水電站集控中心計算機監(jiān)控系統(tǒng)設計與實施

郭萬森，楊春霞，呂海濤

（北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京 100038）

在水電廠自動化、信息化高速發(fā)展的今天，數(shù)字化、智能化、智慧化成為水電計算機監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的核心目標，特別是多流域、多電站的集控中心，可以充分實現(xiàn)互聯(lián)、互通、互動模式。水電站集控中心計算機監(jiān)控系統(tǒng)具備統(tǒng)一存儲、管理、整合、分析各電廠海量數(shù)據(jù)的能力，充分應用大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術手段，形成具有數(shù)據(jù)分析和推理能力的智慧一體化平臺，能夠有效提取歸納業(yè)務要素，根據(jù)管理、運行、維護等不同應用需求提供交互界面。

1 總體設計

為了保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩约案黜椆δ懿渴鸬暮侠硇裕梢詫⑺娬炯刂行挠嬎銠C監(jiān)控系統(tǒng)分為實時區(qū)和非實時區(qū)，實時區(qū)包括的功能：數(shù)據(jù)采集、設備控制、運行監(jiān)視，非實時區(qū)包括的功能：報表系統(tǒng)、仿真培訓系統(tǒng)、WEB 發(fā)布系統(tǒng)、趨勢分析系統(tǒng)等[1]。

實時區(qū)與非實時區(qū)之間、電站側通道與接入交換機之間均部署防火墻隔離并配置相關安全策略。

交換機分為實時交換機、非實時交換機、接入交換機，其中接入交換機用于集控側前置機與電站側的通道連接，屬于專用網(wǎng)絡?？紤]到網(wǎng)絡冗余性，全網(wǎng)采用雙網(wǎng)結構。

前置主機采用冗余配置，根據(jù)實際數(shù)據(jù)采集及電站數(shù)量情況，可部署多臺前置服務器，實現(xiàn)互備模式，正常運行情況下，全部前置機均分采集任務，當其中一臺服務器宕機后，按照權重第二臺自動接替采集任務，整個過程無擾動切換，不會影響運行監(jiān)視。

操作員站可根據(jù)實際運行需求，部署多臺工作站，不同的操作員站控制不同電站，其中值長機可以監(jiān)視控制所有電站。

操作賬戶可以分為維護、運行兩個角色，維護賬戶進行系統(tǒng)配置及集成，運行賬戶進行監(jiān)視及控制。

系統(tǒng)結構如圖1 所示。

圖1 集控中心系統(tǒng)結構圖

2 硬件部署

現(xiàn)場設備安裝之前，需要對安裝人員進行相關技術培訓及安全交底，并遵守相關電力標準及法規(guī)。

設備到達現(xiàn)場后，需要檢查設備裝箱清單及相關技術文件是否齊全，設備型號、規(guī)格數(shù)量應符合合同要求，備品備件、專用工具齊全，外觀無損壞。滿足GB/T 2887《電子計算機場地通用規(guī)范》的要求。

2.1 設備安裝

現(xiàn)場安裝的設備主要包括：不間斷電源、盤柜、盤柜內設備、電纜的敷設及配線。

不間斷電源設備的安裝，應符合GB/T 14715《信息技術設備用不間斷電源》的要求。電源裝置對地絕緣電阻值應大于1 MΩ，針對冗余電源的服務器或其他設備，需要進行電源切換測試，確保每路電源均可正常工作。對于單電源設備，需要采用STS 自動切換裝置的輸出?？傊?，從UPS 饋線柜到每個盤柜至少3 路電源，其中2 路為獨立互備電源，1 路為STS 自動切換裝置輸出的電源。

安裝的盤柜框架及盤面應無變形，應符合GB 50171《電氣裝置安裝工程盤、柜及二次回路接線施工及驗收規(guī)范》的要求，盤柜之間接地母排與接地網(wǎng)應連接良好，采用截面積不小于50 mm2的接地電線或銅編織線與接地扁鐵可靠連接。

盤柜內設備主要包括服務器設備及網(wǎng)絡設備，安裝前應檢查盤柜設備托板數(shù)量是否齊全以及滑輪、支撐柱是否完好等。同一盤柜內兩臺服務器上下間距保持（1～2）U，以保持良好散熱空間。對于部分網(wǎng)絡設備，重量較大，除自身支架外，還需要配備額外的托板。設備與前后門之間預留足夠空間。

