白山梯級發(fā)電廠H9000 V4.0監(jiān)控系統(tǒng)升級改造

戰(zhàn)玉杰，白 瑩，馮 迅 ，辛 俊

（1白山發(fā)電廠，吉林 樺甸 132400；2北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京 100038）

0 概況

白山梯級發(fā)電廠位于吉林省樺甸市境內(nèi)的第二松花江上游，在電網(wǎng)中擔(dān)負(fù)調(diào)頻、調(diào)峰和事故備用的重要任務(wù)。白山發(fā)電廠由“一廠、兩壩、四站”組成，電站總裝機(jī)容量為200萬kW，其中：白山一期電站裝有3臺30萬kW混流式水輪發(fā)電機(jī)組；白山二期發(fā)電站裝有2臺30萬kW混流式水輪發(fā)電機(jī)組；白山三期電站裝有2臺15萬kW抽水蓄能機(jī)組；距白山下游38 km的紅石水電站裝有4臺5萬kW軸流定漿式水輪發(fā)電機(jī)組。電廠在吉林省樺甸市建有一個梯級調(diào)度中心，用于對各廠站進(jìn)行遠(yuǎn)方開停機(jī)、負(fù)荷調(diào)整，ACG調(diào)節(jié)等操作，實(shí)現(xiàn)對機(jī)組的遠(yuǎn)方監(jiān)視。

白山發(fā)電廠改造前使用北京中水科水電科技開發(fā)有限公司H9000 V3.0計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，改造后使用北京中水科水電科技開發(fā)有限公司H9000 V4.0計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

1 改造的必要性

首先，電廠監(jiān)控設(shè)備已運(yùn)行多年，其中樺甸調(diào)度中心操作員站采用SunFireV240服務(wù)器，白山一期、二期、三期及紅石水電廠操作員站采用SunBlade 2500工作站，安裝Solaris8操作系統(tǒng)，現(xiàn)上述機(jī)型均已停產(chǎn)，且操作系統(tǒng)也升級為Solaris10操作系統(tǒng)，新機(jī)型設(shè)備無法滿足H9000 V3.0計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行條件。部分老型號的設(shè)備原廠家已停產(chǎn)，備件采購困難。因此，為保證電廠長期的安全穩(wěn)定運(yùn)行，針對存在的問題先進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)升級改造是必要的。

其次，按照白山發(fā)電廠智能化改造規(guī)劃，需要將樺甸調(diào)度中心監(jiān)控系統(tǒng)搬遷到集控中心，形成集控中心對白山電站、紅石電站發(fā)電機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，同時向智能統(tǒng)一平臺提供監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)，滿足智能化水電廠建設(shè)要求。在搬遷過程中，對監(jiān)控系統(tǒng)部分運(yùn)行年久、缺陷較多、接近使用壽命的硬件設(shè)備進(jìn)行更換。根據(jù)白山發(fā)電廠智能化水電廠改造規(guī)劃方案，將在集控中心建成智能統(tǒng)一平臺，對白山發(fā)電廠生產(chǎn)設(shè)備相關(guān)信息進(jìn)行統(tǒng)一匯集、整理，并在此基礎(chǔ)上建立信息互動、綜合監(jiān)控、智能決策的智能化水電廠應(yīng)用平臺。由于智能統(tǒng)一平臺需要監(jiān)控系統(tǒng)向其提供必要的機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)，因此還需要對白山、紅石和集控中心的監(jiān)控系統(tǒng)軟件進(jìn)行改造升級，滿足智能統(tǒng)一平臺接入的要求。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

白山發(fā)電廠監(jiān)控系統(tǒng)改造后仍由三個子系統(tǒng)組成：集控中心計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)(簡稱集控系統(tǒng))、白山電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)(簡稱白山系統(tǒng))、紅石電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)(簡稱紅石系統(tǒng))。整個系統(tǒng)采用分層分布的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，共分三層：集控調(diào)度中心層、白山(紅石)站級監(jiān)控層以及現(xiàn)地控制單元層。集控中心層構(gòu)成集控系統(tǒng)，白山站級監(jiān)控層與其現(xiàn)地控制單元層 (包括白山右岸電站和左岸電站)構(gòu)成白山系統(tǒng)，紅石站級監(jiān)控層與其現(xiàn)地控制單元層構(gòu)成紅石系統(tǒng)。

