NC3.0計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在亭子口水電廠的應(yīng)用

金 鵬

(嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪，628400)

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NC3.0計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在亭子口水電廠的應(yīng)用

金 鵬

(嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪，628400)

亭子口水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，采用南京南瑞自動(dòng)控制有限公司研制、開發(fā)的NC3.0監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)自2013年8月投運(yùn)以來，運(yùn)行穩(wěn)定，功能擴(kuò)展便利。文中從NC3.0監(jiān)控系統(tǒng)在亭子口水電廠的實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，介紹了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、配置以及功能實(shí)現(xiàn)。

水電廠主控層 現(xiàn)地控制單元 南瑞NC3.0監(jiān)控系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的普及，是實(shí)現(xiàn)電廠無人值班(少人值守)的前提之一。構(gòu)架可靠的控制系統(tǒng)和安全高效的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)平臺(tái)、數(shù)據(jù)庫平臺(tái)，直接影響著電力生產(chǎn)的全過程。本文基于南瑞集團(tuán)NC3.0監(jiān)控系統(tǒng)在亭子口水電廠的實(shí)際運(yùn)行情況，就該廠NC3.0監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、配置以及功能實(shí)現(xiàn)，進(jìn)行了初步探索。

1 監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

亭子口水電廠監(jiān)控系統(tǒng)采用全計(jì)算機(jī)控制的分層分布全開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)分為按功能分布主控層和按對象分布的現(xiàn)地控制單元層組成。主控層設(shè)備包括操作員工作站、數(shù)椐服務(wù)器站、調(diào)度通訊通信工作站、廠內(nèi)通信工作站、工程師工作站、報(bào)表及電話語音報(bào)警工作站、WEB數(shù)據(jù)服務(wù)器、外設(shè)服務(wù)器、GPS時(shí)鐘同步系統(tǒng)、模擬屏驅(qū)動(dòng)裝置及模擬屏、UPS電源及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等?，F(xiàn)地控制單元層包括7套LCU。其中，機(jī)組LCU4套、開關(guān)站LCU1套、公用設(shè)備LCU1套和大壩LCU1套。主控層和現(xiàn)地控制單元層通過2臺(tái)交換機(jī)相連，組成雙冗余1000Mbps星型以太網(wǎng)，交換機(jī)通過屏蔽雙絞線與主控層各工作站相連，通過多模光纖與各現(xiàn)地控制單元相連。網(wǎng)絡(luò)上接入的任一設(shè)備都具有自己特定的功能，實(shí)現(xiàn)功能的分布，保證了網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點(diǎn)設(shè)備中任一部分故障或不工作，均不影響系統(tǒng)其它功能部分的運(yùn)行。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)備資源相對獨(dú)立，又可為其它節(jié)點(diǎn)共享，為今后功能擴(kuò)充提供了較大的方便。系統(tǒng)以手動(dòng)優(yōu)先、下層優(yōu)先的方式設(shè)置必要的硬件和軟件閉鎖，使運(yùn)行操作人員能方便地在各控制層之間、計(jì)算機(jī)控制與現(xiàn)地控制設(shè)備之間選定對設(shè)備的控制權(quán)，對無控制權(quán)的控制設(shè)備進(jìn)行閉鎖。

2 系統(tǒng)功能

2.1 主控層功能

主控層從LCU實(shí)時(shí)采集反映全廠主要設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)的各類數(shù)據(jù)，如通信量、模擬量、脈沖量、交流量、掃查開關(guān)量和中斷開關(guān)量等。并對全廠主要設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)控管理，主要包括設(shè)備調(diào)節(jié)控制、工況轉(zhuǎn)換及參數(shù)設(shè)置等操作、防誤操作輸出閉鎖、報(bào)警記錄及歷史查詢、事件順序記錄、事故追憶、溫度趨勢報(bào)警與分析、事故語音報(bào)警、畫面軟拷貝、生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)報(bào)表生成、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理等功能，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)和自動(dòng)電壓控制(AVC)等高級應(yīng)用；并與省級調(diào)度進(jìn)行通信，提供反映設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)的遙信、遙測數(shù)據(jù)，接收四川省調(diào)下發(fā)的遙調(diào)、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(shè)備，主要是完成各類數(shù)據(jù)的采集與預(yù)處理，并定時(shí)、隨機(jī)或響應(yīng)主控級的召喚，向主控級發(fā)送采集的數(shù)據(jù)和各類報(bào)警信息；同時(shí)，接受主控級的控制命令，進(jìn)行有效性檢查和核對后執(zhí)行。而當(dāng)主控級出現(xiàn)故障或退出運(yùn)行時(shí)，LCU仍能正常運(yùn)行，就地實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的基本監(jiān)控功能。如數(shù)據(jù)采集、處理和設(shè)備運(yùn)行監(jiān)視，設(shè)備調(diào)節(jié)控制，工況轉(zhuǎn)換及參數(shù)設(shè)置等操作，事件順序記錄，硬件自診斷功能，并進(jìn)行在線診斷報(bào)警。