電纜的敷設及配線，柜內強、弱電回路應分開走線，分層布置，交、直流回路分開走線布置并采用不同的電纜，以避免相互干擾。每根線芯標明電纜編號、回路號、端子號，字跡清晰不褪色。對于冗余網(wǎng)絡的網(wǎng)線，在條件允許的情況下，采用不同顏色的線纜，或者采用不同顏色的接頭保護套，方便后期調試。

2.2 系統(tǒng)組網(wǎng)

按照用途將網(wǎng)絡分為實時網(wǎng)絡、非實時網(wǎng)絡、接入網(wǎng)絡3 部分[2]。

實時網(wǎng)絡連接的設備主要包括前置機服務器、操作員站、工程師站、歷史數(shù)據(jù)服務器、實時交換機等，詳細組網(wǎng)結構參考圖1 實時交換機部分。

非實時網(wǎng)絡連接的設備主要包括WEB 發(fā)布服務器、報表服務器、趨勢分析服務器、非實時交換機等，詳細組網(wǎng)結構參考圖1 非實時交換機部分。

接入網(wǎng)絡連接的設備主要包括前置機服務器的通信接口、與電站側通信接口等，詳細組網(wǎng)結構參考圖1 接入交換機部分。

2.3 安全策略

整個網(wǎng)絡涉及到兩套防火墻裝置，均需要配置完善的安全策略。

詳細策略結構如圖2 所示。

圖2 安全策略結構圖

在雙機雙網(wǎng)冗余情況下，存在多個網(wǎng)關地址，需要在前置機服務器上以命令行的方式配置靜態(tài)路由表。

3 集成調試

在系統(tǒng)平臺搭建完成并上電運行后，需要進行系統(tǒng)的集成調試工作，集成部分主要包括數(shù)據(jù)庫集成和畫面集成，調試部分主要包括離線調試和在線調試。

3.1 數(shù)據(jù)庫集成

水電站集控中心數(shù)據(jù)庫是整個計算機監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分，主要包括實時數(shù)據(jù)庫、配置庫、通信點表等。數(shù)據(jù)庫結構一般采用對象化配置，以樹狀形式顯示數(shù)據(jù)庫的配置信息，包含設備對象配置、服務和進程配置、系統(tǒng)基礎配置、數(shù)據(jù)庫配置、網(wǎng)絡總線配置、主機配置、日志服務配置、命令配置和權限管理配置等等[3]。

通信點表是集控側與電站側進行通信的數(shù)據(jù)點匯總，需要雙方共同確認核對，主要包括以下4 部分：

（1）遙信：為開關量，主要包括斷路器分閘/合閘、隔離開關分閘/合閘、機組狀態(tài)、一般設備狀態(tài)、保護信號、繼電器動作狀態(tài)等。

（2）遙測：為模擬量，主要包括機組有功功率、無功功率、機端電壓、勵磁電壓、定子電流、轉子電流、其他電氣量等。

（3）遙調：為設定值命令，主要包括機組有功功率設定值、無功功率設定值、電壓設定值等。

（4）遙控：為控制命令，主要包括機組開機命令、停機命令、一般設備控制命令、斷路器分閘/合閘命令、隔離開關分閘/合閘命令等。

3.2 畫面集成

運行監(jiān)視畫面是人機交互的樞紐，直接影響著日常的運行效率。

水電站集控中心運行畫面集成遵循的原則如下[4]：

（1）全面性：集控系統(tǒng)不僅是各電廠監(jiān)控系統(tǒng)中控層的延申，也是各電廠的集合，因此集控中心除包含各電廠原監(jiān)控畫面外，還應至少包含集控電廠一級畫面、集控電廠二級畫面、集控電廠綜合畫面。

（2）統(tǒng)一性：集控系統(tǒng)畫面應遵循統(tǒng)一的顏色管理要求，按照統(tǒng)一的風格，由統(tǒng)一圖元、線條、設備圖案繪制形成，集控系統(tǒng)各電廠一級畫面和二級畫面應在統(tǒng)一要素布局的原則下，根據(jù)各電廠監(jiān)控要素差異進行差異化繪制。

