沙灣水電站計算機監(jiān)控系統的設計與實現

王香玲，趙勇飛，鄧小剛，李一寧，王先政，何國珍

（1.北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京 100038；2.沙灣水電站，四川 樂山 614000）

沙灣水電站計算機監(jiān)控系統的設計與實現

王香玲1，趙勇飛1，鄧小剛1，李一寧1，王先政2，何國珍2

（1.北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京 100038；2.沙灣水電站，四川 樂山 614000）

主要介紹了四川大渡河沙灣水電站H 9000V 4.0計算機監(jiān)控系統的設計原則、總體功能、系統構成與實現，并為沙灣水電站的“無人值班（少人值守）”奠定了堅實的基礎。

沙灣水電站；計算機監(jiān)控系統；設計；實現

沙灣水電站位于四川省樂山市沙灣區(qū)葫蘆鎮(zhèn)，距上游葫蘆鎮(zhèn)約1km，為四川大渡河干流下游梯級開發(fā)中的第一級電站，亦是中國水電集團新世紀投資建設大渡河上第一座水電站，屬四川省重點工程。沙灣水電站工程以發(fā)電為主，該電站裝有4臺軸流轉槳式機組，單機容量120MW，總裝機480MW，設計水頭24.5m，正常蓄水位432.0m，設計引用流量2203m3/s，保證出力151MW，年利用小時數5015h，年發(fā)電24.07億kW·h。電站以220kV接入四川電網，在系統中擔任調峰任務。廠房主體工程于2005年12月開工，計算機監(jiān)控系統采用北京中水科水電科技開發(fā)有限公司研制開發(fā)的H9000V4.0計算機監(jiān)控系統。第一臺機組已于2009年4月投產，第二臺機組已于2009年6月投產，第三臺與第四臺機組分別將于2009年9月及2009年12月投產。H9000V4.0計算機監(jiān)控系統與首臺機組同步投運。

1 沙灣水電站計算機監(jiān)控系統設計原則

沙灣水電站的運行值班方式按“無人值班”（少人值守）的原則設計。計算機監(jiān)控系統采用全開放式分層分布系統結構，系統功能和實時數據均分布到各個現地控制單元中，站內的各個現地控制單元通過交換機和光纜，構成一個可靠的雙環(huán)形網絡，當系統中任何一部分設備發(fā)生故障時，系統整體以及系統內的其它設備仍能繼續(xù)正常工作且功能不受影響。

計算機監(jiān)控系統能對全廠主要機電設備進行控制，并對所有機電設備的運行情況進行全面監(jiān)視。電站的計算機監(jiān)控系統還通過電力調度數據網實現與南充地方調度中心、成都遠方集控中心和四川省調度中心的直接通信，并分別接收、執(zhí)行成都集控中心及四川省調度中心下發(fā)的遙調、遙控命令。

計算機監(jiān)控系統網絡結構圖如圖1所示：

2 沙灣水電站計算機監(jiān)控系統總體功能

電站計算機監(jiān)控系統由站控級和現地控制單元構成。站控級主機、工作站及現地各LCU均使用實時多任務多窗口操作系統，監(jiān)控軟件采取國際上流行的模塊化體系結構，實現監(jiān)控數據處理、計算和儲存的實時性和分布性。監(jiān)控系統集成軟件采用C/S或B/S架構，保證系統響應的實時性和穩(wěn)定性。通過中控室及計算機房工作站上的集中監(jiān)控畫面對設備進行監(jiān)視控制，并自動快速響應控制設備狀態(tài)信息。

圖1 網絡結構圖

計算機監(jiān)控系統歷史數據庫軟件采用商用數據庫軟件，在歷史服務器主機內，用于監(jiān)控系統秒級、分鐘、小時等歷史數據存儲與查詢。

計算機監(jiān)控系統WEB服務器用于監(jiān)控系統數據發(fā)布。

3 計算機監(jiān)控系統實現

3.1 上位機系統實現

站控層由歷史服務器主機1、主機服務器2、操作員站1、操作員站2、工程師站兼仿真培訓站、調度通信服務器1、調度通信服務器2、廠內通信服務器、ONCALL站、WEB服務器、集控通信網關服務器等構成，實現監(jiān)視控制現地設備等功能，形成全站監(jiān)控中心。其中操作包括：機組操作、功率調節(jié)、斷路器操作、隔離開關及刀閘操作、設備操縱及閘門升、降、停操作等。主要設備詳細配置及實現功能如下：

歷史服務器主機：采用HP DL380G5服務器，中文Windows 2000操作系統，安裝有商用數據庫軟件及cluster雙機管理軟件，同時還配置有磁盤陣列，實現監(jiān)控系統歷史數據的管理功能，兩臺歷史服務器主機互為熱備用。該服務器上同時還安裝有北京中水科水電科技開發(fā)有限公司研制開發(fā)的hista歷史數據庫管理軟件及Hreport報表軟件，為電站的歷史數據查詢提供了良好的操作平臺。

操作員工作站：采用Sun Ultra 45工作站，Solaris 10操作系統，實現中控室運行人員監(jiān)視與控制功能。兩臺操作員站互為熱備用。

工程師站兼仿真培訓工作站：采用Sun Ultra 45工作站，Solaris 10操作系統，實現仿真培訓功能。

調度通訊服務器∶采用Sun Ultra 45工作站，Solaris 10操作系統，實現監(jiān)控系統與南充地調及四川省調的數據通訊功能，并能實現數據的直采直送功能。該通訊機采用Solaris 10操作系統大大提高了通訊的安全可靠性。

