西津電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化改造

蔣 亮

（大唐水電科學(xué)技術(shù)研究院有限公司，廣西 南寧 530022）

0 引言

西津水電站位于廣西橫州市郁江干流的中游河段上，是我國(guó)第一座低水頭河床徑流式水電站。電站原設(shè)計(jì)安裝有4臺(tái)軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量244.7 MW，其中4臺(tái)機(jī)組單機(jī)容量分別為：65 MW、57.2 MW、62.5 MW、60 MW。

1 西津電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

西津電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)于1998年12月投入運(yùn)行，至今已運(yùn)行22年。采用北京中水科水電科技開(kāi)發(fā)有限公司開(kāi)發(fā)的H9000計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)采用兩層分層分布式結(jié)構(gòu)[1]，廠站層于2007年進(jìn)行上位機(jī)系統(tǒng)升級(jí)，由原來(lái)的V1.0系統(tǒng)升級(jí)到V4.0系統(tǒng)，操作平臺(tái)由UNIX改為Windows，網(wǎng)絡(luò)改為以太網(wǎng)通信方式，單網(wǎng)結(jié)構(gòu)。2011年再次進(jìn)行升級(jí)，增加了數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、調(diào)度通信服務(wù)器、報(bào)表服務(wù)器。

監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)組成：操作員站2臺(tái)、培訓(xùn)員站1臺(tái)、工程師站1臺(tái)、RTU后臺(tái)站1臺(tái)、數(shù)據(jù)采集服務(wù)器2臺(tái)、WEB服務(wù)器1臺(tái)、報(bào)表服務(wù)器1臺(tái)、廠內(nèi)通信服務(wù)器1臺(tái)、調(diào)度通信站2臺(tái)。其中調(diào)度通信站負(fù)責(zé)與廣西中調(diào)通信，廠內(nèi)通信機(jī)負(fù)責(zé)與水情系統(tǒng)、五防系統(tǒng)、遠(yuǎn)動(dòng)RTU通信。

下位機(jī)組成：4套機(jī)組LCU控制柜、1套開(kāi)關(guān)站LCU控制柜、1套公用LCU控制柜，監(jiān)控系統(tǒng)LCU單元為GE9070系列模塊。采用單星型單網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)組態(tài)。

自監(jiān)控系統(tǒng)投運(yùn)以來(lái)，隨著運(yùn)行時(shí)間逐步加長(zhǎng)，監(jiān)控系統(tǒng)存在通信中斷、系統(tǒng)死機(jī)等缺陷，特別是近幾年來(lái)，系統(tǒng)缺陷逐漸增多、故障率升高、AGC/AVC功能不完善、PLC無(wú)法采購(gòu)備品，已經(jīng)影響到西津電廠發(fā)電設(shè)備的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，隨著西津電廠無(wú)人值班需求的推進(jìn)及中國(guó)大唐桂冠集控相關(guān)需求，因此有必要對(duì)現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行全面升級(jí)改造。

2 西津電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造原則及總體結(jié)構(gòu)

為確保監(jiān)控系統(tǒng)技改達(dá)到技術(shù)成熟、運(yùn)行可靠、性能優(yōu)良、功能完備、減少對(duì)進(jìn)口設(shè)備依賴的目的，參考國(guó)內(nèi)外同類型改造經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合西津電廠實(shí)際情況，確定了以下改造原則：

（1）根據(jù)大唐集團(tuán)無(wú)人值班[2]相關(guān)技術(shù)要求，對(duì)西津電廠監(jiān)控系統(tǒng)廠站層配置：2臺(tái)調(diào)度通信服務(wù)器、2臺(tái)歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、2臺(tái)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、2臺(tái)操作員站、1臺(tái)工程師站、1臺(tái)廠內(nèi)通信服務(wù)器、2臺(tái)培訓(xùn)工作站，2臺(tái)集控通信服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)采用雙星型千兆以太網(wǎng)。

