H9000系統(tǒng)在凌津灘水電站監(jiān)控改造中的應用

周永濱，盧小芳，李清華，高 偉，羅 浩

（中國水利水電科學研究院中水科技公司，北京 100038）

H9000系統(tǒng)在凌津灘水電站監(jiān)控改造中的應用

周永濱，盧小芳，李清華，高 偉，羅 浩

（中國水利水電科學研究院中水科技公司，北京 100038）

隨著國內(nèi)水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的日漸成熟，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的監(jiān)控系統(tǒng)憑借其可靠的技術(shù)和優(yōu)質(zhì)的服務已經(jīng)成為水電廠在選擇計算機監(jiān)控系統(tǒng)時的首選，也促使一些原本使用國外監(jiān)控系統(tǒng)水的水電廠對其進行國產(chǎn)化改造。主要闡述了凌津灘監(jiān)控系統(tǒng)改造方法以及帶給我們的啟示。

水電站；H9000；監(jiān)控系統(tǒng)；改造

0 引言

凌津灘水電廠位于湖南省沅水流域干流，距桃源縣城40km，是沅水流域最后一個梯級電站。安裝有9臺單機容量為30MW的燈泡貫流式機組，設計年發(fā)電量12.33億kW·h。5號機組與3號主變組成單機單變的單元接線，其余8臺機組和4臺主變組成兩機一變的4組擴大單元接線，采用220kV單母線分段，5進2出的主接線方式，由兩回220kV的出線接入系統(tǒng)。

凌津灘水電廠原計算機監(jiān)控系統(tǒng)由法國引進，于1998年投運。

1 問題提出

電站監(jiān)控系統(tǒng)從設計到投產(chǎn)至今已運行十余年，主機和網(wǎng)絡等設備都已淘汰或老化，設備的穩(wěn)定性大幅下降，故障率明顯升高。加上國外系統(tǒng)在設計理念、操作習慣、后期服務等方面都存在問題，這使得電廠方面決定對其進行國產(chǎn)化改造。

1.1 廠站級系統(tǒng)設備已不滿足全廠控制要求

上位機設備老化嚴重，目前已屬淘汰產(chǎn)品，工作站頻頻出現(xiàn)死機、脫網(wǎng)現(xiàn)象，嚴重影響運行值班人員對發(fā)電機組設備的監(jiān)視與控制。系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)已經(jīng)落后，二次安全防護要求的入侵檢測系統(tǒng)IDS設備無法正常接入上位機網(wǎng)絡，病毒及網(wǎng)絡入侵將無法被系統(tǒng)檢測到，從而使上位機系統(tǒng)失去安全保障。上位機原有的鼠標、鍵盤等設備均為廠家成套供應，其他產(chǎn)品無法代替，由于長期使用，靈活性已大大降低，給運行人員帶來極大不便。此外，原系統(tǒng)供應商被其他公司兼并，存在技術(shù)交接問題，技術(shù)服務費用十分昂貴。

1.2 現(xiàn)地層部分設計不完善

原系統(tǒng)公用LCU邏輯設計不完善，對公用系統(tǒng)的遠方控制功能未能實現(xiàn)，400V廠用電系統(tǒng)等的操作均需運行人員現(xiàn)場手動操作。

2 總體設計

為了實現(xiàn)改造的平穩(wěn)銜接和過渡，電廠方面經(jīng)過認真分析比較選用了北京中水科水電科技開發(fā)有限公司 （水科院自動化所）研發(fā)的H9000V4.0分布開放式計算機控制系統(tǒng)，在硬件和軟件上都進行了升級改造。更換電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)上位機全部設備和網(wǎng)絡設備，升級PLC等工作。僅保持現(xiàn)地控制單元（LCU）端子柜位置、盤面布置不變，以減少工作量，縮短施工工期。

監(jiān)控系統(tǒng)改造后的結(jié)構(gòu)配置圖如圖1：

3 廠站層的改造

廠站層的改造主要包括系統(tǒng)硬件設備的更換升級；上位機控制功能重新設計開發(fā)；上位機監(jiān)控畫面、報表文件重新設計開發(fā)；數(shù)據(jù)庫配置設計開發(fā)；AVC經(jīng)濟運行等。

