桐柏水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)故障分析與技術(shù)處理

(天臺桐柏電力工程管理局，浙江 天臺 317200)

1 電站概況

天臺縣桐柏水電站位于天臺縣桐柏嶺腳村，于1976年建成投產(chǎn)，原裝機(jī)容量2×4000kW。2002年，桐柏蓄能電站籌建，原桐柏水電站發(fā)電水庫(桐柏水庫)置換為黃龍水庫。2004年10月，原桐柏水電站經(jīng)臺州市發(fā)計委批復(fù)，由世界發(fā)展銀行貸款提供資金，對其進(jìn)行報廢重建。

桐柏水電站報廢重建后水輪發(fā)電機(jī)組容量改為2×5000kW，主廠房位置不變。為改善設(shè)備環(huán)境和值班環(huán)境，中控室、升壓站、6.3kV開關(guān)室、35kV開關(guān)室及1號、2號廠變室等移至山洞外的副廠房。并按照“無人值班，少人值班”原則，采用計算機(jī)監(jiān)控模式。

2 計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)基本組成

桐柏水電站的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)選用單計算機(jī)模式下的分層分布式結(jié)構(gòu)。主控機(jī)、副控機(jī)、工作站和通信工作站組成水電站管理層的上位機(jī)；第二個層次是進(jìn)行具體設(shè)備控制的現(xiàn)地控制單元(LCU)。主廠房1號機(jī)組現(xiàn)地控制單元(LCU)、2號機(jī)組現(xiàn)地控制單元(LCU)和采用視頻編碼器的各主廠房攝象機(jī)組連接到主廠房的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)；副廠房的公用現(xiàn)地控制單元(LCU)、主控機(jī)、副控機(jī)、工作站、通信工作站和視頻服務(wù)器連接到副廠房網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。主副廠房的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)通過光纖連接在一起，構(gòu)成一整套分層分布式結(jié)構(gòu)的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)?，F(xiàn)地控制單元(LCU)屏的人機(jī)界面采用工業(yè)控制機(jī)的方式，與PLC通過總線技術(shù)的通信口連接。各現(xiàn)地控制單元(LCU)屏由不間斷電源UPS供電，不間斷電源UPS由交直流雙回路供電。

3 計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)特點

3.1 人機(jī)互助實時監(jiān)控

整套計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單，投資省，檢修維護(hù)相對容易，但可靠性比冗余配置的低。

主控站計算機(jī)負(fù)責(zé)整個水電站的自動化運行和管理，包括整個水電站歷史數(shù)據(jù)存檔、歸類、檢索和管理，在線及離線計算，各種圖表、曲線的繪制生成，事故、故障信號的分析處理，運行報表生成及打印。同時，也作為運行維護(hù)人員與計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的人機(jī)接口，完成實時監(jiān)視、控制和報警等操作。

3.2 操作控制簡捷方便

主控機(jī)能夠顯示所監(jiān)控設(shè)備的運行情況、設(shè)備啟停的操作功能，可輸入并發(fā)出操作控制命令，完成各種定值的設(shè)置和修改、設(shè)定和變更設(shè)備的工作方式轉(zhuǎn)變等。整個水電站的所有操作控制命令都可以通過主控機(jī)的鼠標(biāo)或鍵盤發(fā)出。

4 計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)故障分析及技術(shù)處理

4.1 監(jiān)控畫面灰屏

4.1.1 故障現(xiàn)象

機(jī)組還在正常運行，各儀表顯示正常，無光字牌，監(jiān)控畫面部分或全部灰屏，計算機(jī)監(jiān)控畫面上全部或部分?jǐn)?shù)據(jù)無法顯示，代表機(jī)組狀態(tài)的各種顏色統(tǒng)一顯示為灰色(本文統(tǒng)稱“灰屏”)。由于桐柏水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)沒有采取冗余結(jié)構(gòu)，整個局域網(wǎng)有一個通信設(shè)備發(fā)生故障，監(jiān)控畫面就有可能出現(xiàn)部分或全部灰屏。

根據(jù)多年運行檢修經(jīng)驗，故障現(xiàn)象歸納為以下幾種：主接線界面35kV部分顯示正常，其他界面顯示灰屏；主接線界面35kV部分顯示灰屏，其他界面正常；1號機(jī)組界面和主接線界面1號機(jī)組都顯示灰屏；2號機(jī)組界面和主接線界面2號機(jī)組都顯示灰屏。

4.1.2 原因分析

機(jī)組正常運轉(zhuǎn)，各電氣參數(shù)正常，無光字牌，說明問題在監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，不用考慮停機(jī)。經(jīng)加強(qiáng)各電氣參數(shù)監(jiān)視，并仔細(xì)檢查監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常出現(xiàn)問題的元器件，歸納出以上幾種情況出現(xiàn)的原因如下：主接線界面35kV部分顯示正常，其他界面顯示灰屏，說明主廠房網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和副廠房網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)之間有故障；主接線界面35kV部分顯示灰屏，說明副廠房機(jī)組公用現(xiàn)地控制單元(LCU)屏至主控計算機(jī)之間有故障；1號機(jī)組界面和主接線界面1號機(jī)組部分都顯示灰屏，說明1號機(jī)組現(xiàn)地控制單元(LCU)屏計算機(jī)至主廠房網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)之間有故障；2號機(jī)組界面和主接線界面2號機(jī)組組部都顯示灰屏，說明2號機(jī)組現(xiàn)地控制單元(LCU)屏計算機(jī)至主廠房網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)之間有故障。

