貴州白市水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行分析與改進(jìn)措施

何田華

摘 要：貴州白市水電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)自2011年12月投運(yùn)以來，性能穩(wěn)定，狀態(tài)良好，完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求和滿足現(xiàn)場設(shè)備綜合控制要求。本文通過對(duì)貴州白市水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行介紹與分析，對(duì)運(yùn)行中已出現(xiàn)的問題如何采取措施與今后面臨的困難提出改進(jìn)建議。

關(guān)鍵詞：水電站;監(jiān)控系統(tǒng);運(yùn)行;措施

貴州白市水電站處于沅水干流上游河段的清水江下游，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(gè)梯級(jí)水電站。電站以發(fā)電為主，兼有航運(yùn)等綜合利用效益，屬于二等大（2）型水電工程，并具有季調(diào)節(jié)性能。

該電站裝有3臺(tái)單機(jī)容量140MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量為420MW;有3臺(tái)額定容量160MVA主變，兩回500kV線路，其中一回連接距本廠67km的三板溪水電廠，另一回接入距本廠32km的艷山紅開關(guān)站;設(shè)計(jì)年平均發(fā)電量為12.36億kWh。電站建成后并入湖南省電網(wǎng)，承擔(dān)著調(diào)峰、調(diào)頻及事故備用等任務(wù)。而其計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，按“無人值班、少人值守”要求與五凌遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)對(duì)接，并與500kV開關(guān)站同時(shí)正式投運(yùn)。

一、貴州白市水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

貴州白市水電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由中南勘測設(shè)計(jì)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(jì)，其H9000系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集與處理、控制、人機(jī)聯(lián)系、打印制表、故障記錄、自診斷與遠(yuǎn)程集控功能。主要控制功能具體為機(jī)組正常開停機(jī)、事故停機(jī)、緊急事故停機(jī)、機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)、斷路器、隔離開關(guān)、刀閘、機(jī)組進(jìn)水口閘門和各輔助設(shè)備控制等，同時(shí)還具有整個(gè)電站自動(dòng)發(fā)電和電壓控制的功能（AGC/AVC）。

1.計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

（1）采用內(nèi)控型的分層分布、開放總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。貴州白市水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用的是分層分布、開放式結(jié)構(gòu)的總線型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，即計(jì)算機(jī)監(jiān)控內(nèi)管理。而系統(tǒng)的通訊服務(wù)器，負(fù)責(zé)本系統(tǒng)同其他部各節(jié)點(diǎn)開放的以太網(wǎng)（Ethernet）總線連接，現(xiàn)地工業(yè)總線采用MOXA公司的控制總線。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)，采用GPS衛(wèi)星時(shí)鐘系統(tǒng)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行時(shí)鐘同步。網(wǎng)絡(luò)的通訊介質(zhì)采用的是光纖。系統(tǒng)分為全廠控制層上位機(jī)（H9000）和現(xiàn)地控制層（LCU）。

（2）控制層硬件為HP Z600工件站，操作系統(tǒng)可靠性高。水電站的控制層硬件為hpz600工作站，操作系統(tǒng)可靠性較高，選用的是unix系統(tǒng)，負(fù)責(zé)全站的自動(dòng)化功能、歷史數(shù)據(jù)處理以及全站的人機(jī)對(duì)話。設(shè)雙機(jī)冗余操作員工作站，A、B站設(shè)置在中控室，對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)視與控制，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)管理。系統(tǒng)中的通訊服務(wù)器，負(fù)責(zé)本系統(tǒng)同其他系統(tǒng)的通訊，如網(wǎng)調(diào)、省調(diào)、五凌遠(yuǎn)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(bào)警站也設(shè)于中控室，可同電話系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。另外，還設(shè)置有工程師工作站、數(shù)據(jù)采集工作站、五凌集控服務(wù)器等，配有2臺(tái)Cisco Catalyst 3560系列100Mbps的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，用于連接操作員工作站、服務(wù)器以及全站5套現(xiàn)地控制單元（LCU）等設(shè)備。

（3）系統(tǒng)中的現(xiàn)地單元層控制以單元分布原則設(shè)計(jì)。該水電站的現(xiàn)地控制單元層采用按單元分布的原則，3臺(tái)發(fā)電機(jī)組各設(shè)一個(gè)LCU，開關(guān)站、公用系統(tǒng)各設(shè)一個(gè)LCU。監(jiān)控系統(tǒng)中的現(xiàn)地單元（LCU）采用的是法國施耐德電氣公司的Quantum 自動(dòng)化平臺(tái)，系統(tǒng)內(nèi)所有PLC均為Quantum 系列模塊。LCU則采用雙以太網(wǎng)，通過工業(yè)控制微機(jī)以100 Mbps帶寬速率與主機(jī)（上位機(jī)）通信。各現(xiàn)地控制單元直接完成生產(chǎn)過程中的實(shí)時(shí)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(jī)的通信聯(lián)絡(luò)等功能。