3.1 廠站層硬件改造及配置

監(jiān)控系統(tǒng)上位機更換PC工作站共9套，其中主機服務器2套，操作員工作站2套，工程師站1套，通信工作站4套。其中主機服務器采用SUN公司的Sun Fire V490Server每臺配置為2個64位UltraSPARC IV+處理器，8G內(nèi)存，4塊146G硬盤；操作員站和通信工作站為SUN公司的Sun Ultra45，配置為2個64位Sun UltraSPARC IIIi處理器，4G內(nèi)存，3塊146G硬盤；工程師站為HP公司的HP XW8600工作站，配置為2個Intel Xeon E5430處理器，8G內(nèi)存，3塊146G硬盤；

主機服務器用于在線備份監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并用以存儲監(jiān)控系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)。監(jiān)控系統(tǒng)和水調(diào)系統(tǒng)的通信通過廠外通訊服務器實現(xiàn)，廠外通訊服務器通過物理隔離裝置接入監(jiān)控系統(tǒng)，水調(diào)系統(tǒng)通過與廠外通訊服務器進行網(wǎng)絡通訊可獲得全廠機電設備的運行情況信息。

圖1 凌津灘電站監(jiān)控系統(tǒng)配置框圖

和省調(diào)通信有兩條互備通道，一是通過通信服務器的RS232串口通過101規(guī)約由MODEM和省調(diào)相連；二是采用104規(guī)約通過光纖以太網(wǎng)和省調(diào)進行通信，在服務器上安裝了104規(guī)約，進行了相應的調(diào)試，實現(xiàn)了遙信、遙測、遙控、遙調(diào)等功能。

監(jiān)控系統(tǒng)還配置了2臺網(wǎng)絡打印機，按照運行操作人員的管理和要求打印日志和報表。

3.2 上位機AVC功能的完善和實現(xiàn)

經(jīng)改造后，監(jiān)控系統(tǒng)能實時接收省調(diào)設定的母線電壓值，并根據(jù)電廠當前的母線電壓給定值與電壓測量值進行比較，根據(jù)該偏差，通過PI調(diào)節(jié)計算得出電站無功功率目標值。無功功率目標值及PI調(diào)節(jié)計算中的積分項均受到并網(wǎng)機組的無功負荷能力的限制。該無功功率目標值將在參加聯(lián)合調(diào)節(jié)的機組間分配，經(jīng)過分配后得出電站每臺機組的無功功率目標值。機組無功功率目標值與無功功率測量值比較，根據(jù)比較的偏差，通過PI調(diào)節(jié)計算出機端電壓給定值，送給LCU執(zhí)行。該電壓給定值及PI調(diào)節(jié)計算中的積分項將受到勵磁調(diào)節(jié)器電壓給定最大和最小值的限制。

4 現(xiàn)地層的改造

各下位機（LCU）采用雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了完全的網(wǎng)絡備份。其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

4.1 PLC的改造

圖2 凌津灘電站LCU結(jié)構(gòu)框圖

原下位機PLC的CPU均采用GE公司的CPU351，現(xiàn)改為IC693CPU374，主要負責對機組實施控制，并且提供網(wǎng)絡接口，供上位機進行數(shù)據(jù)采集，IC693CPU374具有強大的數(shù)據(jù)處理功能，可以快速完成控制、監(jiān)視等工作。原下位機PLC為兩個獨立的站點單獨運行，改造后更換一塊10槽底板IC694CHS392，設計成一個本地站兩個遠程站的結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)的集成度和可靠性。為實現(xiàn)雙網(wǎng)改造，每套PLC增加一塊支持TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡模塊，型號為IC693CMM321CA。每個PLC底板的電源模塊改用大容量電源模塊IC693PWR331，這種模塊負載能力為30W，較以前提高了供電可靠性。

