小巖頭水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)升級改造

摘要：隨著網(wǎng)絡(luò)安全問題的日益突出，電力系統(tǒng)內(nèi)多次發(fā)生了計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)遭受病毒感染和攻擊的事件，為落實(shí)電力監(jiān)控系統(tǒng)國產(chǎn)化、網(wǎng)絡(luò)病毒感染風(fēng)險防控、Windows漏洞整改等有關(guān)要求，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，對小巖頭水電站的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)Windows主機(jī)進(jìn)行了升級改造。針對小巖頭水電站的原計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀，對本次上位機(jī)改造的必要性、設(shè)備選型、改造方案、系統(tǒng)調(diào)試等進(jìn)行了詳細(xì)闡述，為今后Windows監(jiān)控系統(tǒng)的升級改造提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：水電站;計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng);Windows改造

1 ? ?概述

小巖頭水電站總裝機(jī)容量130 MW，安裝有3臺單機(jī)容量為43.33 MW的水輪發(fā)電機(jī)組。最高蓄水位1 281.00 m，死水位1 276.00 m，水庫總庫容341.2萬m3，死庫容136萬m3，調(diào)節(jié)庫容120萬m3。該水電站設(shè)計保證出力為26.9 MW，設(shè)計多年平均發(fā)電量為5.39億kWh，年利用小時數(shù)4 146 h。該水電站于2011年7月20日投入商業(yè)運(yùn)行。

2 ? ?小巖頭水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀

小巖頭水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)采用四方公司開發(fā)的監(jiān)控軟件Cyber Control，版本號為3.X，由3套機(jī)組LCU、公用LCU、開關(guān)站LCU、大壩LCU組成，其均通過以太網(wǎng)集中接入中心交換機(jī)，通過7臺計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對機(jī)組LCU、公用LCU、開關(guān)站LCU等監(jiān)視控制、報警、通信裝置的接入以及調(diào)度通信等。其改造前網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖1所示。

3 ? ?計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造的必要性

小巖頭水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)于2011年投產(chǎn)運(yùn)行，操作系統(tǒng)全部采用Windows XP操作系統(tǒng)，該操作系統(tǒng)微軟公司已經(jīng)停止漏洞更新及服務(wù)，存在較大安全隱患。同時，小巖頭水電站從調(diào)試開始，計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)運(yùn)行7年，部分主機(jī)老化，在操作過程中經(jīng)常出現(xiàn)卡頓甚至死機(jī)的情況。

4 ? ?改造方案

4.1 ? ?方案設(shè)計

將小巖頭水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)（大壩語音機(jī)1臺、電站語音機(jī)1臺、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器兼操作員站2臺、調(diào)度通信機(jī)2臺、廠內(nèi)通信機(jī)1臺）原Windows XP及UNIX操作系統(tǒng)計算機(jī)全部更換為新的浪潮服務(wù)器，安裝Linux操作系統(tǒng)，后臺Cyber Control 3.X升級至Cyber Control 5.X版本（系統(tǒng)安全性、穩(wěn)定性、可靠性、易維護(hù)性進(jìn)一步提升），將原工程文件恢復(fù)在新改造的Linux計算機(jī)上。

新增加2臺獨(dú)立操作員站，安裝Linux操作系統(tǒng)，安裝Cyber Control 5.X版本軟件，將服務(wù)器與操作員站分開。改造后的監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖2所示。

4.2 ? ?上位機(jī)硬件設(shè)備選型

選型原則：硬件設(shè)備國產(chǎn)化;硬件配置超前當(dāng)下主流配置3～5年;服務(wù)器的雙電源、CPU配置高于其他主機(jī)，操作員站雙屏配置，具體選型情況如表1所示。

5 ? ?系統(tǒng)調(diào)試

5.1 ? ?調(diào)試前準(zhǔn)備

（1）相關(guān)設(shè)備全部到貨。

（2）廠家技術(shù)人員到達(dá)現(xiàn)場。

（3）將新購計算機(jī)完成Linux操作系統(tǒng)安裝。

（4）按照規(guī)劃IP地址提前配置各計算機(jī)IP及計算機(jī)名。

（5）在新購置的計算機(jī)上完成北京四方Cyber Control最新的5.X版本監(jiān)控程序安裝。

（6）將原有計算機(jī)數(shù)據(jù)庫、程序、畫面、資料等全部拷貝到新裝計算機(jī)中。

（7）在監(jiān)控計算機(jī)房搭建新監(jiān)控系統(tǒng)，與老系統(tǒng)物理隔離，不影響老監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行，保證新裝上位機(jī)進(jìn)行通信聯(lián)調(diào)正常。