3 系統(tǒng)配置

3.1 主控層配置

3套操作員工作站，均采用簡體中文Lniux操作系統(tǒng)、NC3.0系列應(yīng)用軟件。其中，操作員站1和操作員站2為廠內(nèi)操作員工作站，布置在中控室，兩站并行運(yùn)行；操作員站3為大壩操作員工作站，布置在泄洪閘集控室。操作員工作站的功能包括圖形顯示、定值設(shè)定及變更工作方式等。運(yùn)行人員對電廠生產(chǎn)、設(shè)備運(yùn)行做實(shí)時(shí)監(jiān)視，控制及調(diào)節(jié)命令發(fā)出操作，報(bào)表打印等人機(jī)界面功能。操作員工作站配置聲卡和語音軟件，用于當(dāng)被監(jiān)控對象發(fā)生事故或故障時(shí)，發(fā)出語音報(bào)警提醒運(yùn)行人員。各站從LCU實(shí)時(shí)采集反映全廠主要設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)的各類數(shù)據(jù)，更新數(shù)據(jù)庫并廣播發(fā)送至上位機(jī)所有站點(diǎn)，運(yùn)行AGC/AVC后臺(tái)程序，同時(shí)作為人機(jī)接口，供運(yùn)行人員對全廠主要設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)控。

數(shù)據(jù)服務(wù)器站配置為1套實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器(2臺(tái))，1套歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器(2臺(tái))，包含1套光纖磁盤陣列。歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器采用集群采用Lniux操作系統(tǒng)，以冗余方式工作。每套系統(tǒng)工作站采用雙機(jī)熱備用工作方式，任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)故障，系統(tǒng)仍可正常運(yùn)行。2臺(tái)歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器與1套磁盤陣列，通過雙FC光纖通道RAID5卡及光纜連接，監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)中數(shù)據(jù)存放在磁盤陣列中，并另設(shè)1臺(tái)歷史數(shù)據(jù)備份服務(wù)器。歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器集群主要實(shí)現(xiàn)控制的信息管理、歷史數(shù)據(jù)以及歷史事件的顯示、存儲(chǔ)和歸檔，并提供應(yīng)用軟件的歷史數(shù)據(jù)和曲線查詢服務(wù)，歷史數(shù)據(jù)保存周期不少于一年。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)工作站由2套服務(wù)器組成。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫管理、綜合計(jì)算、高級功能AGC/AVC計(jì)算和處理、事故故障信號的分析處理，以及NC3.0系統(tǒng)的管理功能。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)站采用雙機(jī)熱備工作方式。

2套調(diào)度通訊工作站互為熱備，主要負(fù)責(zé)和上級調(diào)度中心的光纖網(wǎng)絡(luò)和專線的連接、協(xié)議及標(biāo)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換等，用于連接華中電力調(diào)度中心和四川省電網(wǎng)調(diào)度中心。

2套廠內(nèi)通訊工作站主要負(fù)責(zé)連接廠內(nèi)和廠外的其他外接系統(tǒng)或設(shè)備。如機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、全廠消防系統(tǒng)、曖通控制系統(tǒng)、10kV廠用電系統(tǒng)、400V廠用電系統(tǒng)、通信動(dòng)力環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、水調(diào)系統(tǒng)、110kV變電所監(jiān)控系統(tǒng)等。主要向廠內(nèi)各類保護(hù)設(shè)備發(fā)送實(shí)時(shí)信息，反映設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)的遙信、遙測數(shù)據(jù)。