2.計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)

（1）所有設(shè)備的冗余配置。貴州白市水電站監(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(yuǎn)程集控服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、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、UPS電源、機(jī)柜電源等，全部實(shí)現(xiàn)冗余配置，并由軟件對(duì)其進(jìn)行檢測與故障診斷，實(shí)現(xiàn)全覆蓋的無擾動(dòng)切換，以確保因每一部件出現(xiàn)故障而系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。而對(duì)于故障設(shè)備，則由消缺人員及時(shí)處理，不會(huì)因此影響發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行。

（2） 雙機(jī)等硬件設(shè)備的冗余配置。全站的控制層主控站采用雙機(jī)配置，正常情況下A站為工作主控站，B站為備用監(jiān)視站。全站只有主控站對(duì)所控制的設(shè)備下達(dá)控制命令，如調(diào)整負(fù)荷、開停機(jī)、操作輔機(jī)設(shè)備等，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(dòng)切至B站為工作站?，F(xiàn)地控制層（LCU）也采用雙機(jī)（采用140CPU67160.586/266M）熱備結(jié)構(gòu)。每套LCU有兩個(gè)獨(dú)立的CPU機(jī)架，每個(gè)機(jī)架內(nèi)都有一塊電源、一塊CPU主板和一塊熱備模件，兩個(gè)CPU機(jī)架的熱備模件之間有光纖熱備電纜連接，用以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送，保證主備無擾動(dòng)切換。而每臺(tái)CPU機(jī)架都接入工業(yè)控制局域網(wǎng)絡(luò)。

（3）雙網(wǎng)等軟件設(shè)備的冗余配置。監(jiān)控系統(tǒng)采用的是雙光纖以太網(wǎng)。雙光纖以太網(wǎng)工作方式采用同時(shí)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(shí)間切換啟動(dòng)，由此可靠性能增強(qiáng)。

（4）遠(yuǎn)程機(jī)箱通訊聯(lián)結(jié)的冗余設(shè)置。水電站的遠(yuǎn)程機(jī)箱通訊聯(lián)結(jié)采用的也是冗余配備與設(shè)置，如LCU單元需要多個(gè)I/O擴(kuò)展機(jī)箱，則連接于Quantum系列的PLC上，一種是遠(yuǎn)程RIO（RemoteInput/Output）方式，一種是分布D10（Distributed.Input/Output）方式。

貴州白市水電站采用的是RIO方式，有多個(gè)擴(kuò)展機(jī)箱，控制器與遠(yuǎn)程站I/O機(jī)箱采用雙通訊通道，當(dāng)任一通道出現(xiàn)故障或通道電纜斷線，也能保證控制器與I/O機(jī)箱的正常數(shù)據(jù)進(jìn)行交換通訊。

3.計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行效果

貴州白市水電站監(jiān)控系統(tǒng)自投運(yùn)至今，運(yùn)行良好，效果顯著，主要表現(xiàn)為四個(gè)方面。

（1）減少了運(yùn)行值班人員，改善了他們的工作環(huán)境，提高了工作效率，實(shí)現(xiàn)了“減員增效”目的。而對(duì)于承建單位與遠(yuǎn)程監(jiān)控終端而言，則為實(shí)現(xiàn)“無人值班（少人值守）”和五凌遠(yuǎn)程的集控創(chuàng)造了有利條件。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)采集的信息量大，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，分辨率高，故障、事故、越限、狀態(tài)變化、事故追憶等實(shí)時(shí)和歷史事件能自動(dòng)記錄和打印，并記錄各種操作和保護(hù)的動(dòng)作順序及時(shí)間，為值班人員及時(shí)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，為在事故發(fā)生情況下對(duì)事故原因進(jìn)行分析及消除事故隱患提供了充分的依據(jù)。

（3）系統(tǒng)對(duì)于值班人員的任何操作都會(huì)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;而對(duì)于滿足條件的操作須進(jìn)行確認(rèn)后系統(tǒng)才會(huì)執(zhí)行，提高了操作的安全性和可靠性。

（4）貴州白市水電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)開機(jī)僅需90 s時(shí)間，不僅滿足了電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰、事故處理的快速要求，也減少了開機(jī)過程中的水耗，提高了經(jīng)濟(jì)效益。該監(jiān)控系統(tǒng)自投運(yùn)以來，極少出現(xiàn)主要設(shè)備損壞、系統(tǒng)“死機(jī)”等問題。系統(tǒng)連續(xù)工作時(shí)間長，利用率高，為安全生產(chǎn)提供了可靠的保障。

二、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題與改進(jìn)措施

貴州白市水電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在運(yùn)行中也存在著一些問題，經(jīng)過多次流程修改、數(shù)據(jù)完善和技術(shù)改進(jìn)，不僅沒有影響機(jī)組的正常運(yùn)行，其穩(wěn)定性和可靠性反而大大增強(qiáng)，再?zèng)]出現(xiàn)相關(guān)的故障和異常。

