仙衣灘電廠監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)改造及優(yōu)化

蒙碧花，梁　彥(廣西西江開發(fā)投資集團(tuán)有限公司貴港航運(yùn)樞紐分公司，廣西貴港537000)

仙衣灘電廠監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)改造及優(yōu)化

蒙碧花，梁彥
(廣西西江開發(fā)投資集團(tuán)有限公司貴港航運(yùn)樞紐分公司，廣西貴港537000)

摘要:仙衣灘電廠監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行多年，故障率逐年攀升，技改勢在必行。通過上下位機(jī)同時(shí)改造更換，利用檢修停機(jī)機(jī)會(huì)，合理安排監(jiān)控改造施工方案，同時(shí)還對不合理的控制邏輯進(jìn)行了改進(jìn)優(yōu)化，按時(shí)高質(zhì)完成了全廠監(jiān)控系統(tǒng)技改，為電廠經(jīng)濟(jì)安全可靠運(yùn)行提供了有力的保障。

關(guān)鍵詞:水電廠;計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng);技術(shù)改造;實(shí)施方案;功能優(yōu)化

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1　概述

貴港航運(yùn)樞紐分公司仙衣灘水電廠是1座“航電結(jié)合，以電促航”的發(fā)電企業(yè)，全廠總裝機(jī)容量為120 MW。電廠于1998年投運(yùn)，監(jiān)控系統(tǒng)采用瑞士ABB公司的產(chǎn)品，至今已運(yùn)行多年。2008年進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)改造，由于下位機(jī)未進(jìn)行過改造，故障率逐漸升高，備品備件不足且無法采購，為確保電廠安全穩(wěn)定運(yùn)行，于2013年進(jìn)行了整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)上下位機(jī)改造。新監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)采用北京中水科水電科技開發(fā)有限公司研發(fā)的H9000 4.0，下位機(jī)采用GE M340系列PLC。

2　技改實(shí)施范圍和實(shí)施方案

技改實(shí)施范圍:電廠整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)、下位機(jī)全部更換，在施工設(shè)計(jì)上盡量兼顧，保留原來現(xiàn)地設(shè)備使用的控制和信號電纜。

電廠機(jī)組年利用率較高，平均年利用率均達(dá)到5 000多個(gè)小時(shí)，只能利用機(jī)組檢修期間進(jìn)行技術(shù)改造。水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的改造通常是逐步完成的，尤其改造前后采用2套不同的監(jiān)控系統(tǒng)，必然存在2套監(jiān)控系統(tǒng)并存的現(xiàn)象。為實(shí)現(xiàn)對全廠設(shè)備的監(jiān)視控制，提出了2種方案。

(1)在改造完成前，新上位機(jī)系統(tǒng)和舊系統(tǒng)并列運(yùn)行，改造后的現(xiàn)地PLC接入新上位機(jī)系統(tǒng)，未改造的現(xiàn)地PLC仍接入老系統(tǒng)不變。運(yùn)行人員在2套系統(tǒng)中分別監(jiān)視和控制相對應(yīng)的不同設(shè)備，隨著技改的進(jìn)行，監(jiān)控功能逐步轉(zhuǎn)移到新系統(tǒng)中，直到改造完成撤出老系統(tǒng)。由于該方式在改造過程中不涉及原監(jiān)控系統(tǒng)的功能變化，實(shí)施過程可以減少交互環(huán)節(jié)，但在改造完成前存在部分?jǐn)?shù)據(jù)在新系統(tǒng)中不能進(jìn)行監(jiān)控的問題。

(2)在改造過程中，老系統(tǒng)上位機(jī)暫時(shí)不動(dòng)，新監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)改造一開始全部投運(yùn)，老監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過IEC 870—5—104規(guī)約送至新系統(tǒng)，新系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對老系統(tǒng)發(fā)出調(diào)節(jié)有功和無功指令，老系統(tǒng)不能監(jiān)視新系統(tǒng)數(shù)據(jù)。通過通訊方式，原監(jiān)控系統(tǒng)與新監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，運(yùn)行人員可在新系統(tǒng)中對全廠所有設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制。由于該方案涉及2套監(jiān)控系統(tǒng)的復(fù)雜交互過程，存在著一定的溝通與實(shí)施問題，有一定的難度。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，本次監(jiān)控系統(tǒng)改造采用了第一種方案。因此在監(jiān)控系統(tǒng)改造期間，采用新舊2套監(jiān)控系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行的方案，根據(jù)機(jī)組的檢修計(jì)劃，系統(tǒng)改造與機(jī)組檢修同步進(jìn)行，逐步接入新系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的改造。

