灘坑水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造方案研究

項(xiàng)俊猛，繆 奇

(浙江浙能北海水力發(fā)電有限公司，浙江 杭州 310009)

1 概 述

灘坑水電站位于浙江省麗水市，總裝機(jī)容量為604 MW，由3臺200 MW機(jī)組及1臺4 MW生態(tài)機(jī)組組成，是浙江電網(wǎng)中1座重要的調(diào)峰調(diào)頻電站，對區(qū)域電網(wǎng)穩(wěn)定起到關(guān)鍵作用。改造前計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為上海GE新華控制工程有限公司XDPS400系統(tǒng)，于2008年正式投運(yùn)，包括上位機(jī)系統(tǒng)和8套現(xiàn)地控制單元(LCU)，并實(shí)現(xiàn)AVC、AGC功能。設(shè)備經(jīng)10多年運(yùn)行，部分備品備件已停產(chǎn)，設(shè)備故障逐漸增多，功能也不滿足應(yīng)用發(fā)展要求。上位機(jī)采用Windows XP操作系統(tǒng)，系統(tǒng)補(bǔ)丁及病毒庫難以更新，已無法滿足國家發(fā)改委〔2014〕14號令《電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定》的要求。

本次改造將對灘坑水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行整體改造，包含上位機(jī)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)及現(xiàn)地LCU控制單元。改造涉及內(nèi)容較多、難度大、周期長，新、老控制系統(tǒng)需同時運(yùn)行，主要設(shè)備需分批、分時改造并接入新系統(tǒng)。此次改造中應(yīng)保證監(jiān)控系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行，保證AGC、AVC等重要功能正確運(yùn)行，確保過渡過程中新、老計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)安全、平穩(wěn)過渡成為關(guān)鍵。

2 改造方案

2.1 改造后監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

改造后監(jiān)控系統(tǒng)采用北京中水科水電科技開發(fā)有限公司H9000全分布式一體化控制系統(tǒng)。電站上位機(jī)與現(xiàn)地控制單元之間采用星型冗余光纖工業(yè)以太網(wǎng)方式進(jìn)行通信。上位機(jī)及LCU硬件設(shè)備均采用國內(nèi)主流配置，系統(tǒng)嚴(yán)格按照電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)的要求配置網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備及防護(hù)策略。電站上位機(jī)通過2臺遠(yuǎn)動裝置與浙江省調(diào)進(jìn)行信息交互，接收調(diào)度AVC、AGC指令；通過2臺集控通信服務(wù)器與杭州集控中心進(jìn)行通信，上送監(jiān)視數(shù)據(jù)并接收集控控制指令。

2.2 計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造方案

2.2.1 上位機(jī)改造方案

上位機(jī)改造包含2臺遠(yuǎn)動裝置、2臺歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、2臺集控通信服務(wù)器、2臺AVC/AGC服務(wù)器、2臺操作員工作站、1臺工程師工作站、1臺廠內(nèi)通信服務(wù)器、1臺生產(chǎn)實(shí)時通信服務(wù)器等設(shè)備，所選設(shè)備均采用行業(yè)主流設(shè)備，性能優(yōu)越。上位機(jī)控制軟件采用基于Unix/Linux安全操作系統(tǒng)的H9000監(jiān)控軟件，遠(yuǎn)動裝置采用模塊化、無硬盤及無風(fēng)扇結(jié)構(gòu)工業(yè)級專用PSX—610G控制機(jī)，滿足調(diào)度及網(wǎng)絡(luò)安全的要求。

2.2.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)改造方案

老系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用環(huán)網(wǎng)和星型網(wǎng)絡(luò)共同構(gòu)成的冗余網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在機(jī)組檢修時會造成環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)斷點(diǎn)，安全性不高。改造后系統(tǒng)采用冗余星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，配置2臺1 000 Mb/s工業(yè)級核心交換機(jī)；LCU各配置2套同品牌工業(yè)級交換機(jī)與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。

2.2.3 電源改造方案

新系統(tǒng)改造后采用2套冗余20 kVA容量UPS供電，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、服務(wù)器等雙電源裝置分別通過UPS冗余供電，光纖收發(fā)器等單電源設(shè)備通過切換開關(guān)進(jìn)行供電，確保設(shè)備電源的可靠。

2.2.4 現(xiàn)地控制單元改造方案

現(xiàn)地控制單元改造按照機(jī)組檢修期間逐步改造的方式，在完成后接入新系統(tǒng)。新LCU采用施耐德Unity Quantum+系列PLC，CPU采用雙冗余的BMEH584040控制器，并配置獨(dú)立電源的水機(jī)保護(hù)PLC，實(shí)現(xiàn)2套主PLC故障時的后備保護(hù)。

3 改造過渡方案

計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造方案要求逐步改造、平穩(wěn)過渡，采用新老系統(tǒng)并行運(yùn)行，新系統(tǒng)操作新設(shè)備，老系統(tǒng)操作老設(shè)備的方式。新老系統(tǒng)的平穩(wěn)過渡成為改造的關(guān)鍵。通過充分的論證，監(jiān)控系統(tǒng)改造期間的過渡方案如下：

3.1 搭建新的上位機(jī)系統(tǒng)

在改造初期，先搭建新的H9000監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)和遠(yuǎn)動通信裝置，實(shí)現(xiàn)與老系統(tǒng)及調(diào)度的數(shù)據(jù)通信，并逐步實(shí)現(xiàn)與水調(diào)系統(tǒng)、微機(jī)五防系統(tǒng)、10 kV廠用電系統(tǒng)、PI系統(tǒng)等數(shù)據(jù)通信。