工程師站1臺(tái)，采用簡體中文Lniux操作系統(tǒng)，用于進(jìn)行設(shè)備維護(hù)、程序開發(fā)、調(diào)試以及培訓(xùn)仿真等功能。

1套報(bào)表及電話語音報(bào)警工作站，主要完成報(bào)表的生成及打印、語音報(bào)警、電話查詢、事故自動(dòng)尋呼(ON-CALL)、移動(dòng)短信息群發(fā)等功能，配有揚(yáng)聲器，當(dāng)事故發(fā)生時(shí)，可立即按事先定義實(shí)現(xiàn)語音報(bào)警和光字牌顯示功能。

GPS時(shí)鐘同步系統(tǒng)，能同時(shí)接受GPS信號和北斗信號，GPS主時(shí)鐘和北斗主時(shí)鐘放在計(jì)算機(jī)房，接收天線裝在室外，冗余熱備份同步對時(shí)系統(tǒng)為監(jiān)控廠站層和故障信息處理系統(tǒng)提供串行時(shí)鐘信息，并為現(xiàn)地LCU及其它設(shè)備提供對時(shí)信號。信息管理工作站通過網(wǎng)絡(luò)，為廠站層各計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)提供時(shí)鐘信號來使各節(jié)點(diǎn)時(shí)間同步。

UPS電源系統(tǒng)按照UPS的容量為總?cè)萘康?25%的要求計(jì)算，采用了兩套并聯(lián)冗余UPS，2臺(tái)30kVA并聯(lián)冗余方式運(yùn)行的UPS平時(shí)各自帶50%的負(fù)荷，使整個(gè)電源系統(tǒng)的總?cè)萘靠梢詳U(kuò)展到60kVA。當(dāng)其中1臺(tái)主機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，另一臺(tái)主機(jī)自動(dòng)帶100%負(fù)荷，當(dāng)故障主機(jī)恢復(fù)運(yùn)行后，兩臺(tái)主機(jī)自動(dòng)平均分配負(fù)荷。如果2臺(tái)主機(jī)均出現(xiàn)故障，所有負(fù)載將自動(dòng)切換到旁路運(yùn)行。所有的切換無擾動(dòng)，電壓輸出波型連續(xù)。每套UPS采用2路交流380V和2路直流220V電源輸入，輸出交流220V穩(wěn)定電源,1路檢修旁路交流220V電源。同時(shí)，UPS將所有的狀態(tài)、故障信息以無源接點(diǎn)的方式送給監(jiān)控系統(tǒng)。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：1套WEB數(shù)據(jù)服務(wù)器通過設(shè)置防火墻(配置相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)隔離設(shè)備)，在保證監(jiān)控系統(tǒng)安全的前提下，用于與電站MIS系統(tǒng)連接，授權(quán)對象可通過INTERNET瀏覽電站設(shè)備的運(yùn)行情況，并對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。1套WEB發(fā)布服務(wù)器，用于電站主要設(shè)備信息包括狀態(tài)監(jiān)測趨勢的圖形化顯，并生成相關(guān)分析報(bào)告和報(bào)表，為預(yù)防性維護(hù)提供可靠的依據(jù)。

外設(shè)服務(wù)器：1套主要負(fù)責(zé)連接并管理各種公用的外設(shè)，配置2臺(tái)A3幅面黑白網(wǎng)絡(luò)激光打印機(jī)、2臺(tái)A3幅面彩色網(wǎng)絡(luò)激光打印機(jī)、激光刻錄機(jī)和其他外設(shè)設(shè)備。打印機(jī)用來完成監(jiān)控系統(tǒng)的各種打印服務(wù)功能。

3.2 現(xiàn)地控制單元配置

現(xiàn)地控制單元層全部7套LCU，均采用目前在熱備技術(shù)和模塊帶電插拔能力方面最優(yōu)的施耐德Quantum系列PLC，能在13ms～48ms內(nèi)完成主從機(jī)無擾動(dòng)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、自準(zhǔn)同期裝置、手準(zhǔn)同期裝置、交流采樣裝置、水機(jī)保護(hù)裝置、功率、電壓、電流變送器等設(shè)備。