白山、紅石及集控中心三系統(tǒng)內(nèi)部采用雙冗余以太網(wǎng)連接。

白山與集控系統(tǒng)之間采用雙冗余100 MB以太網(wǎng)連接。

紅石與集控系統(tǒng)之間采用雙冗余100 MB以太網(wǎng)連接。

集控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對白山(紅石)電站主要設(shè)備的遠(yuǎn)方集中監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)梯級經(jīng)濟(jì)運(yùn)行閉環(huán)控制功能。白山(紅石)系統(tǒng)是一個完整的實(shí)時閉環(huán)過程控制系統(tǒng)，既可獨(dú)立完成各種現(xiàn)地閉環(huán)控制功能，也可通過與集控中心計算機(jī)控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方監(jiān)控。

計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如下圖1所示：

圖1 白山發(fā)電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

3 升級技術(shù)方案

根據(jù)白山發(fā)電廠的要求，在改造過程中AGC功能以及調(diào)度通信程序都需要連續(xù)運(yùn)行。在所有LCU改造完成前，一直使用老系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)視和命令操作。因此，在改造過程中，需要新、老系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，并保持老系統(tǒng)能夠?qū)Ω鲝S站的所有設(shè)備進(jìn)行操作、可以采集各廠站的所有數(shù)據(jù)、保證AGC及與調(diào)度通信運(yùn)行正常。改造后，將AGC、調(diào)度通信等移植到新系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)新老系統(tǒng)之間的平滑過渡。具體方案如下：

首先，需要利用新增加的主機(jī)設(shè)備（或老系統(tǒng)中的備件設(shè)備）搭建一套新的上位機(jī)系統(tǒng)，新、老監(jiān)控系統(tǒng)并列運(yùn)行，改造好的現(xiàn)地LCU接入新的上位機(jī)系統(tǒng)，未改造好的現(xiàn)地LCU仍運(yùn)行在老系統(tǒng)下；

其次，在新配置的通訊工作站上，安裝H9 000新系統(tǒng)和老系統(tǒng)，在新系統(tǒng)上運(yùn)行IEC60 870-5-104從站程序，在老系統(tǒng)上運(yùn)行IEC60 870-5-104主站程序，新系統(tǒng)和老系統(tǒng)通過IEC60 870-5-104進(jìn)行通信。將接入新系統(tǒng)的LCU的主要數(shù)據(jù)傳送到老系統(tǒng)，老系統(tǒng)上仍然可以監(jiān)視全廠的所有數(shù)據(jù)。將老系統(tǒng)對接入新系統(tǒng)LCU的命令下發(fā)到新系統(tǒng)，老系統(tǒng)上仍然可以控制全廠的所有設(shè)備。

最后，待所有LCU都接入新系統(tǒng)后，將AGC、調(diào)度通信等移植到新系統(tǒng)，將各中控室的操作員站升級為新監(jiān)控系統(tǒng)（見圖 2）。

圖2 升級技術(shù)方案

4 現(xiàn)場施工和調(diào)試

4.1 施工前的準(zhǔn)備工作

（1）為白山、紅石和集控中心各增加兩臺數(shù)據(jù)采集服務(wù)器，用于新監(jiān)控系統(tǒng)（即H9000 V4.0系統(tǒng)）的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集；

（2）為白山和紅石各增加一臺4網(wǎng)卡的通訊工作站，用于新、老系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸和命令下達(dá)；

（3）針對新系統(tǒng)對電廠運(yùn)行和維護(hù)人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)工作；

