馬跡塘水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造

◎劉靚

基于水電廠自動(dòng)化運(yùn)行的背景下，大量先進(jìn)設(shè)備與儀器等被應(yīng)用，給計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行帶來挑戰(zhàn)，部分水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)功能落后，難以達(dá)到安全穩(wěn)定運(yùn)行要求，要進(jìn)行系統(tǒng)改造升級(jí)。現(xiàn)結(jié)合馬跡塘水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造案例，進(jìn)行系統(tǒng)改造的分析，總結(jié)改造經(jīng)驗(yàn)，共享給相關(guān)人員參考借鑒。

水電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)保障電力供應(yīng)有著巨大影響。近年來，建設(shè)的水電廠配套了高性能機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)與開關(guān)站控制系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組與設(shè)備運(yùn)行的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)化監(jiān)控，保障系統(tǒng)安全運(yùn)行。引入了開放化與模塊化設(shè)計(jì)，優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)滿足監(jiān)控需求。隨著機(jī)組改造與系統(tǒng)升級(jí)，馬跡塘水電廠原有的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)無法達(dá)到監(jiān)控需求，因此提出進(jìn)行改造。

一、水電廠基本情況概述

馬跡塘水電廠為低水頭貫流式機(jī)組水電廠，配置了3臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量為18.5MW。采用的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，經(jīng)過了多次改造后，采用全開放式分層分布式以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。從計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀分析，存在著以下問題：1.系統(tǒng)功能不完善。設(shè)計(jì)廠用配電系統(tǒng)與公用系統(tǒng)未設(shè)置獨(dú)立的計(jì)算機(jī)監(jiān)控單元，選擇將其整合到開關(guān)站監(jiān)控單元，按照方案設(shè)計(jì)預(yù)留測(cè)點(diǎn)與通道。系統(tǒng)應(yīng)用中若產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)癱瘓中斷事故，則會(huì)造成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)喪失功能。2.主設(shè)備老化，備品備件的采購(gòu)周期長(zhǎng)。系統(tǒng)運(yùn)行中上位機(jī)操作員A站頻繁發(fā)生宕機(jī)脫網(wǎng)故障，影響著監(jiān)控功能的實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)主要設(shè)備老化問題突出，若采購(gòu)備品備件需要較長(zhǎng)的時(shí)間，影響著當(dāng)前的系統(tǒng)功能發(fā)揮。3.監(jiān)控系統(tǒng)事件處理能力不強(qiáng)。若發(fā)生系統(tǒng)故障，計(jì)算機(jī)面臨大量報(bào)警同時(shí)顯示的局面，監(jiān)控系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集與處理以及通信環(huán)節(jié)存在薄弱點(diǎn)，例如上位機(jī)采集SOE量數(shù)據(jù)不完整，難以提供可靠的事故診斷依據(jù)。4.系統(tǒng)故障頻發(fā)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)通信處于正常狀態(tài)，系統(tǒng)上位機(jī)發(fā)布指令后，機(jī)組LCU難以快速反應(yīng)，要經(jīng)過重新啟動(dòng)電源或者其他方式才能夠有效處理，影響著系統(tǒng)的運(yùn)行效益。上述問題的存在，影響著機(jī)組的運(yùn)行，因此需要進(jìn)行改造。

二、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

1.硬件構(gòu)成。此水電廠監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)為全開放式分層分布式結(jié)構(gòu)，主要分為上位機(jī)與LCU部分。其中，上位機(jī)系統(tǒng)的可靠性較高，實(shí)用的軟硬件與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等的安全可靠性較強(qiáng)。同時(shí)采用了分布處理技術(shù)與冗余技術(shù)，對(duì)于關(guān)鍵部位進(jìn)行冗余配置，形成互為備用的效果。上位機(jī)配置了工程師站、操作員站以及調(diào)度通信工作站等。機(jī)組LCU與開關(guān)站以及公用LCU，采取的時(shí)PLC直接上網(wǎng)技術(shù)，具有較強(qiáng)的可靠性。LCU選擇的是RX3i產(chǎn)品，CPU型號(hào)為IC695CPU320；系統(tǒng)的PLC電源，采取的時(shí)雙電源模塊冗余供電方案。

2.軟件的構(gòu)成?；诒Ｕ舷到y(tǒng)安全性與穩(wěn)定性的目的，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的操作員站系統(tǒng)，選用的是Solaris操作系統(tǒng)。其具有性能可靠以及安全性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，能夠滿足系統(tǒng)應(yīng)用的要求。系統(tǒng)的工程師站與通訊工作站，配套Windows操作系統(tǒng)。

3.網(wǎng)絡(luò)通信構(gòu)成。按照設(shè)計(jì)方案，對(duì)于監(jiān)控系統(tǒng)的主干網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)為多模光纖雙以太網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu)。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，上位機(jī)檢測(cè)到故障之后，能夠自動(dòng)切換備用網(wǎng)絡(luò)，保證水電廠運(yùn)行信息傳輸?shù)挠行?。設(shè)備交換機(jī)之間使用的通訊線，選擇高質(zhì)量屏蔽雙絞線介質(zhì)進(jìn)行連接。對(duì)于監(jiān)控系統(tǒng)和公用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，采用的是Modbus協(xié)議，支持RS485接口。系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)和外部信息系統(tǒng)接口，采用的是IEC80670-5-104協(xié)議，并且支持TCP/IP接口。

