三板溪電廠計算機監控系統設計及應用

鄧鵬程，諶斐鳴，楊丹丹，毛 琦，王香玲，李傳川，白 瑩

（1.三板溪水電廠，貴州 錦屏 556700；2.北京中水科水電科技開發有限公司，北京 100038）

三板溪電廠計算機監控系統設計及應用

鄧鵬程1，諶斐鳴1，楊丹丹1，毛 琦2，王香玲2，李傳川2，白 瑩2

（1.三板溪水電廠，貴州 錦屏 556700；2.北京中水科水電科技開發有限公司，北京 100038）

簡要介紹了三板溪水電廠計算機監控系統的設計思想、基本結構及設備配置，可供類似水電廠監控系統設計參考。

監控系統；系統結構；功能

0 引言

三板溪水電站位于沅水上游清水江段，壩址在貴州省黔東南自治州錦屏縣境內，距縣城25km，距湖南省懷化市直線距離約140km，是沅水干流上的龍頭電站，工程以發電為主，兼有防洪、灌溉、旅游等綜合效益。電站安裝4臺250MW混流式機組，總裝機容量1000MW，多年平均發電量24.28億kW·h，年利用小時數2428h，設計水頭128m，采用一回500kV線路輸出，并入華中電網，送電湖南，承擔湖南電力系統的調峰、調頻和事故備用，電站本身及其對下游梯級電站的補償作用將顯著改善湖南電力系統的電源結構，并有利于湖南消納三峽的季節性電量。

三板溪監控系統采用北京中水科水電科技開發有限公司開發的H9000系統，該系統已于2006年8月與首臺機組發電同步投入運行。

1 設計思路

（1）系統的可靠性

系統應具有極高的可靠性，廣泛采用分布處理技術和冗余技術。重要設備采用熱備冗余配置，保證系統的可靠性。另外，采用軟件冗余措施，數據庫及控制功能分布處理，系統功能分布在網絡的各個節點中，系統內任一節點的故障不影響其余節點的正常工作。

（2）系統的開放性與可擴性

系統應采用全分布開放式模式，主要軟硬件設備選型應符合計算機技術發展迅速的特點，便于功能和硬件的擴充和升級，能在水電廠環境下長期連續穩定運行，并具有成功的運行經驗。

（3）功能的完善性

系統按電站“無人值班”（少人值守）的原則設計，整個系統配備完善的應用功能及對外開放的接口功能。特別是電站遠方AGC控制功能，能穩定可靠地與上級調度中心進行數據通信，實現上級調度自動化系統對電站的遙測、遙信、遙控、遙調功能。

（4）系統的安全性

系統應是標準化的成熟產品，功能完善并模塊化，并具有完備的確保硬件及軟件的安全性措施，防止監控系統硬件或軟件的故障或缺陷對現場設備的危害。

（5）抗干擾能力

系統網絡采用光纖技術，避免了不同設備之間的電信號連接。LCU配置獨立的液晶觸摸屏，避免了現地電磁場的干擾。應對計算機系統的電源進行隔離。現場信號也應采取光電隔離或其他隔離措施。

（6）系統的友善性與可維護性

人機接口功能強，操作方便，采用面向對象的全漢化界面。向用戶提供強有力的組態開發工具。

（7）充分利用PLC的高可靠性及邏輯控制方面的優點，各LCU以可編程序控制器(PLC)及觸摸顯示屏等為基礎，由PLC完成全廠閉環控制與調節，保證全廠發電運行可靠。LCU在脫離電站主控級的情況下，應能保證機組安全運行。

（8）現地手動操作與控制

為滿足與機組（或檢修后）同步投運的安全、可靠要求，機組現地控制單元具有部分設備狀態現地顯示及必要的常規操作功能，使運行人員在機旁能完成機組投運或調試中的操作。

（9）系統的各項技術性能指標均達到或超過部頒標準DL/T578-95“水電站計算機監控系統基本技術條件”的要求。

2 總體結構

2.1 計算機監控系統結構

三板溪計算機監控系統是在認真分析研究國內外最新計算機硬件產品、軟件產品、網絡技術、實時工業控制產品與未來發展趨勢，根據三板溪發電廠的具體情況，在水科院自動化所H9000分布開放式計算機控制系統的標準模式基礎上，結合當前計算機技術、網絡技術的最新發展，在一個較高起點的基礎上設計的一種全新的、分層分布開放式高速網絡型冗余梯級計算機監控系統。該系統具有良好的可靠性、可擴充性、可移植性，并支持異型機網絡互聯。

三板溪水電站計算機監控系統共分二層：廠站級主控制層、現地控制單元層。兩層之間采用快速交換式雙以太網絡總線，構成高可靠性的局域網絡結構。網絡通訊采用雙100MB網絡交換機和光纖，具有較高傳輸速率和良好的抗電磁干擾能力。100MB網絡交換機通過高品質屏蔽雙絞線連接主控層的各個工作站，通過多模光纜分別聯接現地層分布的各LCU單元。

