廣蓄A(yù)廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造方案研究

周海燕，侯寶生

(廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,廣東 廣州 510635)

廣州蓄能水電廠總裝機(jī)容量為8×300 MW，是目前世界上已建成的總裝機(jī)容量規(guī)模最大的同類電站之一。電站分A、B兩廠，建成各裝機(jī)容量為4×300 MW。廣州蓄能水電廠A廠(簡(jiǎn)稱廣蓄A(yù)廠)4臺(tái)機(jī)組于1994年全部投入運(yùn)行，投運(yùn)至今已27 a左右。廣蓄A(yù)廠監(jiān)控系統(tǒng)采用進(jìn)口阿爾斯通設(shè)備，在2007年進(jìn)行過(guò)局部改造，改造后上位機(jī)主要由阿爾斯通CENTRALOGALSPA系列5系統(tǒng)組成，下位機(jī)RTU主控制器AA1/AA2采用阿爾斯通CENTROBLOC H20系統(tǒng)，仍為20余a前的第三代產(chǎn)品，下位機(jī)包含機(jī)組RTU在內(nèi)的共10臺(tái)RTU。

由于目前廣蓄A(yù)廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備大部分重要備品備件均已停產(chǎn)，無(wú)法采購(gòu)或采購(gòu)難度大、成本高；生產(chǎn)廠家難以提供足夠的技術(shù)支持；設(shè)備運(yùn)行年限長(zhǎng)等情況?；诒O(jiān)控系統(tǒng)以上不足，對(duì)設(shè)備的安全可靠運(yùn)行構(gòu)成威脅，電廠計(jì)劃盡快升級(jí)改造，本文將對(duì)具體改造方案進(jìn)行探索研究。

1 改造實(shí)施的重難點(diǎn)

1)新、舊監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備之間的通訊

廣蓄A(yù)廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控改造首先需要先改造上位機(jī)，然后結(jié)合機(jī)組大修計(jì)劃逐步對(duì)4臺(tái)機(jī)組下位機(jī)進(jìn)行升級(jí)改造，一般每年對(duì)1臺(tái)機(jī)組進(jìn)行大修，因此，整個(gè)改造周期至少需要5～6 a時(shí)間，存在新、舊監(jiān)控系統(tǒng)將長(zhǎng)期共存的情況。目前廣蓄A(yù)廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控上位機(jī)系統(tǒng)是一個(gè)由具有不同功能的工作站組成的分布式計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)采用冗余100M/1000Mbps光纖環(huán)網(wǎng)。ALSTOM采用了冗余的CSS-F-H20網(wǎng)關(guān)(見(jiàn)圖1)解決下位機(jī)主RTU與上位機(jī)的通訊問(wèn)題，CSS-F-H20網(wǎng)關(guān)采用的非公開(kāi)協(xié)議，由于投運(yùn)時(shí)間較長(zhǎng)，當(dāng)前缺乏必要的技術(shù)支持，故解析舊上下位機(jī)之間的通信協(xié)議是本次技術(shù)改造關(guān)鍵的技術(shù)難點(diǎn)之一，本文也主要針對(duì)此難點(diǎn)提出上位機(jī)改造的不同方案。

2)下位機(jī)的改造實(shí)施順序

抽水蓄能機(jī)組與常規(guī)機(jī)組不同，由于需要背靠背啟動(dòng)和SFC啟動(dòng)，各LCU之間有著一定的聯(lián)系，不同的改造順序，可能會(huì)影響到機(jī)組的成功啟動(dòng)，本文也主要針對(duì)此難點(diǎn)提出針對(duì)下位機(jī)的不同改造順序的方案。

2 上位機(jī)改造方案比較

2.1 上位機(jī)改造方案一

新系統(tǒng)接入舊系統(tǒng)，改造期間對(duì)機(jī)組的控制以舊系統(tǒng)為主。新系統(tǒng)通過(guò)IEC60870-5-104規(guī)約和舊系統(tǒng)通信(如圖1所示)。

圖1 廣蓄A(yù)廠監(jiān)控系統(tǒng)改造過(guò)渡期系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意(新系統(tǒng)接入舊系統(tǒng))

1)舊監(jiān)控系統(tǒng)通訊服務(wù)器負(fù)責(zé)與調(diào)度中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，新系統(tǒng)通訊服務(wù)器通過(guò)IEC60870-5-104規(guī)約接入舊監(jiān)控系統(tǒng)，將改造后RTU實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以104規(guī)約通訊的方式發(fā)送給舊系統(tǒng)；同時(shí)接受舊系統(tǒng)發(fā)送的控制命令：

① 原則上新的系統(tǒng)操作員站控制改造后的RTU，舊系統(tǒng)操作員站控制尚未改造的RTU設(shè)備；

② 舊系統(tǒng)給新系統(tǒng)的控制命令主要是AGC/AVC控制命令。

2)過(guò)渡期間舊系統(tǒng)盡可能不去改動(dòng)，使其具有完整的數(shù)據(jù)，進(jìn)而承擔(dān)全廠性功能：

① 舊系統(tǒng)與上級(jí)調(diào)度系統(tǒng)實(shí)時(shí)通信；需要在舊系統(tǒng)開(kāi)發(fā)一套全廠AGC/AVC功能的程序，控制新舊系統(tǒng)控制的機(jī)組的負(fù)荷分配工作；