1.部分模擬量越限值整定不當(dāng)，致使越限報(bào)警頻繁

通過設(shè)備現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行情況及設(shè)備廠家提供的技術(shù)參數(shù)對(duì)比，合理整定模擬量限制參數(shù)，可減輕監(jiān)控系統(tǒng)控制單元和運(yùn)行人員監(jiān)視的負(fù)擔(dān)。

2.模擬量數(shù)據(jù)跳變、模塊偶發(fā)性死機(jī)，致使開停機(jī)受阻

這是因?yàn)椴糠中盘?hào)電纜的敷設(shè)不正確，信號(hào)電纜與動(dòng)力電纜敷設(shè)在同一層橋架內(nèi)，對(duì)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(yán)重影響， 有些現(xiàn)場干擾脈沖源可達(dá)千伏以上，致使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)誤動(dòng)作，程序“飛掉”造成“死機(jī)”，甚至造成模擬量模塊損壞。通過架空分層進(jìn)行重新敷設(shè)，將動(dòng)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(hào)電纜。電力電纜與信號(hào)電纜間保證有30 cm 以上距離，用隔板隔離，避免平行走線。對(duì)模擬信號(hào)特別是毫伏級(jí)低電平信號(hào)采用了帶絕緣層的屏蔽雙絞線，更換了原普通信號(hào)線，并在現(xiàn)地LCU接線端加裝了模擬量信號(hào)隔離器，讓所有信號(hào)線的屏蔽層采用一點(diǎn)接地。

3.讓現(xiàn)場過程和系統(tǒng)環(huán)境及控制信號(hào)收集、處理和傳輸兼容

系統(tǒng)所含數(shù)據(jù)主要由模擬量和開關(guān)量兩大類組成，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(shí)時(shí)性對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)都將產(chǎn)生直接影響。為提高監(jiān)視的準(zhǔn)確性和控制的可靠性，可通過定期對(duì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)模擬量通道進(jìn)行檢查、測試，確實(shí)保障系統(tǒng)輸入、輸出通道的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足規(guī)程要求。

4.應(yīng)采取同時(shí)開啟技術(shù)供水、主軸密封供水主閥等措施

在機(jī)組的順序控制中，為節(jié)省開機(jī)時(shí)間，提高開機(jī)效率，可增加同時(shí)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(hào);如主閥開啟失敗，進(jìn)行邏輯判斷后可分別按順序打開相應(yīng)的備用閥。

5.當(dāng)機(jī)組失電失控時(shí)，應(yīng)增補(bǔ)與完善事故處理程序

機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)只監(jiān)視各系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，記錄各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，接收各系統(tǒng)傳來的故障信號(hào)，啟動(dòng)相應(yīng)的控制程序和停機(jī)流程。對(duì)于機(jī)組保護(hù)、調(diào)速器系統(tǒng)和勵(lì)磁系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)并不參與實(shí)時(shí)的系統(tǒng)內(nèi)部控制。為保證機(jī)組在完全失電失控制時(shí)的正常運(yùn)行，應(yīng)對(duì)事故停機(jī)程序進(jìn)行完善，讓監(jiān)控系統(tǒng)能啟動(dòng)事故停機(jī)流程，使機(jī)組安全停轉(zhuǎn)。

6.為保證機(jī)組安全和運(yùn)行穩(wěn)定，應(yīng)對(duì)主控流程進(jìn)行確定

如應(yīng)對(duì)事故停機(jī)、緊急事故停機(jī)等進(jìn)行詳細(xì)討論確認(rèn)，并對(duì)正常開停機(jī)流程中的轉(zhuǎn)速信號(hào)開入點(diǎn)進(jìn)行修正，即讓原開入點(diǎn)“轉(zhuǎn)速小于5%”改為“轉(zhuǎn)速小于1%”，并以此點(diǎn)作為停機(jī)態(tài)的判斷條件之一。同時(shí)，當(dāng)因電氣事故而造成停機(jī)，應(yīng)取消“有功為0”的條件判

斷;而對(duì)于機(jī)械事故的停機(jī)，則仍需在“跳斷路器GCB”前判斷“有功為0”“無功為0”“導(dǎo)葉關(guān)至空載以下”等情況，并增加退出蠕動(dòng)程序控制點(diǎn)，以確保機(jī)組蠕動(dòng)后能緊急開機(jī)。

通過近三年的運(yùn)行、改進(jìn)和完善，不斷發(fā)現(xiàn)問題與解決問題，貴州白市水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性不斷得以提高，功能日趨完善，操作更加方便，盡管還存在一些不如意的地方，只要不斷改進(jìn)完善，就一定會(huì)真正成為高效果的“電腦值班員”。

（作者單位：中電投五凌電力白市水力發(fā)電廠）