主控層計算機設備布置在中控室、計算機房。包括兩套數據服務器，兩套操作員工作站、一套工程師工作站、三套通訊工作站、一套多媒體ON-CALL工作站、兩臺打印機、一套GPS時鐘同步系統及UPS電源等設備。操作員工作站布置在中控室，其余設備均布置在計算機房。

現地控制層共設有6套控制單元（LCU），包括4套機組LCU、1套開關站LCU、1套公用設備LCU。

圖1 三板溪監控系統網絡結構及系統配置

2.2 監控系統與湖南省調中心的通信結構

三板溪水電站計算機監控系統近期通過遠程通信工作站及調制解調器與省調中心進行遠方數據通信，采用光纖路由通道，遠動通訊規約采用SC1801（V6.0版）。遠期采用電力系統通信路由器設備的雙廣域網口直接與調度中心進行網絡互聯，通訊規約采用IEC60870-5-104。

2.3 監控系統與華中網調中心的通信結構

三板溪水電站計算機監控系統近期通過遠程通信工作站及RTU與省調中心進行遠方數據通信，采用光纖路由通道，遠動通訊規約采用IEC60870-5-101。遠期采用電力系統通信路由器設備的雙廣域網口直接與調度中心進行網絡互聯，通訊規約采用IEC60870-5-104。

3 體系結構

監控系統的體系由硬件平臺、支撐平臺、應用軟件三層構架構成。其中支撐平臺由通用支撐平臺、數據支撐平臺、應用支撐平臺構成。系統硬件平臺主要設備采用SUN Ultra-Sparc 64位服務器，系統輔助工作站選用HP 32位工作站。系統支撐平臺采用64位Solaris unix及WINDOWS 2003系統，實時數據庫系統采用H9000系統實時數據庫，應用軟件采用中國水利水電科學研究院自動化所研制開發的H9000系統。本系統軟件包括四大部分，即計算機系統軟件、基本軟件、應用軟件以及工具軟件，如圖2所示。

圖2 H9000系統軟件總體結構圖

系統軟件是隨計算機硬件設備一同購入由系統軟件生產廠商提供的軟件，用以提供監控系統其它軟件運行的環境，用戶軟件的開發手段，如用戶程序的編輯、編譯、聯接、任務的插入、運行、退出等。基本軟件是實現監控系統基本監控功能所必須的軟件，如數據采集，數據處理，數據庫管理，圖形顯示，報表生成，語音報警等軟件。應用軟件是實現生產過程操作或控制功能的軟件，如AGC、AVC等，隨著電站特性的不同、功能要求的差異，應用軟件的差別很大，一般需特殊處理。工具軟件是提高系統開發效率的軟件，它可以減輕軟件開發與維護強度，提高系統的可維性，使開放系統真正地向用戶開放。

4 系統特點

（1）系統采用開放系統結構和成熟、可靠、標準化的硬件、軟件和網絡結構，各計算機均采用開放的漢化操作系統UNIX或Window2003，網絡軟件為TCP/IP，圖形符合X/Window。監控系統的全部計算機都直接接入網絡，可獲得高速通訊能力和資源共享能力。

（2）主要關鍵設備選用國際上著名品牌產品，如美國SUN公司的64位服務器及工作站，美國Quantum可編程控制器等，確保系統可靠性指標。

（3）網絡上接入的每一個設備都具有自己特定的功能，實現功能的分布。即提供了某個設備故障只影響局部功能的優點，又利于今后的功能擴充。

（4）為了滿足系統無人值班、少人值守對系統可靠性的要求，整個系統的重要設備采用冗余技術，如主機服務器、操作員工作站、網絡、數據庫冗余技術、UPS電源等。

（5）具有豐富的開發工具軟件和通訊規約，使系統維護擴充和聯網通訊非常方便。實現監控系統與上級調度中心、電廠MIS等其他計算機系統的通信。

（6）主要設備如全部計算機工作站及LCU的PLC直接接入網絡，可獲得高速通訊能力和資源共享能力。PLC直接聯以太網，速率100Mb/s，可靠性指標高。

（7）系統任何設備的冗余與切換均由軟件實現，取消硬件切換裝置，將系統硬件故障點減至最少。

（8）所有計算機系統在失電被動停機時，存儲器無數據丟失。當電源恢復時，能自動再啟動。

（9）采用100MB以太網構成系統的主干網通道，進一步保證了整個系統的實時性與可靠性。

5 系統主要功能

5.1 數據采集與處理

系統對電站主要設備的運行狀態和運行參數自動定時進行采集，并作必要的預處理、計算，存于實時數據庫，供計算機系統用于畫面顯示、更新，控制調節，記錄檢索，統計報表，操作、管理指導和事故分析等。