鑒于原系統(tǒng)電量采集裝置已經(jīng)老化，采集精度已經(jīng)不滿足控制要求，我們在每套LCU增加了IC693PTM100電量采集模塊，已完成對電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)等電氣量的采集任務，并通過PLC的內(nèi)部總線直接將這些量的原碼值送到CPU，送到上位機供運行人員監(jiān)視。

4.2 工控機的改造

為節(jié)約工程成本，改造方案保留了原系統(tǒng)的工控機，為了提高其響應速度，方便維護人員進行組態(tài)，把工控機與PLC的連接方式改為以太網(wǎng)方式。

重新對工控機進行了組態(tài)設計，增加了重要點的報警點，使現(xiàn)地LCU即使在完全脫網(wǎng)的情況下也能對機組進行監(jiān)視和控制。

4.3 LCU電源的改造

由于原LCU電源系統(tǒng)設備老化，出現(xiàn)了數(shù)次LCU斷電事故，使現(xiàn)地控制單元完全處于失控狀態(tài)，電源系統(tǒng)的改造尤其重要。

改造后的電源系統(tǒng)包括3臺交直流雙供電電源，其中2臺容量分別為150W和400W的電源均是輸入AC220V/DC220V，輸出DC24V，兩臺電源為互備，給盤內(nèi)交換機、觸摸屏、光耦隔離板等設備供電；1臺容量為150W輸入AC220V/DC220V，輸出DC48V，供給外部I/O使用。設備電源和外部I/O電源隔離，即使外部I/O回路出現(xiàn)短路或接入強電等故障，也不會影響盤柜內(nèi)設備的運行。此外，1臺電源故障熄火或者1條輸入斷電都不影響電源系統(tǒng)的正常供電，極大的提高了電源系統(tǒng)的可靠性，使因電源系統(tǒng)引起的系統(tǒng)失控的概率降到最低。

5 改造后的系統(tǒng)功能

新的監(jiān)控系統(tǒng)繼承了原系統(tǒng)的一切優(yōu)點，并兼?zhèn)淞艘恍┬碌奶攸c，綜合起來實現(xiàn)了以下功能：

（1）控制功能：現(xiàn)地和遠方自動開停機、刀閘分合、開關、設備啟閉等操作；

（2）監(jiān)視功能：運行工況監(jiān)視（開關量、中斷量、模擬量、事故點、溫度量等），語音報警；

（3）事故追憶：開關動作順序和時間、電氣量、非電氣量和溫度值記錄等；

（4）統(tǒng)計功能：開停機次數(shù)、刀閘分合閘次數(shù)等；

（5）報表打印功能：生產(chǎn)日報、月報，一覽表打印；

（6）遠程通信：與省調(diào)、MSI通信等；

（7）數(shù)據(jù)儲存：歷史數(shù)據(jù)庫在歷史數(shù)據(jù)站自動存檔；

（8）調(diào)節(jié)功能：AVC等。

6 結(jié)束語

計算機系統(tǒng)改造是一個很復雜的系統(tǒng)工程，回顧整個改造過程，以下幾點是改造成功的關鍵所在：

（1）施工前協(xié)助廠方定好安全施工方案，施工過程中精心組織、調(diào)試。

（2）邀請電站方面技術(shù)人員直接參與開發(fā)調(diào)試，使維護人員熟悉開發(fā)過程，為以后進一步掌握系統(tǒng)打下基礎。

（3）盡量掌握原系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、控制程序，保留其運行成熟的可靠的部分，尊重原系統(tǒng)的設計。

（4）實施監(jiān)控系統(tǒng)的過渡方案。使得在整個改造過程中，由新舊系統(tǒng)組合而成的過渡系統(tǒng)始終可用，最大限度保證運行生產(chǎn)不受影響。

[1]田啟榮.凌津灘電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)AGC/AVC的技術(shù)改造[J].水電廠自動化,2003.

TV736

B

1672-5387（2011）03-0045-03

2011-04-11

周永濱（1983-），男，助理工程師，從事水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的研究和調(diào)試工作。