（4）對新系統(tǒng)在廠家進(jìn)行組態(tài)、數(shù)據(jù)庫完善、畫面制作及各功能的完善準(zhǔn)備工作；

（5）調(diào)試新、老系統(tǒng)之間的通訊程序，使其實(shí)現(xiàn)：將新系統(tǒng)的模擬量和開關(guān)量傳送給老系統(tǒng)，接收老系統(tǒng)的命令，通過新系統(tǒng)下達(dá)給PLC予以執(zhí)行；

（6）對新設(shè)備進(jìn)行出廠前的聯(lián)調(diào)和驗(yàn)收工作；

（7）編制現(xiàn)場施工方案，進(jìn)行工期安排，并做好風(fēng)險評估工作。

4.2 具體實(shí)施情況

4.2.1 紅石監(jiān)控系統(tǒng)改造

（1）在紅石廠站搭建H9000 V4.0監(jiān)控系統(tǒng)，將增加的2臺數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、1臺通訊工作站安裝在計算機(jī)室，為新機(jī)器鋪設(shè)網(wǎng)線，與H9000 V3.0系統(tǒng)共用主備網(wǎng)交換機(jī)。在通訊工作站上同時啟動新、老監(jiān)控系統(tǒng)，并運(yùn)行新、老系統(tǒng)之間的通訊程序，將接入H9000 V4.0系統(tǒng)的紅石LCU信息可以傳送到H9000 V3.0系統(tǒng)中。

（2）對紅石4號機(jī)組PLC進(jìn)行H9000 V4.0升級改造，分別在H9000 V4.0系統(tǒng)和H9000 V3.0系統(tǒng)中，測試數(shù)據(jù)接收和設(shè)備操作情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果為正常。至此，白山發(fā)電廠第一臺LCU改造完成，順利升級為H9000 V4.0系統(tǒng)。

（3）陸續(xù)將紅石廠站剩余3臺機(jī)組LCU和2臺公用、開關(guān)站LCU接入H9000 V4.0系統(tǒng)。

（4）將紅石中控室操作員站升級為4.0監(jiān)控系統(tǒng)，原系統(tǒng)通訊程序移植到H9000 V4.0系統(tǒng)上運(yùn)行，繪制H9000 V4.0系統(tǒng)報表。至此，紅石電廠H9000 V4.0系統(tǒng)基本調(diào)試完畢。

4.2.2 白山監(jiān)控系統(tǒng)改造

（1）在白山廠站搭建H9000 V4.0監(jiān)控系統(tǒng)，將增加的2臺數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、1臺通訊工作站安裝在計算機(jī)室，為新機(jī)器鋪設(shè)網(wǎng)線，與H9000 V3.0系統(tǒng)共用主備網(wǎng)交換機(jī)。在通訊工作站上同時啟動新、老監(jiān)控系統(tǒng)，并運(yùn)行新、老系統(tǒng)之間的通訊程序，將接入H9000 V4.0系統(tǒng)的白山LCU信息可以傳送到H9000 V3.0系統(tǒng)中。

（2）對白山5號機(jī)組PLC進(jìn)行H9000 V4.0升級改造，分別在H9000 V4.0系統(tǒng)和H9000 V3.0系統(tǒng)中，測試數(shù)據(jù)接收和設(shè)備操作情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果為正常。在H9000 V3.0系統(tǒng)中將5號機(jī)組投入AGC成組，測試功率調(diào)節(jié)情況，測試結(jié)果為5號機(jī)組功率調(diào)節(jié)速度、響應(yīng)時間和低頻自啟動等功能均在正常，白山5號機(jī)組順利升級為H9000 V4.0系統(tǒng)。

（3）陸續(xù)將白山廠站剩余4臺機(jī)組LCU和4臺公用、開關(guān)站LCU接入H9000 V4.0系統(tǒng)。

（4）將白山一期、二期和三期中控室操作員站均升級為4.0監(jiān)控系統(tǒng)，原系統(tǒng)通訊程序移植到H9000 V4.0系統(tǒng)上運(yùn)行，繪制H9000 V4.0系統(tǒng)報表。

（5）將白山泵站系統(tǒng)通訊程序接入H9000 V4.0監(jiān)控系統(tǒng)，在H9000 V4.0系統(tǒng)中測試泵站的數(shù)據(jù)接收和設(shè)備操作情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果為正常，泵站2臺機(jī)組和一臺開關(guān)站順利升級為H9000 V4.0系統(tǒng)。

