H9000計算機監控系統在象山水電廠應用

牛保國，戴延君，佟 偉

(1.黑河市水務局，黑龍江黑河164300;2.黑河象山水電廠，黑龍江黑河164300;3.黑龍江省水利水電勘測設計研究院，哈爾濱150080)

黑河象山水電廠地處黑龍江省黑河市，屬黑龍江水系法別拉河中游，壩址距黑河市72 km。樞紐工程主要有攔河壩、岸坡式溢洪道、引水系統、地面發電廠房及開關站等組成，水庫總庫容3.11億m3，壩址以上控制流域面積1 972 km2，是一座以發電為主兼顧防洪、養魚、凈化水質等綜合利用的水利樞紐工程，為一不完全多年調節水庫。電廠裝機容量18.32 MW，裝有4臺(3×6+1×0.32)MW水輪發電機組與兩臺容量16 MVA和8 MVA雙繞組和三繞組變壓器組成了擴大單元接線，電能輸送分別以一回110 kV電壓等級并入黑龍江電網和一回35 kV電壓等級并入黑河電網，多年平均發電量4 130萬kW·h。

電廠原計算機監控系統由東北勘測設計院設計，主機以計算機監控為主，常規控制為輔，如開關站、公用、保護、調速器、勵磁裝置、同期等設備未考慮在內，由于監控系統的結構和功能不十分完善同時由于設備已進入老化期，設備陳舊和技術的落后為電廠的管理和維護帶來了困難，甚至嚴重影響系統的正常運行。2005年通過招標，選定北京中水科水電科技開發有限公司研發的H9000計算機監控系統。該系統采用分層分布式開放系統結構，以全面實現電廠的自動化監控和管理。

1 計算機監控系統配置及功能

1.1 系統結構

電廠以計算機監控系統為基礎，不再另設常規集中監控設備。設備的運行監視和控制在中控室的操作員工作站上進行，同時也可在現地LCU上通過觸摸屏實現對其所控設備運行的監視和控制。機組單元及開關站/公用單元通過光纖網絡與全廠計算機監控系統連接并接受其監控。系統分兩層，廠站級控制層和現地控制單元層。兩層之間采用100MB快速以太網總線，構成高可靠的網絡結構。網絡通訊采用高性能的網絡交換機進行連接，系統具有較高的傳輸速率和良好的抗電磁干擾能力。

1.2 主控級配置

主控級設備布置在中控室，系統主機兼操作員工作站配置兩套，采用美國HP xw 4400工作站，每套配1臺ViewSonie彩色LCD顯示器，兩臺工作站以互為熱備方式工作，完成對整個電廠的計算機監控系統的管理，正常時，一臺為主機，完成監視和控制任務，另一臺則為備用，可進行正常監視。當主站故障或退出時，備用站可自動或手動升為主站，完成監控任務。

1.3 主控級的功能

主要功能AGC/AVC計算和處理，數據庫管理，在線及離線計算，各圖表曲線的生成，事故、故障信號的分析處理、畫面顯示語音報警及人機聯系等功能。

1)數據采集與處理功能。主要是采集各控制單元上傳的操作和事件數據，并存入實時數據庫，用于畫面更新、控制調節、趨勢分析、記錄打印、操作指導及事故記錄和分析;數據處理功能是進行各種數據編碼，校驗傳輸誤差及數據傳輸查錯，生成各種數據庫，供顯示、刷新、打印、檢索等使用。

2)監視與控制功能。主控級對電廠主要運行參數及事故、故障狀態，以數字、文字、圖形 、表格、曲線等形式進行動態監視，并在主計算機LCD上顯示;主控級的控制由值班人員通過LCD、鍵盤、鼠標等，對被控制對象進行調節和控制。

3)機組有功、無功調節功能。運行人員可通過操作調節畫面，對機組進行有功、無功功率的調節。調節方式可以為設定值調節，也可以為設定步長的單步調節。設定值方式需經過人機對話，如選擇調節對象、內容，進行操作閉鎖條件檢查，再由數據輸入窗口完成數據的整定，并確認操作。單步調節方式可直接用鼠標點擊機組的有功或無功功率的增減操作按鈕即可。