廠內通訊服務器：采用HP XW4600工作站，中文Windows 2000操作系統，實現監(jiān)控系統與水情及其它廠內系統的通訊功能。

ONCALL工作站：采用HP XW4600工作站，中文Windows 2000操作系統，實現電話及短信息報警功能。

WEB服務器：采用HP XW4600工作站，中文Windows 2000操作系統，實現WEB發(fā)布功能。

集控通信網關服務器：HP XW4600工作站，中文Windows 2000操作系統，實現監(jiān)控系統與成都集控中心的數據通訊功能。

GPS時鐘：實現全廠監(jiān)控系統及其它監(jiān)視設備時間一致功能。

計算機監(jiān)控系統還配置一套入侵檢測系統，采用探測器－控制臺軟硬件相結合的形態(tài)。實時捕獲、分析所監(jiān)控系統網絡的所有數據報文，按照預定義的分析策略和安全知識對其進行分析比較，從中發(fā)現網絡或系統中是否有違反安全策略的行為、被攻擊的跡象、攻擊企圖，并進行適當的響應。根據事先制定的響應方式通知網絡管理員、記錄事件過程并自行采取保護措施。入侵檢測系統采用分布式入侵檢測系統構架，綜合使用模式匹配、協議分析、異常檢測、重點監(jiān)視、內容恢復、網絡審計等入侵分析與檢測技術，全面監(jiān)視和分析網絡的通信狀態(tài)，提供實時的入侵檢測及相應的防護手段，為監(jiān)控系統網絡創(chuàng)造全面縱深的安全防御體系。

系統配置網絡物理隔離設備1套，用于生產信息查詢網與電廠信息網、生產信息查詢網與電站其它相關系統網絡之間的物理隔離，生產信息查詢網上所有節(jié)點及所有外部節(jié)點通過該網絡對電廠信息網的訪問均被禁止。

系統配置防火墻設備一套，用于與上級調度的通訊，連接于調度通訊服務器與調度交換機之間，另外1臺用于與安全區(qū)II的其它系統的通訊，該防火墻位于為廠內通訊服務器配置的外部交換機與廠內通訊服務器之間。

3.2 現地控制單元實現

LCU完成對監(jiān)控對象的數據采集及數據預處理，負責向網絡傳送數據信息，并自動服從上位機的命令和管理。同時各LCU也具有控制、調節(jié)操作和監(jiān)視功能，配備有人機觸摸屏，當與上位機系統脫機時，仍具有必要的監(jiān)視和控制功能。

現地單元由各現地控制單元LCU構成，包括：4套機組LCU、開關站LCU、公用系統LCU及閘門LCU共7套LCU設備。每套現地控制單元PLC均采用德國Siemens公司SIMATIC S7-400/414H冗余CPU，完成系統的數據采集、電廠主輔設備的控制及設備的調節(jié)與控制。進行全廠閉環(huán)控制與調節(jié)，保證全廠發(fā)電運行可靠。

現地控制單元LCU采用 SIMATIC S7-400/414H容錯PLC，由2套互為全冗余容錯熱備控制器組成，它們通過冗余同步模塊和100M光纜實現互連，冗余CPU與遠程I/O通過冗余PROFIBUS-DP總線相連，每個CPU機箱通過工業(yè)以太網通訊接口模塊與監(jiān)控系統雙以太網交叉連接，PLC的遠程I/O站接口模塊（IM153）具有SOE功能，通過配置快速的中斷開關量采集模塊，完成事件的順序記錄。各個LCU Siemens PLC除配有必需的I/O模塊外，還通過LCU工業(yè)交換機，接有PLC智能通信控制器 (2個100M以太網口/8串行)。由智能通信控制器完成LCU與各現地設備，如交流采樣裝置、微機勵磁調節(jié)裝置、微機調速裝置、微機保護裝置、電能計量裝置等其它設備的通信。

3.3 網絡結構實現

監(jiān)控系統局域網按IEEE 802.3設計，采用全開放的分層分布式結構，網絡介質采用光纖電纜，通信規(guī)約TCP/IP，網絡的傳輸速率不小于100Mbps。網絡交換機采用魏德米勒100M工業(yè)以太網管理級主交換機及現地控制網絡交換機，該網絡設備滿足多個輸入輸出，適應各種類型數據的傳輸要求，適應電力工業(yè)現場的電磁干擾、溫度、振動等環(huán)境要求，在實現計算機監(jiān)控系統功能的前提下滿足數據實時性要求。

4 結束語

H9000V4.0計算機監(jiān)控系統在沙灣水電站的合理設計與實現，為沙灣水電站的“無人值班（少人值守）”奠定了堅實的基礎。系統自投運以來，設備運轉正常，系統運行良好，對穩(wěn)定四川電網，提高大渡河水資源調配，促進災后重建起到了重要的推動作用，并將為四川經濟建設做出更大的貢獻。

TP273+.5

B

1672-5387（2010）03-0030-02

2010-04-28

王香玲（1971-），女，工程師，從事水電站計算機監(jiān)控系統的研制、集成。