3　技改后監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

在系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)改造方案及設(shè)備配置上，為提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性及可靠性，系統(tǒng)采用了分層分布式結(jié)構(gòu)，監(jiān)控系統(tǒng)分為廠站層、現(xiàn)地控制單元層2層。電站控制網(wǎng)采用冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在計(jì)算機(jī)房網(wǎng)絡(luò)柜中放置2臺控制網(wǎng)交換機(jī)。廠站層按功能分布，配置為1臺歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、2臺操作員工作站、1臺培訓(xùn)工作站、1臺語音報(bào)警工作站、1臺廠內(nèi)通訊工作站、2臺通訊工作站;各項(xiàng)功能分布在系統(tǒng)的相關(guān)節(jié)點(diǎn)上，每個(gè)節(jié)點(diǎn)嚴(yán)格執(zhí)行指定的任務(wù)，并通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊。

在系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集處理與控制功能上，監(jiān)控系統(tǒng)采集、管理各類實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，接收電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)以外的其他廠內(nèi)外系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息，對采集的每種數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，以支持系統(tǒng)完成控制和記錄功能?，F(xiàn)地控制層按對象分散設(shè)置現(xiàn)地控制單元，包括4臺機(jī)組LCU、公用LCU及升壓站LCU等設(shè)備，各單元采集控制功能分布在本LCU中。本方案相應(yīng)加強(qiáng)了各層和設(shè)備的處理能力，提高了各層和整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，響應(yīng)速度快，合理分解與協(xié)調(diào)了整個(gè)系統(tǒng)的功能。

在廠站層節(jié)點(diǎn)改造方案及設(shè)備配置上，2臺操作員站完成監(jiān)控系統(tǒng)的全部人機(jī)聯(lián)系功能;主要包括完成對本廠整座電站的運(yùn)行監(jiān)視和閉環(huán)控制，發(fā)布操作命令，各圖表曲線顯示，事故、故障信號的分析處理、數(shù)據(jù)采集等功能。工程師站用于系統(tǒng)開發(fā)、編輯和修改應(yīng)用軟件、建立數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)初始化和管理、檢索歷史記錄、系統(tǒng)故障診斷、程序下載及培訓(xùn)等工作，也具有操作員工作站的功能，必要時(shí)，可對電站設(shè)備實(shí)現(xiàn)監(jiān)視和控制;調(diào)度通訊工作站改造后主要負(fù)責(zé)向省調(diào)、地調(diào)傳送數(shù)據(jù)工作等;廠內(nèi)通訊工作站主要提供同絕緣監(jiān)測裝置、大壩監(jiān)控系統(tǒng)等外部設(shè)備的通訊。

現(xiàn)地控制單元改造方案及設(shè)備配置上，為提高監(jiān)控系統(tǒng)可靠性，滿足“無人值班(少人值守)”的要求，采用了PLC +觸摸屏的現(xiàn)地人機(jī)交互方式。PLC配置冗余的以太網(wǎng)模塊，直接與廠站層計(jì)算機(jī)通訊。各LCU配置串行通訊模塊，以實(shí)現(xiàn)與各自單元的繼電保護(hù)、交流電氣量采集裝置、勵(lì)磁、調(diào)速器、電度計(jì)量等現(xiàn)場設(shè)備的通訊。

在監(jiān)控系統(tǒng)通訊接口改造方案上，有廠內(nèi)通訊和廠外通訊兩種方式。廠內(nèi)通訊主要是通過廠內(nèi)通訊服務(wù)器與廠內(nèi)設(shè)備通訊，如大壩監(jiān)控系統(tǒng)、直流絕緣監(jiān)測裝置、廠內(nèi)備自投裝置等通訊，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以報(bào)警或數(shù)據(jù)發(fā)送形式報(bào)送至上位機(jī)操作員站，以供運(yùn)行人員監(jiān)控。廠外通訊主要是通過外部服務(wù)器經(jīng)過1臺網(wǎng)絡(luò)隔離裝置，系統(tǒng)廣播數(shù)據(jù)通過隔離廣播到Web服務(wù)器，與外網(wǎng)水調(diào)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，并經(jīng)水調(diào)中心將數(shù)據(jù)上送至中調(diào)以及集團(tuán)數(shù)據(jù)服務(wù)器，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)即可遠(yuǎn)程了解電廠主要設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)以及實(shí)時(shí)水情數(shù)據(jù)。同時(shí)，外部服務(wù)器增加了網(wǎng)頁發(fā)布功能，在外網(wǎng)，只要輸入服務(wù)器的網(wǎng)址，就可以查看本廠主要的監(jiān)控畫面及數(shù)據(jù)，對于專業(yè)技術(shù)及維護(hù)人員及時(shí)了解設(shè)備運(yùn)行情況十分方便。