4)3種運行方式功能:①自動控制方式功能。在正常運行方式下，由監控系統的電廠控制層設備實現對電廠的自動或手動控制，例如，由AGC/AVC進行機組的自動開停機控制。②現地控制方式功能。運行人員通過LCU的人機聯系手段實現對電廠機組或有關設備的控制或調節。LCU的人機聯系手段可包括操作觸摸屏、操作控制按鈕及操作開關等。現地控制方式的實現仍由監控系統的LCU設備自動完成。③現地手動方式。在LCU屏上設有“現地/遠方”位置和“手動準同期/自動準同期”位置等切換開關，當該切換開關分別在現地和手動準同期位置時，運行人員可通過LCU屏上的控制開關直接作用LCU實現對機組的控制。

2 現地控制級結構配置功能

PLC配置結構采用CIWA—35系列PLC。CPU模塊采用MX315－2AG10，現地控制級設5個LCU，1～4號機組單元控制級為1～4 LCU，開關站/公用設備系統單元控制級5 LCU，正常運行時，機組自動操作由機組單元控制級的主PLC(可編程控制器)完成，通過中控室主控級或機組單元控制級的控制命令，實現機組開、停機等全部控制操作;各單元控制級的具體監控對象及其功能如下所述。

1)機組單元控制級。1～4LCU布置在發電機層機旁，監控對象為:進水口閘閥，水輪機及其輔助設備，發電機及其輔助設備，發電機出口斷路器，主變壓器設備等。

2)110 kV系統單元控制級。該單元控制級5 LCU布置在繼電保護室內，監控對象包括:2條線路出口斷路器，隔離開關，接地開關，母線設備等。

3)公用設備單元監控對象為:廠用電系統，廠用直流系統，廠內排水系統，高低壓氣機、供油系統等。

現地控制級的功能主要是。數據采集與處理，顯示監視，控制與調節，音響及信號，通訊與控制，自診斷功能。現地控制級數據采集包括:在正常工作情況下對各控制單元模擬量、開關量和脈沖量進行采集工作;在事故和故障情況下能自動采集事故或故障發生時刻的有關數據，并按其發生的順序記錄事故或故障的性質、發生的時間等。現地控制級既可接受主控級指令，同時可在現地進行操作。現地控制級具有與主控級的通訊功能，向主控級傳送所需要的全部過程信息，也可根據主控級指令隨時上傳要求的信息;在發生故障或事故情況下，及時向主控級傳送故障或事故信息，并可接受主控級發來的控制指令，同時將執行情況和結果回送到主控級。

3 計算機監控系統的特點

象山水電廠采用全計算機監控手段，取消了所有的常規控制方式，因此要求計算機監控系統必須具備系統的實時性、高可靠性、易維護性和安全性等。

3.1 系統的實時性

系統的實時性反映在系統的響應時間上，系統現地控制級的數據采集時間＜1 s，事件順序點分辨率＜5 ms，執行控制的響應時間＜1 s，主控級的人機響應時間＜2 s，聯合控制有功、無功功率的執行周期為3～6 s，可完全滿足整個生產過程對數據采集、人機通訊、控制命令執行時間的要求。

3.2 系統的高可靠性

由于整個系統由高可靠性進口元件組成和高度冗余的配置，并且整個網絡采用光纖連接，具有較好的抗電磁干擾和防雷能力，因此能長期可靠運行。

3.3 系統的易維護性

系統完善的遠程自診斷及監視功能，能快速自動監視診斷到故障的部位，及時通知維護人員更換故障的部件，同時部分模塊可以帶電拔插，也簡化了維護工作。

3.4 系統的安全性

系統對每一功能和操作都進行檢查和校核，發現有誤時自動實現操作閉鎖及報警，以避免誤操作事故。

4 結語

象山水電廠計算機監控系統的配置及功能較為全面和完善，采用了國內外的最新技術 ，在國內監控領域中處于領先地位。分層分布式開放系統結構適合于電廠生產和管理體制的分層次管理及集中控制的要求;同時系統具有實時性、高可靠性、易維護性和安全性的特點，為電站實現“無人值班”(少人值守)創造了有利條件。

［1］趙臣，張殿民，戴延君.象山水電廠機電設備技術更新改造成果回顧［J］.黑龍江水利科技，2008，36(5):54 －55.