② 全廠歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、報(bào)表、WEB發(fā)布功能。

3)舊系統(tǒng)操作員站可通過(guò)新系統(tǒng)和舊系統(tǒng)繼續(xù)監(jiān)控全廠設(shè)備。

4)最后一批RTU改造完成后，將全廠功能切換至新的監(jiān)控系統(tǒng)、舊監(jiān)控系統(tǒng)廢除。

2.2 上位機(jī)改造實(shí)施方案二

舊系統(tǒng)接入新系統(tǒng)，改造期間對(duì)機(jī)組的控制以新系統(tǒng)為主。舊系統(tǒng)在通訊服務(wù)器上通過(guò)IEC60870-5-104規(guī)約接入新系統(tǒng)并通信(如圖2所示)。

圖2 廣蓄A(yù)廠監(jiān)控系統(tǒng)改造過(guò)渡期系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖(舊系統(tǒng)接入新系統(tǒng))

1)新監(jiān)控系統(tǒng)通訊服務(wù)器負(fù)責(zé)與調(diào)度中心進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，舊系統(tǒng)通訊服務(wù)器通過(guò)IEC60870-5-104規(guī)約接入新監(jiān)控系統(tǒng)，將未改造RTU實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送給舊系統(tǒng)，再由舊系統(tǒng)送至新系統(tǒng)，同時(shí)接受新系統(tǒng)發(fā)送的舊系統(tǒng)控制命令：

① 原則上新的系統(tǒng)操作員站控制改造后的RTU，舊系統(tǒng)操作員站控制尚未改造的RTU設(shè)備；

② 舊系統(tǒng)接收新系統(tǒng)的控制命令主要是類似原調(diào)度給舊系統(tǒng)AGC/AVC控制命令，即新系統(tǒng)為“新調(diào)度”；

③ 過(guò)渡期間盡可能不去改動(dòng)舊系統(tǒng)，使其具有完整的數(shù)據(jù)。

2)新系統(tǒng)既要控制舊系統(tǒng)設(shè)備，也要負(fù)責(zé)與調(diào)度通信，進(jìn)而承擔(dān)全廠性功能：

① 需要在新系統(tǒng)開(kāi)發(fā)一套全廠AGC/AVC功能的程序，控制新舊系統(tǒng)控制的機(jī)組的負(fù)荷分配工作；

② 全廠歷史數(shù)據(jù)庫(kù)、報(bào)表、WEB發(fā)布功能；

③ 新系統(tǒng)通過(guò)通訊服務(wù)器與舊系統(tǒng)通訊服務(wù)器通信，進(jìn)而控制舊系統(tǒng)及未改造設(shè)備。

3)新系統(tǒng)操作員站可通過(guò)新系統(tǒng)及舊系統(tǒng)繼續(xù)監(jiān)控全廠設(shè)備。

4)最后一批RTU改造完成后，將全廠功能切換至新的監(jiān)控系統(tǒng)、舊監(jiān)控系統(tǒng)廢除。

2.3 上位機(jī)改造實(shí)施方案三

舊上位機(jī)系統(tǒng)退出運(yùn)行，舊下位機(jī)設(shè)備通過(guò)串口現(xiàn)場(chǎng)總線轉(zhuǎn)換器接入新監(jiān)控系統(tǒng)，并接受新監(jiān)控系統(tǒng)控制(如圖3所示)。

圖3 廣蓄A(yù)廠監(jiān)控系統(tǒng)改造過(guò)渡期系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意(新系統(tǒng)通過(guò)串口轉(zhuǎn)換設(shè)備和舊系統(tǒng)下位機(jī)連接)

1)將舊上位機(jī)退出運(yùn)行，舊下位機(jī)設(shè)備通過(guò)串口現(xiàn)場(chǎng)總線轉(zhuǎn)換器先整體接入新上位機(jī)，接受新監(jiān)控系統(tǒng)的控制。改造后的RTU無(wú)需經(jīng)過(guò)串口現(xiàn)場(chǎng)總線轉(zhuǎn)換器，直接接入新上位機(jī)并接受其控制。

2)由于舊下位機(jī)系統(tǒng)與上位機(jī)系統(tǒng)的通訊采用串口、非公開(kāi)的協(xié)議，需要增加串口現(xiàn)場(chǎng)總線轉(zhuǎn)換器才能接入新系統(tǒng)。該協(xié)議的破解需要大量時(shí)間，前期需要利用檢修的窗口進(jìn)行充分、完備的測(cè)試，確保舊下位機(jī)系統(tǒng)與新上位機(jī)的通訊安全、穩(wěn)定、可靠。

3)最后一批RTU改造完成后，將全廠功能切換至新的監(jiān)控系統(tǒng)、舊監(jiān)控系統(tǒng)廢除。

2.4 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)改造方案比較

根據(jù)方案技術(shù)實(shí)現(xiàn)分析、運(yùn)維風(fēng)險(xiǎn)、工期安排、造價(jià)、優(yōu)缺點(diǎn)等各個(gè)方案進(jìn)行分析：