（2）根據(jù)大唐集團(tuán)無(wú)人值班評(píng)價(jià)相關(guān)需求并結(jié)合西津電廠實(shí)際情況，對(duì)西津電廠監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地層配置：4臺(tái)機(jī)組現(xiàn)地LCU、開(kāi)關(guān)站及公用LCU均采用雙CPU雙網(wǎng)絡(luò)；4臺(tái)機(jī)組水輪機(jī)輔助控制PLC采用單PLC雙網(wǎng)絡(luò)。

（3）根據(jù)減少對(duì)進(jìn)口設(shè)備依賴的要求，對(duì)西津電廠監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)系統(tǒng)（含服務(wù)器、交換機(jī)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng)用軟件等）、下位機(jī)系統(tǒng)（含PLC軟硬件）開(kāi)展自主可控改造。

（4）由于當(dāng)前西津電廠監(jiān)控系統(tǒng)AGC/AVC可靠性不高，且由于西津電廠特殊的接線方式導(dǎo)致AGC/AVC存在多種運(yùn)行方式，需要結(jié)合技改進(jìn)行解決。

（5）由于西津電廠特殊的接線方式導(dǎo)致西津電廠存在部分外送線路110 kV（小網(wǎng)線路）開(kāi)關(guān)跳閘后無(wú)法與220 kV（大網(wǎng)線路）進(jìn)行同期合閘問(wèn)題，也需要結(jié)合此次技改一并解決。

（6）電站現(xiàn)有服務(wù)器安裝相應(yīng)軟件使管理信息大區(qū)服務(wù)器具備WEB和APP功能。

根據(jù)以上改造原則，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 西津電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

3 監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化改造要點(diǎn)

（1）單星型網(wǎng)改為雙星型網(wǎng)，主交換機(jī)由百兆升級(jí)為千兆。舊系統(tǒng)下位機(jī)為單PLC單星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，主站交換機(jī)和其他LCU交換機(jī)均為封閉網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，當(dāng)有1個(gè)LCU處于停電檢修或者交換機(jī)異常狀態(tài)時(shí)，單星型網(wǎng)處于斷開(kāi)狀態(tài)，主站層設(shè)備不能監(jiān)控其他正常LCU。改為雙星型結(jié)構(gòu)后，單個(gè)LCU的PLC停電或者異常離線時(shí)，不影響其本身及其他LCU 信號(hào)上送。

（2）舊系統(tǒng)上位機(jī)系統(tǒng)在2007年改造后通過(guò)主站交換機(jī)拓展的方式實(shí)現(xiàn)上位機(jī)冗余配置，通過(guò)改造為新系統(tǒng)后可真正實(shí)現(xiàn)物理鏈路硬件冗余配置，使設(shè)備可靠性更高；因該項(xiàng)目為水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造重點(diǎn)關(guān)注項(xiàng)目，其相關(guān)軟硬件實(shí)際性能及設(shè)備技術(shù)參數(shù)指標(biāo)需待改造完成后進(jìn)行實(shí)測(cè)確定；受機(jī)組檢修工期安排影響，本項(xiàng)目初步規(guī)劃在2021年末改造完上位機(jī)部分，下位機(jī)LCU部分將持續(xù)到2022年底，其改造過(guò)程中將不可避免存在兩套上位機(jī)系統(tǒng)并列運(yùn)行及各LCU如何在兩套上位機(jī)系統(tǒng)中接入、送電網(wǎng)調(diào)度及桂冠集控的問(wèn)題，需要進(jìn)行具體方案的細(xì)化。