4.1.3 處理措施

計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定，通常可通過工作冗余來提高穩(wěn)定性，即對關(guān)鍵設(shè)備根據(jù)雙重或三重原則重復(fù)配置。但桐柏水電站計算機(jī)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)要改成冗余配置，系統(tǒng)就需要進(jìn)行非常大的變更，故不作考慮。只能通過檢查，對有故障的元器件進(jìn)行更換。當(dāng)無法通過技術(shù)措施提高可靠性時，可通過提高管理措施來彌補。為滿足計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)運行維護(hù)的需要，監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)的資料、圖紙要完整，并統(tǒng)一管理，要對容易損壞的元器件購買備份。通常光纖收發(fā)器和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)是較易損元件，需要多購買備件。

4.2 上位工控機(jī)主站計算機(jī)無法開機(jī)

4.2.1 故障現(xiàn)象

上位工控主控機(jī)無法開機(jī)?，F(xiàn)地控制單元(LCU)屏計算機(jī)、副控計算機(jī)和工作站計算機(jī)用戶名密碼無法驗證，不能操作，同時，各種圖表、曲線無法生成，事故、故障信號無法分析處理，運行報表也無法生成。

4.2.2 故障分析

桐柏水電站監(jiān)控系統(tǒng)是單計算機(jī)控制模式，副控計算機(jī)沒有設(shè)置備用數(shù)據(jù)庫，當(dāng)主控計算機(jī)無法開機(jī)或與監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)斷開時，整個計算機(jī)監(jiān)空系統(tǒng)基本停止工作，而監(jiān)控局域網(wǎng)里其他計算機(jī)的用戶名密碼又設(shè)置到主控計算機(jī)驗證，當(dāng)主控計算機(jī)無法開機(jī)時，其他計算機(jī)無法驗證密碼，更無法操作。

4.2.3 處理措施

在中控室設(shè)置主控站/副控站，采用主/從工作方式，其中1臺負(fù)責(zé)主控機(jī)數(shù)據(jù)采集控制功能的實現(xiàn)，另1臺為副控機(jī)，備份主控機(jī)的數(shù)據(jù)庫，向管理信息系統(tǒng)MIS傳送實時數(shù)據(jù)，并在檢測到主控機(jī)故障時能夠自動擔(dān)當(dāng)起主控機(jī)的所有功能并發(fā)出報警信號。通信工作站獨立。主/副控機(jī)各自帶一套語音報警裝置，并且對事故和故障采用不同頻率的音響。同時，整個監(jiān)控局域網(wǎng)里其他計算機(jī)的用戶名密碼都獨立設(shè)置，這樣即使主控計算機(jī)和副控計算機(jī)同時故障，或者與主控臺網(wǎng)絡(luò)斷開，也可以在現(xiàn)地控制單元(LUC)屏計算機(jī)上操作。

4.3 UPS電源故障

4.3.1 故障現(xiàn)象

桐柏水電站UPS電源指示燈熄滅，對應(yīng)現(xiàn)地控制單元(LCU)屏所有設(shè)備停電，指示燈熄滅，機(jī)組暫時運行正常。

4.3.2 故障分析

桐柏水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是由UPS不間斷電源供電的，UPS不間斷電源供電采用交直流雙回路供電，這樣可在交流電源斷開情況下保證正常運行，但當(dāng)UPS不間斷電源本身故障或損壞時，現(xiàn)地控制單元(LCU)屏上的所有設(shè)備就沒有電源。當(dāng)某臺機(jī)組現(xiàn)地控制單元(LCU)屏上的UPS不間斷電源故障或損壞時，對應(yīng)的整個現(xiàn)地控制單元(LCU)屏就停電，所有相關(guān)設(shè)備無法工作，機(jī)組運行失去控制，可能出現(xiàn)的后果將非常嚴(yán)重。

4.3.3 處理措施

方法一：為在UPS電源故障或損壞時，不至于對設(shè)備運行失控，應(yīng)對UPS電源設(shè)計一條備用線旁路，當(dāng)UPS損壞時，穩(wěn)壓器交流電源通過旁路開關(guān)接通輸送到現(xiàn)地控制單元(LCU)屏用電器上，這樣在UPS故障維修時，對應(yīng)現(xiàn)地控制單元(LCU)屏不斷電，相當(dāng)于提高了電源的可靠性(見下圖)。

備用線旁路示意圖

方法二：更換成自帶旁路的UPS不間斷電源。自帶旁路的UPS不間斷電源在UPS不間斷電源故障或損壞時，可繼續(xù)由其交流輸入電源通過自帶旁路正常供電。

5 結(jié) 語

中小型水電站采用計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，是新時期農(nóng)村水電發(fā)展的要求。對運行過程出現(xiàn)的各種故障進(jìn)行分析，提出一些切實有效的技術(shù)、管理措施，不僅可提高計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性，而且對提高水電站運行的安全性和經(jīng)濟(jì)性、減少檢修維護(hù)工作量都有很大幫助。