珊溪電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)UPS 電源改造與優(yōu)化探討

連亦健 王欣欣

（浙江珊溪水利水電開發(fā)股份有限公司，浙江 溫州 325000）

珊溪電廠屬于水力發(fā)電高新科技項(xiàng)目，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)屬于電廠計(jì)算機(jī)全部設(shè)備的中樞控制核心，主要承擔(dān)著電廠全部發(fā)電設(shè)備和輔助發(fā)電設(shè)備的日常運(yùn)行檢測(cè)和運(yùn)行控制功能，可以實(shí)現(xiàn)與電力調(diào)度控制中心的數(shù)據(jù)交互傳輸，實(shí)現(xiàn)AGC 與AVC 功能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、遠(yuǎn)方開停機(jī)組、調(diào)節(jié)負(fù)荷等任務(wù)。電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)的UPS 電源主要為上位機(jī)提供穩(wěn)定和不間斷的電力供應(yīng)交流電源，是電廠對(duì)電源穩(wěn)定性要求較高設(shè)備穩(wěn)健運(yùn)行的重要保障。電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)UPS 電源的改造優(yōu)化任務(wù)，屬于難度高、工期長、環(huán)節(jié)多、涉及面廣的工作，存在極大安全風(fēng)險(xiǎn)，通過本次改造優(yōu)化，監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、可靠性、可維護(hù)性、可利用率、可擴(kuò)充性的要求，避免電廠和調(diào)度主站之間的數(shù)據(jù)交互存在正確性和完整性上的偏差，同時(shí)確保浙江電網(wǎng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行[2]。

1 珊溪電廠計(jì)算機(jī)改造優(yōu)化前原UPS 電源的具體問題

隨著電網(wǎng)的發(fā)展，調(diào)度自動(dòng)化業(yè)務(wù)在不斷拓展延伸，調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的規(guī)模、功能、應(yīng)用需求更為復(fù)雜和多樣，相關(guān)部門對(duì)自動(dòng)化信息的需求日益增加，數(shù)據(jù)質(zhì)量要求不斷提高。珊溪電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)UPS 電源在可靠性、及時(shí)性、功能及生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析挖掘程度上存在諸多明顯問題，監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)UPS 電源兩套UPS 交流輸出連接到電源分配屏之后共用一條母線，再經(jīng)由這段母線輸出到上位機(jī)負(fù)荷側(cè)，在設(shè)計(jì)上存在一定的安全缺陷，一旦該段母線產(chǎn)生類似短路和接地的故障情況時(shí)，連接在母線上的全部供電將會(huì)直接受到影響，監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)的服務(wù)器電源將會(huì)產(chǎn)生中斷的情況，并未達(dá)到電網(wǎng)安全文件中的安全運(yùn)行要求，不能滿足電廠快速攀升的運(yùn)行管理標(biāo)準(zhǔn)。上位機(jī)服務(wù)器、工作站老化嚴(yán)重，設(shè)備故障概率逐年升高，對(duì)電廠安全運(yùn)維產(chǎn)生重要干擾，運(yùn)行維護(hù)成本及系統(tǒng)運(yùn)行危險(xiǎn)系數(shù)逐漸增大，不符合國家電網(wǎng)的系統(tǒng)運(yùn)行文件要求，根據(jù)國網(wǎng)浙江省電力有限公司部門文件《關(guān)于下發(fā)浙江電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)電廠升壓站監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造工作指導(dǎo)意見的通知》(浙電調(diào)字〔2017〕87 號(hào))要求，亟待電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)技術(shù)升級(jí)改造，并及時(shí)向浙江省電力調(diào)度控制中心進(jìn)行情況通報(bào)，保證監(jiān)控系統(tǒng)和調(diào)度主站數(shù)據(jù)交互保持正確完整，確保電網(wǎng)安全完備。

2 珊溪電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)UPS 電源的改造與優(yōu)化

2.1 技術(shù)方案要點(diǎn)