在系統(tǒng)時(shí)鐘接口改造方案上，全廠設(shè)置1套時(shí)鐘同步系統(tǒng)，時(shí)鐘同步系統(tǒng)為廠站層各計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)提供NTP網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘信息，并在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行廣播，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上各個(gè)節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)的時(shí)鐘同步。同時(shí)，還為勵(lì)磁系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)、保護(hù)系統(tǒng)及其他需要對時(shí)的設(shè)備提供對時(shí)信號。

4　技改后監(jiān)控系統(tǒng)功能的優(yōu)化

(1)上位機(jī)監(jiān)控畫面方面。為了更加便于運(yùn)行人員監(jiān)盤與操作，除了保留之前運(yùn)行人員方便和喜愛的風(fēng)格和方式以外，還對不合理的部分加以改進(jìn)。此次技改不僅優(yōu)化篩選了事件報(bào)警表的上送，同時(shí)對重要的參數(shù)及事件報(bào)警增加了頁面光字牌，當(dāng)發(fā)生異常時(shí)，光字牌自動(dòng)彈出提醒運(yùn)行人員，大大減輕了運(yùn)行人員的工作量和值班壓力。

(2)在機(jī)組的控制流程上進(jìn)行了相應(yīng)優(yōu)化。針對技改之前開停機(jī)過程中經(jīng)常遇到的問題，我們也進(jìn)行了優(yōu)化，對于不影響機(jī)組安全運(yùn)行的因素在機(jī)組開停機(jī)過程中盡量不進(jìn)行判斷，使機(jī)組在安全穩(wěn)定的情況下開停機(jī)流程順利進(jìn)行。在機(jī)組監(jiān)視方面，增加多因素判斷，盡量避免由于某個(gè)因素異常變化時(shí)造成機(jī)組誤停。如技改前，機(jī)組監(jiān)視邏輯監(jiān)視到冷卻風(fēng)機(jī)2臺發(fā)生故障時(shí)會(huì)觸發(fā)停機(jī)，技改后增加了溫度比較判斷邏輯，當(dāng)風(fēng)機(jī)故障時(shí)，只有當(dāng)溫度超過一定值后才會(huì)觸發(fā)停機(jī)邏輯，大大減少了錯(cuò)誤判斷誤停機(jī)的情況發(fā)生。

(3)機(jī)組輔機(jī)控制方面。針對機(jī)組運(yùn)行過程中

常常需要倒廠用電，輔機(jī)的電源瞬間斷開再恢復(fù)后不能自動(dòng)啟動(dòng)的缺點(diǎn)，在此次技改過程中增加了輔機(jī)斷電重啟功能邏輯。當(dāng)機(jī)組倒廠用電造成輔機(jī)瞬時(shí)失電，而機(jī)組在并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)輔機(jī)自動(dòng)重啟邏輯，將輔機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)運(yùn)行;此功能可避免輔機(jī)停止運(yùn)行導(dǎo)致機(jī)組緊急停機(jī)發(fā)生，確保倒廠用電期間機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

(4)在公用廠用電邏輯方面。針對實(shí)際運(yùn)行需要，在完善自動(dòng)備自投功能的基礎(chǔ)上增加了廠用電來電自復(fù)的功能。當(dāng)來電自復(fù)功能投入時(shí)，若發(fā)生廠用電母線由于母線失壓時(shí)會(huì)連跳斷路器，并自動(dòng)合上備用電源。當(dāng)檢測到進(jìn)線恢復(fù)來電并判斷電壓正常時(shí)，啟動(dòng)來電自復(fù)功能邏輯，斷開聯(lián)絡(luò)開關(guān)，同時(shí)合上進(jìn)線開關(guān)，恢復(fù)廠用電母線分段運(yùn)行模式。此功能可以根據(jù)運(yùn)行情況需要由運(yùn)行人員進(jìn)行投退，大大減少了倒閘操作的工作量。

5　結(jié)語

仙衣灘水電廠監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)改造項(xiàng)目于2013 年2月開始實(shí)施，至2015年4月完成了4臺機(jī)組、開關(guān)站、公用系統(tǒng)以及上位機(jī)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)改造。目前系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)良好、穩(wěn)定，為電廠機(jī)組設(shè)備安全運(yùn)行提供了有力保障。

責(zé)任編輯吳昊

作者簡介:蒙碧花(1978－)，女，工程師，主要從事水電廠自動(dòng)化設(shè)備維護(hù)工作。

收稿日期:2015－12－04