（6）升級電廠與網(wǎng)調(diào)的IEC60 870-5-104通訊程序，使用H9000 V4.0系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)調(diào)的數(shù)據(jù)上送和命令接收工作。

（7）調(diào)度通訊升級后，將AGC功能移植到H9000V4.0系統(tǒng)下，運(yùn)行在H9000V4.0系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集服務(wù)器上。測試H9000 V4.0系統(tǒng)AGC功能的各項(xiàng)指標(biāo)，試驗(yàn)成功后，將AGC控制正式投入使用。至此，白山電廠H9000V4.0系統(tǒng)基本調(diào)試完畢。

4.2.3 集控中心監(jiān)控系統(tǒng)改造

（1）在集控中心搭建H9000 V4.0監(jiān)控系統(tǒng)，將增加的2臺數(shù)據(jù)采集服務(wù)器安裝在計算機(jī)室，為新機(jī)器鋪設(shè)網(wǎng)線，與老系統(tǒng)（H9 000 V3.0系統(tǒng)）共用主備網(wǎng)交換機(jī)。

（2）在白山和紅石廠站所有LCU均接入H9000V4.0系統(tǒng)后，將樺甸調(diào)度中心中控室的操作員A站升級為H9000 V4.0監(jiān)控系統(tǒng)，保留操作員B站和C站為H9000 V3.0監(jiān)控系統(tǒng)，運(yùn)行人員使用H9000 V3.0系統(tǒng)為主，H9000 V4.0系統(tǒng)為輔，對各廠站進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)視和設(shè)備操作，其中AGC操作在其升級為H9000 V4.0前必須在H9000 V3.0系統(tǒng)下執(zhí)行。

（3）在AGC功能移植到H9000 V4.0系統(tǒng)后，將樺甸其余操作員站均升級為H9000 V4.0系統(tǒng)，升級樺甸報表服務(wù)器、調(diào)度IEC60 870-5-101通訊站等為H9000 V4.0系統(tǒng)。至此，H9000 V4.0監(jiān)控系統(tǒng)改造基本完成。

此外，還分別對紅石、白山和集控各廠站運(yùn)行和維護(hù)人員進(jìn)行了現(xiàn)場培訓(xùn)工作。

5 改造后的特點(diǎn)

新的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)繼承了原系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，并在系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性上有了進(jìn)一步的提升，改造后的系統(tǒng)具體特點(diǎn)如下：

（1）對PLC的數(shù)據(jù)采集方式進(jìn)行了改造，使模擬量、開關(guān)量和中斷量的上送速度得到提升；

（2）觸摸屏與PLC之間的通訊方式由串口通訊升級為以太網(wǎng)通訊，提高了現(xiàn)地層數(shù)據(jù)的采集速度和穩(wěn)定性；

（3）增加了開關(guān)輸出量的采集信息，便于電廠對設(shè)備操作情況進(jìn)行監(jiān)視；

（4）畫面控制菜單更加人性化，數(shù)據(jù)信息查找更加方便，數(shù)據(jù)監(jiān)視更加直觀，方便運(yùn)行人員監(jiān)視；

（5）海量的歷史數(shù)據(jù)庫存儲功能，為電廠的數(shù)據(jù)分析和處理提供了強(qiáng)有力的保證；

（6）AGC功能的更加完善，使得運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性得到了良好的保障。

6 結(jié)束語

H9000 V4.0計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在白山發(fā)電廠升級改造中成功實(shí)現(xiàn)平滑過渡，新系統(tǒng)自投運(yùn)以來，設(shè)備狀態(tài)正常，系統(tǒng)運(yùn)行良好，實(shí)現(xiàn)了安全穩(wěn)定運(yùn)行的目標(biāo)，大大提高了電廠的安全運(yùn)行水平，方便員工運(yùn)行維護(hù)，提高了公司的經(jīng)濟(jì)和社會效益。