（8）改造方案獲調(diào)度自動化科批準(zhǔn)。

（9）根據(jù)調(diào)度中心批復(fù)的檢修申請向自動化科申請封鎖全站遠(yuǎn)動數(shù)據(jù)。

（10）向調(diào)度臺申請上位機(jī)升級改造檢修工作，申請開工。

（11）退出全廠AGC功能。

（12）做好原有計算機(jī)程序、畫面、資料備份工作。

（13）做好相關(guān)設(shè)備安全措施，如將接入新系統(tǒng)測試LCU的“遠(yuǎn)方”切至“現(xiàn)地”位置，防止上位機(jī)誤發(fā)命令。

5.2 ? ?調(diào)試歩驟

5.2.1 ? ?新監(jiān)控系統(tǒng)搭建

將老監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)、各LCU、AGC裝置、AVC裝置與交換機(jī)A、交換機(jī)B的網(wǎng)線逐步拔下，將各LCU、AGC、AVC逐步接入新監(jiān)控系統(tǒng)，完成新監(jiān)控系統(tǒng)測試。

5.2.2 ? ?#1機(jī)組LCU離線測試試驗(yàn)

每個LCU順序試驗(yàn)，以下以#1機(jī)組LCU為例，其他參照執(zhí)行。

（1）檢查#1機(jī)組LCU所有控制命令已復(fù)歸，無指令開出后，將#1機(jī)組LCU把手打到“現(xiàn)地”位置。將調(diào)試LCU的所有開出控制的調(diào)速器、主閥、開關(guān)控制電源和動力電源退出。

（2）斷開LCU柜的開出繼電器電源，同時拔下開出繼電器。

（3）將#1機(jī)組LCU接入新監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)組成調(diào)試環(huán)境。

（4）核對上下位機(jī)測點(diǎn)，測點(diǎn)包括所有SOE、開入、開出、模擬量、溫度量信號等。

（5）在無水條件下，測試和檢查各流程接口的正確性，如停機(jī)到空轉(zhuǎn)等操作。通過PLC模件和LCU程序監(jiān)視開出是否正確，并用萬用表檢測開出點(diǎn)動作電壓是否正常。每一個開出核對正常后，復(fù)歸當(dāng)前信號，再動作下一點(diǎn)開出測點(diǎn)。

5.2.3 ? ?#1機(jī)組LCU在線測試

（1）檢查各LCU所有控制命令已復(fù)歸，無指令開出后，其他接入新監(jiān)控系統(tǒng)LCU切“現(xiàn)地”。調(diào)速器和主閥緊急停機(jī)按鈕處專人把守，一旦出現(xiàn)異常立即按下緊停按鈕。將1#機(jī)組LCU把手打到“遠(yuǎn)方”位置，合上LCU柜開出繼電器電源，同時插上開出繼電器。

（2）在新監(jiān)控系統(tǒng)上實(shí)際測試開流程操作，驗(yàn)證控制的正確性并觀察機(jī)組數(shù)據(jù)是否正確。

5.2.4 ? ?新監(jiān)控系統(tǒng)與AGC測試試驗(yàn)

檢驗(yàn)AGC裝置與新監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)通信是否滿足要求，核對AGC裝置與新監(jiān)控系統(tǒng)上下行數(shù)據(jù)是否正確。

（1）檢查各LCU所有控制命令已復(fù)歸，無指令開出后，將各LCU切“現(xiàn)地”。

（2）將AGC裝置接入新監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)組成調(diào)試環(huán)境。

（3）檢查AGC基礎(chǔ)參數(shù)、運(yùn)行參數(shù)、機(jī)組參數(shù)（對照AGC定值單）和功率計劃定值是否合理，數(shù)據(jù)庫設(shè)置是否無誤;

（4）檢查AGC功能運(yùn)行正常，區(qū)域控制偏差（ACE）和頻率刷新正常;

（5）從上位機(jī)召喚定值檢查數(shù)據(jù)上下行正常。

（6）AGC功能投入閉鎖條件檢查：由現(xiàn)場試驗(yàn)人員用開環(huán)模擬更改條件的方法，在操作員工作站上進(jìn)行模擬操作。

5.2.5 ? ?新監(jiān)控系統(tǒng)與中調(diào)數(shù)據(jù)核對

（1）方法：封鎖中調(diào)、地調(diào)遠(yuǎn)動數(shù)據(jù)后，將老監(jiān)控系統(tǒng)與調(diào)度通信的調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)線、2M專線轉(zhuǎn)接至新監(jiān)控系統(tǒng)，與中調(diào)、地調(diào)核對遠(yuǎn)動數(shù)據(jù)（含遙調(diào)數(shù)據(jù)）。

（2）對兩臺新調(diào)度通信機(jī)進(jìn)行配置，其通信IP地址和點(diǎn)表與老調(diào)度通信機(jī)保持一致。

（3）檢查兩臺新調(diào)度通信機(jī)采集的所有數(shù)據(jù)均正確。

（4）檢查確認(rèn)新監(jiān)控系統(tǒng)中調(diào)度通信機(jī)IEC104子站程序啟動正常，與調(diào)度通信的端口能正常打開。

（5）申請與調(diào)度對點(diǎn)，并獲得批準(zhǔn)。

（6）與中調(diào)核對點(diǎn)表，遙信通過變位、遙測加量方式進(jìn)行核對，核點(diǎn)順序按原通信點(diǎn)表順序進(jìn)行。

（7）遙調(diào)、遙信、遙測數(shù)據(jù)正常。

（8）確認(rèn)電站AGC處于開環(huán)運(yùn)行狀態(tài)，中調(diào)測試人員模擬下發(fā)AGC異常指令和正常指令各一條，核查AGC功能運(yùn)行狀態(tài)。