三、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造內(nèi)容

此水電廠監(jiān)控系統(tǒng)改造，主要圍繞更換設(shè)備與機(jī)房整改等內(nèi)容開展，具體情況如下：

1.基建工程改造。原來的系統(tǒng)上位機(jī)運(yùn)行多年，不僅機(jī)房設(shè)施陳舊落后，而且控制臺(tái)結(jié)構(gòu)不牢固，難以保障計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行?；诖?，提出基建工程改造，整個(gè)監(jiān)控機(jī)房敷設(shè)防靜電地板，規(guī)格為3.5m×5m，并且制作高鐵架，將控制柜采取焊接的手段固定在其上面。按照設(shè)計(jì)機(jī)房里接地網(wǎng)和開關(guān)站接地網(wǎng)進(jìn)行聯(lián)接，并且完善金屬屏蔽網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)防止外部無線通信信號(hào)的干擾，使得監(jiān)控系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。改造工程中使用了新控制臺(tái)，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

2.上位機(jī)改造。對(duì)上位機(jī)系統(tǒng)實(shí)施改造，要求保證2套監(jiān)控系統(tǒng)能夠平滑過渡，這需要圍繞設(shè)備布局與線路設(shè)計(jì)做好把控，確保改造后監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。按照設(shè)計(jì)選擇機(jī)房地板鐵架位置安裝機(jī)柜，配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，例如以太網(wǎng)交換機(jī)等，同時(shí)將原來的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備，轉(zhuǎn)移到到機(jī)柜，例如遠(yuǎn)東電力調(diào)制解調(diào)器等。按照設(shè)計(jì)的方案，落實(shí)此部分的改造施工。對(duì)于機(jī)房控制臺(tái)進(jìn)行改造，重新設(shè)置工程師站與通訊工作站等；選擇中控室控制臺(tái)位置，設(shè)置2臺(tái)操作員站與語音報(bào)警報(bào)表工作站等，配套相應(yīng)的設(shè)備。施工作業(yè)中，進(jìn)行各個(gè)主機(jī)工作站的安裝調(diào)試，保證上位機(jī)系統(tǒng)改造的質(zhì)量與效果。此次改造，考慮到冗余容量，配套了2套電力專用UPS電源，形成1+1模塊式冗余并機(jī)系統(tǒng)，同時(shí)每臺(tái)USP設(shè)計(jì)了獨(dú)立運(yùn)行的旁路系統(tǒng)。

3.下位機(jī)改造。此次改造中LUC部分，為保證現(xiàn)地控制柜的外觀一致，維持原來的屏柜不懂，將柜內(nèi)的設(shè)備和接線拆除，進(jìn)行布局設(shè)計(jì)，使得設(shè)備元件被整合到柜內(nèi)。施工作業(yè)中進(jìn)行設(shè)備上架與設(shè)備接配線，比如電源與觸摸屏等，并且編寫了控制程序。對(duì)于110KV系統(tǒng)主設(shè)備改造，考慮到保證高壓開關(guān)設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)計(jì)了開關(guān)站和公用LCU，選擇繼電保護(hù)室南瑞開關(guān)站LCU屏柜位置，重新設(shè)置系統(tǒng)，配置三個(gè)屏柜與相應(yīng)的設(shè)備，按照停電計(jì)劃安排具體的設(shè)備運(yùn)行。規(guī)劃公用系統(tǒng)接入計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)使用Modbus RTU通訊規(guī)約，選擇開關(guān)站與公用LCU位置設(shè)置UC7410通信機(jī)，支持系統(tǒng)接入。

四、系統(tǒng)平滑過渡

由于系統(tǒng)改造前后使用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)存在很大差異，因此會(huì)出現(xiàn)不同現(xiàn)地控制單元的監(jiān)視與控制情況，因此要做好系統(tǒng)平滑過渡。此次改造實(shí)踐中，采用的平滑過渡方案如下：選擇改造任務(wù)完成前，2套計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)并列運(yùn)行，分別負(fù)責(zé)不同的現(xiàn)地控制單元，后期逐漸將原來的系統(tǒng)監(jiān)控權(quán)限轉(zhuǎn)移給新監(jiān)控系統(tǒng)。采取此平滑過渡方案，能夠有效減少交互環(huán)節(jié)。在更換中控室控制臺(tái)之后，2套系統(tǒng)并列放置在監(jiān)盤位置的兩側(cè)，改造期間遠(yuǎn)程集中控制為監(jiān)視模式，由電廠負(fù)責(zé)，當(dāng)完成改造與調(diào)試后改為試運(yùn)行模式。

結(jié)語：綜上所述，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在保障水電廠安全穩(wěn)定運(yùn)行方面，占據(jù)著重要的地位。文中結(jié)合改造實(shí)例，分析了系統(tǒng)存在的運(yùn)行問題，總結(jié)改造經(jīng)驗(yàn)。為保障計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造的質(zhì)量與效果，要做好全面有力的把控。