QuantumPLC采用雙CPU加觸摸屏直接上網(wǎng)的方式，使用CHS實(shí)現(xiàn)雙機(jī)光纖互聯(lián)，NOE上雙以太網(wǎng)，采用遠(yuǎn)程I/O擴(kuò)展模式，全部I/O測點(diǎn)和控制輸出插箱均由CRP、CRA和同軸電纜組成的雙冗余遠(yuǎn)程I/O網(wǎng)連接。雙CPU還通過MB+網(wǎng)，與交流采樣裝置、便攜工作站以及各外部設(shè)備(如調(diào)速器、進(jìn)水口閘門、技術(shù)供水裝置、中壓低壓空壓機(jī)、檢修滲漏排水泵等設(shè)備)通信。

4 系統(tǒng)特點(diǎn)

對于LCU來說，它與系統(tǒng)其它結(jié)點(diǎn)的連接方式，或說組網(wǎng)方式，現(xiàn)在普遍采用以太網(wǎng)，而且采用光纖作為介質(zhì)。單網(wǎng)的可靠性已經(jīng)很高，但考慮其它不可預(yù)見的機(jī)械物理等因數(shù)，可以考慮采用雙光纖以太網(wǎng)。

亭子口電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用了雙光纖以太網(wǎng)。從LCU(PLC)而言，它的雙光纖以太網(wǎng)工作方式不需要切換，而且是同時(shí)工作(ALLINWORKING)的方式。這樣，不需要切換，一旦A網(wǎng)故障，B網(wǎng)可以零時(shí)間切換過去，由此可以獲得很高的性能。這是由Quantum系列PLC的以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的功能。

雙機(jī)熱備的實(shí)現(xiàn)有兩種放方式，一是硬件方式，一是軟件方式。硬件方式如施耐德公司Quantum系列PLC雙機(jī)熱備、通用電氣公司GE90-70系列雙機(jī)熱備等；軟件方式如通用電氣公司GE90-30系列雙機(jī)熱備有一般硬件方式，性能比較好。但是不管那種方式，都要達(dá)到無擾切換，也就是切換的過程要保證控制連續(xù)進(jìn)行、數(shù)據(jù)不丟失，這一點(diǎn)非常重要。

亭子口電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用了施耐德公司Quantum系列PLC雙機(jī)熱備結(jié)構(gòu)。當(dāng)主控CPU故障或電源失去時(shí)，自動(dòng)切換到備用CPU，備用CPU自動(dòng)升為主控CPU，實(shí)現(xiàn)無擾切換。當(dāng)進(jìn)行維護(hù)時(shí)，可以手動(dòng)進(jìn)行主、備單元的切換。這樣，可以提高可靠性指標(biāo)。

電源冗余方面，該廠主控層設(shè)備采用集中供電，兩套交流不間斷電源構(gòu)成雙電源并列供電，UPS交流電源分別取至廠用400V公用電Ⅰ組Ⅰ段和Ⅰ組Ⅱ段，除雙交流電源外，還有2路直流電源電源，分別取自開關(guān)站直流母線Ⅰ段和Ⅱ段,另設(shè)一個(gè)維修旁路輸出，充分保證了主控層的供電可靠性；機(jī)組LCU、公用LCU及開關(guān)站LCU其他專用監(jiān)控裝置，采用南瑞公司交直雙供電插箱FDPM，其專用一路直流電源及一路交流電源分散供電。采用交直流不間斷供電，均是為了確保監(jiān)控系統(tǒng)的用電，即使在全廠交流停電的情況下，監(jiān)控系統(tǒng)也可由蓄電池的直流電源繼續(xù)工作一段時(shí)間，為該廠監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定工作提供了可靠電源保證。5 結(jié)語

該水電廠使用的NC3.0計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，具有技術(shù)運(yùn)用較為先進(jìn)、功能齊全、高冗余度、高可靠性、人機(jī)界面友好、維護(hù)方便等特點(diǎn)。自2013年8月投產(chǎn)以來，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，投運(yùn)成功率高，為該水電廠提高設(shè)備安全運(yùn)行及自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)“無人值班”(少人值守)作出了重要貢獻(xiàn)。

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