在保證監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)設(shè)備安全穩(wěn)定、可靠無誤的運(yùn)行前提之下，改造優(yōu)化主要以計(jì)算機(jī)為控制核心進(jìn)行全開放、分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，按容錯(cuò)設(shè)計(jì)，采用成熟可靠的標(biāo)準(zhǔn)化硬軟件、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和漢化系統(tǒng)完成監(jiān)控上位機(jī)UPS 系統(tǒng)的順利過度，選擇可利用率高、可維護(hù)性好的操作系統(tǒng)LINUX，數(shù)據(jù)庫軟件、應(yīng)用系統(tǒng)軟件、各子系統(tǒng)接口軟件、外部通訊軟件均采用NARISC-2000 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件V1.0，交換機(jī)為三層SIC OM6448G-EB-20G28GE-HV-HV，支持國網(wǎng)網(wǎng)安監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)和外部通訊均擁有長期備品和技術(shù)服務(wù)支持，高速可靠，實(shí)時(shí)性好，抗干擾能力強(qiáng)，適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。軟件采取模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，電機(jī)控制器所采集到的所有參數(shù)和上位機(jī)軟件設(shè)置更新數(shù)據(jù)、命令均通過CAN 通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的通信交互，軟件設(shè)計(jì)滿足系統(tǒng)功能和規(guī)模需要，系統(tǒng)具有漢字顯示和打印功能，人機(jī)交互便捷可靠、操作流程簡單靈活，系統(tǒng)提示清晰準(zhǔn)確。網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)時(shí)采用經(jīng)國家認(rèn)證專用可靠安全隔離裝置，具有有效的防護(hù)預(yù)警措施，能夠保證系統(tǒng)相應(yīng)的技術(shù)防護(hù)要求，十分安全可信。

2.2 系統(tǒng)功能

2.2.1 信息采集

上位機(jī)通過以太網(wǎng)與LCU 進(jìn)行通信，實(shí)時(shí)采集信息和監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)機(jī)組順序控制及非正常條件閉鎖功能、能耗功能、電話語音智能自動(dòng)報(bào)警功能、溫度監(jiān)視功能、必要的事件記錄功能、有功、無功功率調(diào)節(jié)功能、一覽表&數(shù)據(jù)報(bào)表自動(dòng)生成及過程控制歷史曲線追查功能、調(diào)度通信功能、保護(hù)&電度量&直流系統(tǒng)通信功能、AGC&AVC 自動(dòng)調(diào)節(jié)功能。

2.2.2 信息上送

上位機(jī)支持多種通訊協(xié)議，通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)，進(jìn)行信息上送，實(shí)現(xiàn)上送遙信功能、遙測(cè)量至上級(jí)管理平臺(tái)功能，實(shí)現(xiàn)上級(jí)管理平臺(tái)對(duì)電站遙控遙調(diào)功能，上送電站實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并接受下送數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)AGC、AVC命令接收與處理。

2.2.3 UPS 改造優(yōu)化設(shè)計(jì)

1.主機(jī)按兩套配置，兩套配置各自獨(dú)立運(yùn)行，同時(shí)設(shè)置獨(dú)立旁路，柜式一體化。在改造UPS 配電柜的過程中要求將供電方式改為獨(dú)立供電方式，在原有分配屏的基礎(chǔ)上再增加一段母線，輸出間配置聯(lián)絡(luò)開關(guān)；UPS 配LCD 屏顯示，擁有緊急關(guān)機(jī)功能。

2.按升級(jí)改造方案選定UPS 電源為專用UPS，考慮到自動(dòng)化設(shè)備運(yùn)行方式的特殊性及現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，監(jiān)控系統(tǒng)間隔層改造可采用原屏柜+新裝置、原屏位+新屏柜、新屏位+新屏柜等方式。

3.UPS 電源升級(jí)改造。珊溪電廠監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)升級(jí)改造在維持監(jiān)控系統(tǒng)原有安全控制策略基礎(chǔ)上，借鑒國產(chǎn)化監(jiān)控產(chǎn)品先進(jìn)技術(shù)理念和豐富的工程經(jīng)驗(yàn)，消除原有設(shè)備缺陷，彌補(bǔ)原系統(tǒng)功能不足，結(jié)合珊溪水電廠檢修計(jì)劃，升級(jí)改造內(nèi)容擬分為四個(gè)階段。

第一階段：項(xiàng)目前期，提交初步設(shè)計(jì)方案。統(tǒng)計(jì)上位機(jī)重要設(shè)備雙電源負(fù)荷，詳見表1。需要將服務(wù)器進(jìn)行停運(yùn)，同時(shí)進(jìn)行臨時(shí)電源的搭接，然后將原有的UPS 交流負(fù)荷安全轉(zhuǎn)移到臨時(shí)的電源上，同時(shí)進(jìn)行負(fù)荷檢查。