（3）大型或重要的中型電廠，數(shù)據(jù)服務(wù)器主要負(fù)責(zé)主控制層實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理，運(yùn)行及管理電站的高級(jí)應(yīng)用功能，自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)，自動(dòng)電壓控制(AVC)等。西津電廠因其特殊的接線方式（見(jiàn)圖2：西津電廠電氣主接線圖）導(dǎo)致電廠正常運(yùn)行時(shí)110 kV母線（1M和2M）聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)100DL及220 kV母線（1M和2M）聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)200DL處于斷開(kāi)狀態(tài)，由于110 kV旁路母線未投入運(yùn)行，此時(shí)西津電廠相當(dāng)于變成兩個(gè)電廠（1、3號(hào)機(jī)組與2、4號(hào)機(jī)組），而當(dāng)電網(wǎng)需要將100DL和200DL開(kāi)關(guān)合環(huán)時(shí)，西津電廠又變?yōu)橐粋€(gè)電廠，故不同的運(yùn)行方式下對(duì)AGC和AVC相關(guān)要求均不一樣，需要有不同的策略控制。

圖2 西津電廠電氣主接線圖

（4）水電站監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)關(guān)站線路開(kāi)關(guān)同期一般采用兩種方式同期：①開(kāi)關(guān)兩側(cè)（機(jī)組側(cè)和線路側(cè)）一端有壓一端無(wú)壓，此時(shí)選用開(kāi)關(guān)站同期裝置無(wú)壓合閘功能；②開(kāi)關(guān)兩側(cè)均有壓并屬于同一個(gè)區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)，此時(shí)若因故導(dǎo)致線路開(kāi)關(guān)跳開(kāi)后同期裝置根據(jù)開(kāi)關(guān)兩側(cè)電壓、頻率幅值及相位判斷符合同期條件時(shí)進(jìn)行合閘，此時(shí)同期裝置屬于等待同期狀態(tài)。西津電廠因其出線接線較為復(fù)雜，正常運(yùn)行時(shí)由于100DL、200DL開(kāi)關(guān)斷開(kāi)導(dǎo)致將4臺(tái)機(jī)組分成相當(dāng)于兩個(gè)電廠，而1號(hào)機(jī)組主變和2號(hào)機(jī)組主變又分別將220 kV（大網(wǎng)）與110 kV（小網(wǎng)）電網(wǎng)連接，此種運(yùn)行方式導(dǎo)致線路開(kāi)關(guān)跳閘后無(wú)法滿足線路同期條件致同期合閘失敗，需要對(duì)開(kāi)關(guān)站線路開(kāi)關(guān)同期采用機(jī)組型同期裝置以調(diào)節(jié)電壓和頻率，以滿足機(jī)組在大小網(wǎng)間運(yùn)行線路開(kāi)關(guān)跳閘后重新同期合閘的需求。

（5）為了滿足后期電廠運(yùn)行實(shí)際需求，結(jié)合當(dāng)前計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造，考慮將生產(chǎn)區(qū)（Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)）數(shù)據(jù)導(dǎo)出至管理信息大區(qū)（Ⅲ區(qū)）服務(wù)器后開(kāi)展相關(guān)應(yīng)用，如WEB轉(zhuǎn)發(fā)、手機(jī)APP定制等，遠(yuǎn)期可預(yù)留開(kāi)展相關(guān)智慧電廠如設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估分析、智能檢修等相關(guān)應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

新系統(tǒng)參考當(dāng)前主流水電廠自主可控計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備配置情況，相對(duì)舊系統(tǒng)進(jìn)行了硬件性能升級(jí)，修改了主干網(wǎng)絡(luò)配置，對(duì)照當(dāng)前國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)充了必要的輔助設(shè)備系統(tǒng)，對(duì)過(guò)去10多年來(lái)運(yùn)行維護(hù)中產(chǎn)生的如AGC/AVC分段運(yùn)行、開(kāi)關(guān)站線路開(kāi)關(guān)跳閘后大小網(wǎng)間同期并網(wǎng)等問(wèn)題進(jìn)行了探討并提出了初步的解決方案，可供相關(guān)類型水電廠借鑒參考，提高系統(tǒng)可靠性和自動(dòng)化水平。