（3）便捷性：集控系統(tǒng)應遵循最多雙擊兩次就可以找到所需要的監(jiān)控要素的便攜性要求，信號樹最多設置三級，畫面跳轉最多只允許設置兩層，畫面各圖元關聯(lián)的測點均可通過右鍵快捷打開測點相關的信息、曲線等。

3.3 離線調試

離線調試的主要目的是確保所有的集成工作準確無誤，為后續(xù)的在線聯(lián)調做好充足準備。

離線調試方式一般采用背靠背方式，臨時搭建電站側系統(tǒng)，與集控中心建立臨時通信通道，主要工作內容如下：

（1）物理通道：以超五類或六類網(wǎng)線，將電站側仿真服務器連接至集控中心的接入交換機，按照設計規(guī)劃的參數(shù)配置兩側的服務器，依次ping 對側地址。

（2）數(shù)據(jù)報文：在集控中心和電站側仿真服務器上分別運行IEC104 通信程序，各自檢查后臺通信報文，首次建立握手，隨后產(chǎn)生U 幀I 幀報文，在從站側模擬信號變位，在主站側檢查數(shù)據(jù)接收情況。

（3）四遙信號核對：遙信遙測為上送信號，需要在電站側仿真服務器上逐一模擬信號變化，在集控中心逐一檢查數(shù)據(jù)變化情況及事件；遙控遙調為命令下發(fā)，需要在集控中心操作員站上逐一下發(fā)相應命令，在電站側仿真服務器上逐一檢查命令接收情況。

3.4 在線調試

在離線調試完成并確保所有集成內容正確無誤后，經(jīng)集控中心、電站側、電網(wǎng)調度三方同時允許的情況下進行在線調試，在線聯(lián)調具備一定風險性，需提前做好安全防控工作，主要工作內容如下：

（1）準備工作：試驗方案通過三方審核，參加聯(lián)調的設備做好防護措施，由專人值守。

（2）實時數(shù)據(jù)：在集控中心操作員站人機界面上，逐一核對電站側上送的實時數(shù)據(jù)。

（3）遙控命令：根據(jù)參加聯(lián)調設備的實際運行情況，下發(fā)該設備的控制命令，在電站側網(wǎng)關機檢查命令接收情況，在現(xiàn)地檢查設備執(zhí)行情況，并做好相應記錄。

（4）調節(jié)命令：根據(jù)參加聯(lián)調設備（機組）的實際運行情況，下發(fā)該設備的調節(jié)命令（例如有功設定值），在電站側網(wǎng)關機檢查命令接收情況，在現(xiàn)地檢查設備執(zhí)行情況，并做好相應記錄。

4 試運行

在所有測試全部完成后，還需要考驗整個系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，將系統(tǒng)功能逐步投入運行，并通過相關時間的驗證，主要過程如下[5]：

（1）基本功能：7×24 h 長時間運行后，系統(tǒng)運行流暢，實時數(shù)據(jù)刷新及時有效，歷史數(shù)據(jù)記錄完整無遺漏，冗余切換無擾動等。

（2）部分廠站可控：鑒于安全性考慮，初期只對部分電站進行設備控制，其他電站限制控制權限，運行人員務必二次確認下發(fā)的控制命令，防止誤操作。

（3）全部廠站可控：試運行后期，可逐步增加可控廠站的數(shù)量，最終實現(xiàn)全部廠站可控。

（4）高級功能：在系統(tǒng)功能、性能、四遙信號都經(jīng)過試運行驗證無誤后，可進行高級功能的投入，如趨勢分析系統(tǒng)、仿真培訓系統(tǒng)等。

5 結語

水電站集控中心計算機監(jiān)控系統(tǒng)的建設，是一項復雜的技術性工作，包括通信、網(wǎng)絡安全、人機交互、數(shù)據(jù)分析等一系列領域內容。前期需要進行詳細周密的設計，從硬件設備選型到軟件各項功能，設備安裝部署及組網(wǎng)，調試期間需要做大量的集成工作及測試。每一項工作的匯聚，都是為了更高效、更精確的管理水電站安全穩(wěn)定運行。