表1 上位機(jī)重要負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表

第二階段：現(xiàn)場(chǎng)通信測(cè)試，實(shí)現(xiàn)新老系統(tǒng)無縫通信。進(jìn)行UPS 電源的安裝調(diào)試和配電柜的構(gòu)造改良，在所有搭接結(jié)束之后UPS 電源按照逐套原則做安裝調(diào)試新UPS，對(duì)配電柜母排分段改造。

第三階段：現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試及現(xiàn)場(chǎng)改造。安裝調(diào)試、負(fù)荷接入，拆除臨時(shí)電源，所有負(fù)荷平均分配，分段運(yùn)行，進(jìn)行安裝調(diào)試和負(fù)荷的安全割接過程，就此，上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的UPS 電源全部正式投入到運(yùn)行之中。

第四階段：整體驗(yàn)收。主要包括綜合消缺管理完善、現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收、系統(tǒng)試運(yùn)行。

在進(jìn)行升級(jí)改造實(shí)施的過程中，必須確保計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)的重要負(fù)荷保持不停電狀態(tài)，珊溪電廠主要申請(qǐng)利用夜間的機(jī)組全停，推出電廠全廠的AGC、AVC 功能和集控中心，將控制權(quán)全面交由集中控制側(cè)并安全轉(zhuǎn)移至電廠側(cè)。全部負(fù)荷要按照均衡平均協(xié)調(diào)原則和分段運(yùn)行方式進(jìn)行匹配，在全部安裝調(diào)試和負(fù)荷安全割接后，計(jì)算機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)UPS電源正式投入運(yùn)行，進(jìn)行交直流切換過程中，輸出電壓、切換直流供電實(shí)踐、輸出波形失真度等指標(biāo)充分滿足此次珊溪電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)UPS 電源改造與優(yōu)化的各項(xiàng)參數(shù)要求。

4.改造優(yōu)化后達(dá)到的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。改造后的設(shè)備接入全廠統(tǒng)一同步時(shí)鐘對(duì)時(shí)，時(shí)鐘同步系統(tǒng)支撐以BeiDou Navigation Satellite System 為主、GPS為備的對(duì)時(shí)模式，設(shè)備應(yīng)采用Linux 等安全操作系統(tǒng)，改造后的監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)應(yīng)用業(yè)務(wù)與遠(yuǎn)動(dòng)工作站相對(duì)獨(dú)立，并建設(shè)獨(dú)立子站承接相關(guān)業(yè)務(wù)。

2.3 改造優(yōu)化方案主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)

2.3.1 安全技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1.能夠充分借鑒行業(yè)一流水準(zhǔn)監(jiān)控產(chǎn)品及原監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)，提升電廠運(yùn)維水準(zhǔn)和生產(chǎn)效能，充分降低電廠整體運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。

2.改造優(yōu)化后的監(jiān)控系統(tǒng)能夠充分符合電廠的檢修運(yùn)維計(jì)劃，同時(shí)能夠提供切實(shí)可行的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施操作方案，確保監(jiān)控系統(tǒng)改造優(yōu)化后的工程實(shí)施進(jìn)展。

3.在進(jìn)行電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)UPS 電源改造與優(yōu)化的過程中不會(huì)對(duì)不參與改造優(yōu)化的機(jī)組程序進(jìn)行任何的改動(dòng)和修繕，充分確保數(shù)據(jù)傳輸過程中的數(shù)據(jù)完整性和實(shí)時(shí)交互性，保證各類指令的及時(shí)正確下達(dá)，避免不參與改造優(yōu)化的機(jī)組在運(yùn)行中出現(xiàn)任何漏洞，充分保障機(jī)組運(yùn)行的安全穩(wěn)定性和可靠程度。

4.電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)UPS 電源改造與優(yōu)化過程所使用的監(jiān)控產(chǎn)品已經(jīng)通過調(diào)度通訊軟件、AGC/AVC 高級(jí)功能軟件等官方認(rèn)證，能夠無縫對(duì)接國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)和各大發(fā)電公司集控等等級(jí)別的調(diào)度系統(tǒng)平臺(tái)，全部監(jiān)控產(chǎn)品支持電廠進(jìn)行任意自定義類型的規(guī)約，能夠進(jìn)行相應(yīng)的延伸開發(fā)，充分滿足電廠實(shí)際運(yùn)行需求。