方案一需要在舊的監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)開(kāi)發(fā)程序，因?yàn)樵O(shè)備運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)廠家難以提供足夠的技術(shù)支持，開(kāi)發(fā)難度大，故不推薦采用方案一。

方案二改造過(guò)程中，不需在原監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)開(kāi)發(fā)程序，只需要配置104調(diào)度規(guī)約即可，改造過(guò)程中風(fēng)險(xiǎn)較小。

方案三需要解析原設(shè)備通信協(xié)議，有解析錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)，運(yùn)維風(fēng)險(xiǎn)也較大，但如果確保能完全正確解析原RTU的協(xié)議，實(shí)現(xiàn)新系統(tǒng)與舊RTU系統(tǒng)通信，則可以獲取RTU通訊的所有完整數(shù)據(jù)，同時(shí)在改造過(guò)程中保留原系統(tǒng)一段時(shí)間進(jìn)行監(jiān)盤，也可以基本消除風(fēng)險(xiǎn)。

綜上所述，監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)改造實(shí)施方案優(yōu)先推薦方案二，方案三可作為備選方案(見(jiàn)表1)。

表1 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)改造方案比較

3 下位機(jī)改造方案

3.1 下位機(jī)改造實(shí)施方案一

先改造機(jī)組公用RTU、開(kāi)關(guān)站RTU，后改造其余RTU。

由于機(jī)組發(fā)電及抽水工況需要機(jī)組公用RTU進(jìn)行授權(quán)啟動(dòng)，同時(shí)機(jī)組背靠背啟動(dòng)時(shí)，需要機(jī)組公用RTU中轉(zhuǎn)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)及相互間配合信息，如果先改造機(jī)組公用RTU，會(huì)造成機(jī)組間失去聯(lián)絡(luò)，機(jī)組無(wú)法正常啟停。此方案不可取。

3.2 下位機(jī)改造實(shí)施方案二

先改造機(jī)組RTU，改造機(jī)組RTU的同時(shí)投入新機(jī)組公用RTU、舊機(jī)組公用RTU負(fù)責(zé)完成未改造的機(jī)組RTU之間的通信，新機(jī)組公用RTU負(fù)責(zé)完成新機(jī)組RTU之間的通信，后改造開(kāi)關(guān)站RTU，在改造這幾個(gè)RTU期間，擇機(jī)改造上、下庫(kù)RTU。

利用機(jī)組檢修期間，逐臺(tái)改造機(jī)組RTU，改造期間，對(duì)于其他未改造的RTU和機(jī)組公用RTU可通過(guò)硬布線和新的RTU通信，不會(huì)影響到未改造機(jī)組的運(yùn)行。當(dāng)改造完第1臺(tái)機(jī)組RTU后，新機(jī)組RTU僅和新機(jī)組公用RTU通信，不能和未改造的RTU通信，新機(jī)組RTU會(huì)失去與其余3臺(tái)機(jī)組的通信，不能完成背靠背啟動(dòng)。

3.3 下位機(jī)改造實(shí)施方案三

先改造機(jī)組RTU，后改其他RTU。

先逐臺(tái)改造機(jī)組，考慮后續(xù)需要將“機(jī)組發(fā)電及抽水工況需要機(jī)組公用RTU進(jìn)行授權(quán)啟動(dòng)功能”優(yōu)化至機(jī)組本身(即按通用的設(shè)計(jì)，取消機(jī)組公用RTU這部分功能)，改造期間各RTU間的通訊仍保留硬布線控制，待機(jī)組RTU改完后，改造機(jī)組公用RTU時(shí)整體切換。同時(shí)在改造這幾個(gè)RTU期間，擇機(jī)改造上、下庫(kù)RTU。

隨后改造機(jī)組公用RTU，機(jī)組公用RTU改造后，將機(jī)組公用RTU與機(jī)組RTU的硬布線通訊切換至網(wǎng)絡(luò)通訊方式。同時(shí)利用該檢修窗口改造500 kV RTU/廠用電 RTU/模擬屏RTU。此方案改造難度較低，可以將停電時(shí)間縮小到最短、設(shè)備可用性好。

綜上所述，下位機(jī)改造順序推薦方案三。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)廣蓄A(yù)廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備改造方案的研究，推薦了上位機(jī)改造的方案，明確了下位機(jī)改造的順序，對(duì)具體的實(shí)施具有重要的指導(dǎo)意義，當(dāng)前廣蓄A(yù)廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備改造正按照上述方案有序進(jìn)行中，在后續(xù)的實(shí)施過(guò)程將對(duì)上述方案進(jìn)行驗(yàn)證及優(yōu)化。

廣蓄A(yù)廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)投產(chǎn)時(shí)采用了進(jìn)口的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備，迄今已運(yùn)行27 a多，在當(dāng)前國(guó)產(chǎn)化的大趨勢(shì)下，本次改造如成功將會(huì)對(duì)其他早期進(jìn)口監(jiān)控系統(tǒng)改造具有借鑒意義。