電站現場各種數據的采集基本由各自的LCU來完成，現場數據包括：模擬量、脈沖量、數字量、一般開關量和中斷開關量。

數據采樣周期可根據系統性能參數要求進行調整。故障、事故報警信號隨機優先傳遞，并顯示故障、事故發生的時間，地點，性質及參數、說明。

為提高系統的實時性，模擬量無變化時不傳送，當變化超過傳送死區時傳送；狀態量有狀變時才傳送；數據采集分為周期式和隨機式兩種方式。

為適合現場運行情況，對所有采集的數據點均可通過人機聯系設置掃查投入與退出、報警使能與禁止標志，對其參數限值可進行人工修改設置，并可用人工設定值取代采集值，以剔除壞點。

5.2 綜合計算

監控系統可根據實時采集到的數據進行周期、定時或召喚計算分析，形成各種計算數據庫與歷史數據庫，幫助運行人員對電廠設備的運行進行全面監視與綜合管理。

5.3 安全監視

安全監視是計算機監控系統的重要功能之一，計算機系統實時監視電站各類設備的運行狀態和參數，當它們發生異常、運行狀態發生變更或參數超越設定限值等時，計算機系統及時報告值班運行人員進行處理，同時進行實時記錄，以便分析查驗。

為方便報警記錄信息查詢，H9000系統提供靈活的歷史數據查詢手段，如過濾器功能，對各種報警歷史數據進行分類、篩選形成報告。報告可打印。

5.4 人機聯系功能

在進行控制操作的人機聯系時，具有操作權限的判別∶有關控制操作的人機聯系，充分利用顯示畫面、鼠標、控制窗口三者相結合的方式，操作過程中有可靠性校核與閉鎖功能，一般對話步驟：選擇被控對象，彈出操作性質控制窗口，選擇操作，認可后執行或取消終止執行。操作提示全部漢化。

5.5 廠內自動發電控制（AGC）和經濟運行（EDC）

自動發電控制分現地AGC和遠方AGC兩種。現地AGC按現地運行值班員設置的參數或監測的參數運行。遠方AGC則按由遠方調度系統自動設置的參數運行。

AGC功能根據給定的運行方式，如全廠調功方式、負荷曲線方式、調頻方式等，將自動跟蹤系統頻率、全廠總功率給定值或全廠負荷曲線等，計算出功率調整值或全廠應發總功率。

AGC功率給定值在全廠有功給定值的基礎上扣除不參加AGC成組運行機組的實發功率。系統在接收到全廠有功給定值后，扣除不參加AGC機組的實發功率值，再將剩余部分分配到參加AGC控制的機組中去。

經濟運行程序 (EDC)根據AGC給出的全廠總有功功率(或總日負荷曲線)設定值，以發電耗水量最小為優化準則，計及各種約束條件，建立數學模型，確定本站4臺機組的最佳負荷分配，開機臺數、開停機順序以及機組間負荷的優化分配，進行機組的自動開停機控制與自動負荷調節。

5.6 生產管理與統計

監控系統可將自動生成的報表數據、報警數據等自動保存，形成生產統計報表歷史數據。另外，各種報警記錄數據也存放在計算機硬盤上，形成報警記錄歷史數據。可保存的歷史數據多少可根據計算機硬盤空間的大小確定，將歷史數據經優化篩選后存入光盤，以便于必要時進行檢索和打印。

5.7 系統自診斷與自恢復

完善的系統自診斷與自恢復功能是實現“無人值班”(少人值守)的重要條件。

本系統為分布式網絡控制系統，具備完善的自診斷與自恢復功能。系統各設備不僅自檢，還可通過網絡進行設備間的互檢，形成系統檢測報告。并將系統異常情況及時報警通知運行人員以及時處理，并可對某些異常情況進行自動自恢復或冗余部件切換處理。

5.8 閉鎖條件庫與防誤操作功能

系統具有完善的防誤操作功能，可以確保由計算機系統發出的命令安全可靠。用戶不需編程，只需將各種操作閉鎖關系按規定的格式填入定義文件，建立相應的數據庫即可。ControlLock會自動對計算機系統的各項指令進行條件判斷，滿足條件則執行，不滿足條件則閉鎖，并給運行人員進行閉鎖原因提示。LCU收到命令后需進行條件判斷再執行命令。

6 結束語

三板溪計算機監控系統從投入試運行到現在，各項功能穩定可靠，系統運行穩定，所有設備運行正常，操作控制正確可靠，其中現地開停機成功率為100%，遠方開停機成功率為100%，AGC動作正確率達到100%，系統可用率高，取得了非常好的社會效益和經濟效益。

[1]周民，姚維達，張毅，等.H9000計算機監控系統的新版本[J].水電自動化與大壩監測，2002，(4)：17-18.

TP273+.5

B

1672-5387（2010）03-0013-03

2010-04-28

鄧鵬程，男，工程師，從事電力系統自動化設備維護檢修和電力信息系統應用研究。（E-mail：dpcsbx@163.com）