5.電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)UPS 電源改造與優(yōu)化過程所使用的監(jiān)控產(chǎn)品嚴(yán)格遵循國家、行業(yè)電力監(jiān)控系統(tǒng)安防法律法規(guī)，能夠保證監(jiān)控系統(tǒng)在安全漏洞防護(hù)等方面符合高標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)控產(chǎn)品基于UNIX/LINUX操作系統(tǒng)開發(fā)，可靠穩(wěn)定，不受病毒和長期運(yùn)行限制。

6.由于電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)UPS 電源改造與優(yōu)化需要電廠逐年實(shí)施，所以涉及到新老系統(tǒng)交替期間并列運(yùn)行的需求，新老監(jiān)控系統(tǒng)在交疊期間進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換能夠?qū)崿F(xiàn)新老系統(tǒng)通訊功能的無縫對(duì)接，只要通過原電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的所有I/O 點(diǎn)進(jìn)行控制/調(diào)節(jié)指令的交互和傳輸就可以實(shí)現(xiàn)與升級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互，以此保證監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)的安全可靠程度。

2.3.2 效能技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1.極大程度上縮減系統(tǒng)后期進(jìn)行升級(jí)維護(hù)的費(fèi)用成本，提升生產(chǎn)效能。

2.進(jìn)行改造升級(jí)之后的監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)品全部采用全中文語言環(huán)境，人機(jī)交互界面十分友好，極大程度降低運(yùn)維難度和人力資源培訓(xùn)成本，有效提升電廠運(yùn)維水準(zhǔn)，為電廠無人值班創(chuàng)造充分可靠的條件。

3 珊溪電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)UPS 電源改造后運(yùn)維要點(diǎn)

監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)SC2000 V1.0 是新產(chǎn)品，需要運(yùn)維人員不斷熟悉特性，了解人機(jī)交互界面信息意義并清楚如何進(jìn)行處理，例如在進(jìn)行UPS 維護(hù)過程中，必須將正常工作模式切換到維修旁路模式才能繼續(xù)操作，先將逆變器停止工作，再將維修旁路模式中的開關(guān)進(jìn)行閉合，然后再依次斷開交流輸入，依次再進(jìn)行主機(jī)維護(hù)。為了避免在運(yùn)維中因?yàn)槿藶椴僮鲉栴}導(dǎo)致平臺(tái)可靠性受到干擾，電廠制定標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)維操作手冊(cè)，規(guī)范平臺(tái)操縱方式，例如監(jiān)控運(yùn)行中的設(shè)備間溫度和主機(jī)的散熱情況，一旦溫度達(dá)到30℃則同時(shí)啟動(dòng)二級(jí)散熱風(fēng)扇，一旦溫度達(dá)到50℃則同時(shí)啟動(dòng)三級(jí)散熱風(fēng)扇并拉響警報(bào)警告，以此采取積極的措施和手段避免在技術(shù)、管理、運(yùn)行等多方面產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)論

本文總結(jié)珊溪發(fā)電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)UPS電源改造優(yōu)化的相應(yīng)情況，監(jiān)控系統(tǒng)在改造優(yōu)化后已經(jīng)滿足實(shí)時(shí)性、可靠性、可維護(hù)性、可利用率、可擴(kuò)充性的要求，調(diào)用新畫面響應(yīng)時(shí)間≤1s，顯示系統(tǒng)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新時(shí)間≤1s(從數(shù)據(jù)庫開始刷新之后算起)，報(bào)警或事件發(fā)生到屏幕顯示和發(fā)出音響時(shí)間≤2s，操作員指令發(fā)出到現(xiàn)地控制接收命令正常反應(yīng)時(shí)限≤2s。平均無故障工作時(shí)間≥8000h，平均故障修復(fù)時(shí)間≤1小時(shí)，所提供的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件和軟件在10 年內(nèi)完全可維護(hù)。系統(tǒng)可利用率在試運(yùn)行期間不低于99%，初步驗(yàn)收后整個(gè)系統(tǒng)可利用率不小于99.9%，系統(tǒng)備用容量不小于10%，同時(shí)留有擴(kuò)充現(xiàn)地控制裝置、外圍設(shè)備或系統(tǒng)通信的接口。通過改造及優(yōu)化，有效提升計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)穩(wěn)定運(yùn)程可靠性，UPS 電源能夠?qū)ΡO(jiān)控系統(tǒng)主控級(jí)設(shè)備進(jìn)行不間斷供電，實(shí)現(xiàn)電源雙套配置、分段運(yùn)行可靠。