還是開關(guān)量，其采樣的準(zhǔn)確性、可靠性和實時性對監(jiān)控系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)都將產(chǎn)生直接的影響。為提高監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)視的準(zhǔn)確性和控制的可靠性，專業(yè)人員采用通道測試儀器定期對計算機監(jiān)控系統(tǒng)模擬量通道及電壓值進行檢查、測試，確實保障系統(tǒng)輸入、輸出通道的各項技術(shù)指標(biāo)滿足規(guī)程要求。

5.4提升自動化元件可靠性

外圍自動化元件的好壞直接關(guān)系到監(jiān)控系統(tǒng)能否準(zhǔn)確反映機組狀態(tài)，能否正確完成監(jiān)控流程。實際運行中存在機組技術(shù)供水總閥、主軸密封供水電動閥動作不可靠，造成監(jiān)控系統(tǒng)自動開停機時間延長或流程受阻。自動化元件的性能滯后直接影響了監(jiān)控系統(tǒng)的總體性能的發(fā)揮，對電站自動化元件進行改造，消除自動化元件的異常和缺陷對監(jiān)控系統(tǒng)造成的影響，使電站真正實現(xiàn)“無人值班（少人值守）”及五凌集控的可靠保證。

5.5硬件配置升級

網(wǎng)調(diào)、省調(diào)遠動通信服務(wù)器經(jīng)常中斷、死機現(xiàn)象，是遠動2臺服務(wù)器配置較低、內(nèi)存和磁盤空間不夠，造成的操作系統(tǒng)與通訊協(xié)議兼容不穩(wěn)定。為提高網(wǎng)調(diào)、省調(diào)遠動上送數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性和實時性，升級改造服務(wù)器和操作系統(tǒng)（如五凌遠程集控采用的HPDL380系列服務(wù)器和UNIX操作系統(tǒng)）。

5.6優(yōu)化開機流程

在機組的順序控制中為節(jié)省正常開機時間，提高開機效率，在機組開機流程中，同時開啟技術(shù)供水、主軸密封供水主用閥；并判斷技術(shù)供水、主軸密封供水示流信號；如主閥開啟失敗，進行邏輯判斷后分別按順序打開相應(yīng)的備用閥。

5.7完善系統(tǒng)功能

在機組正常運行時，監(jiān)控系統(tǒng)只監(jiān)視各系統(tǒng)的運行狀態(tài)，記錄各種實時數(shù)據(jù)，接收各系統(tǒng)傳來的故障信號，啟動相應(yīng)的控制程序和停機流程。對于機組保護、調(diào)速器系統(tǒng)和勵磁系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)并不參與實時的系統(tǒng)內(nèi)部控制，為保證機組在上述三個重要的系統(tǒng)完全失電失去控制時，在機組事故停機程序中增加機組A、B套保護、調(diào)速器、勵磁主備系統(tǒng)交、直流操作電源同時失電等條件，讓監(jiān)控系統(tǒng)能啟動事故停機流程，使機組安全停下來。

6　結(jié)論

通過將近3年的運行、改進和完善，不斷發(fā)現(xiàn)問題解決問題，監(jiān)控系統(tǒng)可靠性不斷提高，功能日趨完善、操作更加方便，但系統(tǒng)還存在一些不如意的地方，需在以后工作中不斷改進，使之真正成為“電腦值班員”。

參考文獻：

[1]王德寬，王桂平，涂少峰，等.H 9000分布開放式水電廠計算機監(jiān)拉系統(tǒng)[J].水利水電技術(shù)，1996（05）.

中圖分類號：TP273+.5

文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）08-0039-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.08.011

收稿日期：2015-05-04

作者簡介：何田華（1982-），男，助理工程師，從事水電廠運行維護工作。