3.2 新老系統(tǒng)通信

上位機(jī)改造完成后，老系統(tǒng)通過老遠(yuǎn)動通信站與新系統(tǒng)集控服務(wù)器進(jìn)行通信，新老系統(tǒng)中需要采集的數(shù)據(jù)和指令通過104規(guī)約進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。新系統(tǒng)操作改造后的新設(shè)備，舊系統(tǒng)操作未改造的舊設(shè)備。舊系統(tǒng)上位機(jī)中的服務(wù)器、操作員站、通信工作站等仍保留原有用途(見圖1)。

圖1 改造期總體通信示意

3.3 遠(yuǎn)動裝置通訊調(diào)試

遠(yuǎn)動裝置改造完成后，新系統(tǒng)遠(yuǎn)動通信裝置作為電站與調(diào)度之間的通信設(shè)備，接收省調(diào)AVC/AGC指令并上送遙信、遙測數(shù)據(jù)。老系統(tǒng)調(diào)度數(shù)據(jù)送新系統(tǒng)后通過遠(yuǎn)動裝置上送省調(diào)。改造過程中應(yīng)分次進(jìn)行，確保遠(yuǎn)動通信正常。

3.4 AVC/AGC過渡方案

AVC/AGC過渡方案實(shí)施前應(yīng)確保新老系統(tǒng)之間通訊正常，遙信、遙測、遙調(diào)、遙控信息接收正常；新系統(tǒng)與省調(diào)通訊正常，遙信、遙測、遙調(diào)、遙控接收正常。

3.4.1 AGC過渡方案

新系統(tǒng)AGC功能在監(jiān)控系統(tǒng)改造結(jié)束后投運(yùn)，采用新老兩套AGC系統(tǒng)同時運(yùn)行的方案(見圖2)。改造過程中暫不投運(yùn)全廠AGC功能，新老系統(tǒng)AGC功能對各自控制機(jī)組進(jìn)行控制，新AGC系統(tǒng)控制改造后機(jī)組單機(jī)AGC，未改造機(jī)組調(diào)度AGC指令通過新系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)至老系統(tǒng)。

圖2 平滑過渡期AGC流程示意

3.4.2 AVC過渡方案

全廠AVC投運(yùn)在新系統(tǒng)上，新系統(tǒng)接收母線電壓指令，根據(jù)AVC的計算結(jié)果，將未改造機(jī)組的單機(jī)無功分配令下達(dá)到老系統(tǒng)；老系統(tǒng)AVC退出運(yùn)行不再執(zhí)行二次分配，僅執(zhí)行各機(jī)組的無功控制指令(見圖3)。

圖3 平滑過渡期AVC流程示意

AVC過渡期間，老系統(tǒng)需向新系統(tǒng)傳輸220 kV開關(guān)站及公用系統(tǒng)信息，未改造機(jī)組AVC相關(guān)遙測、遙信等信號用于AVC控制及閉鎖功能。每一臺機(jī)組LCU改造完成后都需對AVC控制邏輯及數(shù)據(jù)通信點(diǎn)表進(jìn)行更新，并測試AVC控制功能。

3.5 現(xiàn)地控制單元LCU改造

灘坑水電站共8個現(xiàn)地LCU，需根據(jù)檢修計劃分批進(jìn)行改造。首臺機(jī)組改造時將該LCU與舊系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)脫離，拆除舊盤柜，安裝新盤柜，現(xiàn)地調(diào)試后接入新系統(tǒng)中并進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試。其他機(jī)組LCU改造根據(jù)檢修計劃逐步實(shí)施并接入新系統(tǒng)。每臺LCU改造完成后需對新系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫及新老系統(tǒng)通信點(diǎn)表進(jìn)行更新，并完成AVC/AGC相關(guān)控制功能測試。

4 難點(diǎn)和對策

(1)水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，改造周期長，需按照機(jī)組檢修周期逐步實(shí)施。這就需要改造前完成詳細(xì)的方案設(shè)計，模擬各類可能出現(xiàn)的問題，并進(jìn)行相應(yīng)的測試。改造過程中需及時更新圖紙和操作規(guī)程，確保設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定。

(2)對于老系統(tǒng)不是采用標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約，不能實(shí)現(xiàn)上位機(jī)一步到位改造的問題?？捎迷h(yuǎn)動裝置作為新老系統(tǒng)通信裝置，采用電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)104規(guī)約傳輸調(diào)度所需的重要信息，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的逐步改造。

(3)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造中還涉及到AVC、AGC功能，因該功能不能停運(yùn)，需要改造過程中及時與調(diào)度機(jī)構(gòu)聯(lián)系，在投運(yùn)新AVC時做好程序銜接；并在機(jī)組或開關(guān)站LCU改造后及時進(jìn)行數(shù)據(jù)庫和邏輯程序更新。

5 結(jié) 語

灘坑水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)第一批設(shè)備于2019年11月開始安裝調(diào)試，2020年12月完成全廠硬件設(shè)備安裝調(diào)試。截至2021年11月，系統(tǒng)AVC、全廠AGC及網(wǎng)絡(luò)安全相關(guān)設(shè)備、策略均完成部署。系統(tǒng)投入運(yùn)行后，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠，改造后的系統(tǒng)可靠性高，有效提升了運(yùn)維人員的工作效率。系統(tǒng)改造過渡過程的有效實(shí)施確保了系統(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行，將影響減少到最低，是改造成功的關(guān)鍵。