（9）切換主備遠(yuǎn)動通信機(jī)后，再次核對相關(guān)遙測、遙信、遙調(diào)信號。

5.2.6 ? ?PID調(diào)節(jié)測試

以#1機(jī)組PID調(diào)節(jié)測試為例：

（1）檢查各LCU所有控制命令已復(fù)歸，無指令開出后，將#2機(jī)組LCU、#3機(jī)組LCU、開關(guān)站LCU、公用LCU和壩區(qū)LCU切“現(xiàn)地”。向調(diào)度申請#1機(jī)組轉(zhuǎn)熱備用狀態(tài)。調(diào)速器、勵磁系統(tǒng)處安排專人值守，當(dāng)功率控制不穩(wěn)或波動過大時，及時調(diào)整，將有功功率、無功功率降至零。

（2）向調(diào)度申請#1機(jī)組并網(wǎng)試驗(yàn)。

（3）在新監(jiān)控系統(tǒng)上實(shí)際測試#1機(jī)停機(jī)到發(fā)電，驗(yàn)證控制的正確性并觀察機(jī)組數(shù)據(jù)是否正確。

（4）進(jìn)行#1機(jī)組有功、無功調(diào)節(jié)，驗(yàn)證PID調(diào)節(jié)的正確性，并同步測試調(diào)節(jié)速率。

（5）在新監(jiān)控系統(tǒng)上實(shí)際測試#1機(jī)發(fā)電到停機(jī)，驗(yàn)證控制的正確性并觀察機(jī)組數(shù)據(jù)是否正確。

（6）若試驗(yàn)過程中非試驗(yàn)機(jī)組功率波動或出現(xiàn)系統(tǒng)低頻震蕩，應(yīng)當(dāng)立即采取措施，由操作人員根據(jù)相關(guān)要求進(jìn)行操作。

（7）在#1機(jī)組有功、無功調(diào)節(jié)試驗(yàn)時，#1機(jī)組無功功率在-18～25 Mvar調(diào)整，每次調(diào)整量為5 Mvar，有功功率在0～43.3 MW調(diào)整，每次調(diào)整量為5 MW。

5.2.7 ? ?AGC閉環(huán)試驗(yàn)

（1）各機(jī)組LCU柜及調(diào)速器旁由專人監(jiān)視，一旦發(fā)現(xiàn)異常立即將調(diào)速器切位手動運(yùn)行。調(diào)令小巖頭投入1、2、3號機(jī)AGC（成組）三臺機(jī)同時參與調(diào)節(jié)。

（2）中調(diào)在EMS工作站上設(shè)置小巖頭全廠出力基點(diǎn)值為140 MW。

（3）觀察、記錄小巖頭對遙調(diào)指令的響應(yīng)、跨越振動區(qū)和運(yùn)行上/下限及上/下振動區(qū)遙測變化情況。

（4）中調(diào)在EMS工作站上設(shè)置小巖頭全廠出力基點(diǎn)值為120 MW。

（5）觀察、記錄小巖頭對遙調(diào)指令的響應(yīng)、跨越振動區(qū)和運(yùn)行上/下限及上/下振動區(qū)遙測變化情況。

（6）中調(diào)在EMS工作站上設(shè)置小巖頭全廠出力基點(diǎn)值為90 MW。

（7）觀察、記錄小巖頭對遙調(diào)指令的響應(yīng)、跨越振動區(qū)和運(yùn)行上/下限及上/下振動區(qū)遙測變化情況。

（8）開環(huán)試驗(yàn)負(fù)荷分配合理，且確認(rèn)調(diào)度下發(fā)值正確，方可投入閉環(huán)運(yùn)行。

5.2.8 ? ?試驗(yàn)完成

試驗(yàn)完成，新監(jiān)控系統(tǒng)上線運(yùn)行。

6 ? ?結(jié)語

小巖頭水電站通過實(shí)施計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)升級改造工作，在提高監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定可靠性的同時，提高了電站網(wǎng)絡(luò)安全風(fēng)險防控水平，能有效防范黑客及惡意代碼的侵入，為小巖頭水電站電力監(jiān)控系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 謝云敏，宋海輝.水電站計算機(jī)監(jiān)控技術(shù)[M].2版.北京：中國水利水電出版社，2014.

收稿日期：2020-02-07

作者簡介：趙永興（1985—），男，云南羅平人，工程師，從事水電站運(yùn)行維護(hù)管理工作。