HERC8000監控系統在阿薩漢一級水電站的應用

陳豪杰

（浙江華電烏溪江水力發電廠，浙江 衢州324000）

0 引言

阿薩漢一級水電站位于印尼北蘇省阿薩漢河上游河段，是水電規劃三級開發方案的一級電站，裝機容量為2×90 MW。該水電站是華電集團實施“走出去”戰略的第一個海外電源項目，由華電香港公司投資、華電工程建設、華電運營承運。2010年6月并網發電至今，設備運行穩定，極大地改善了當地缺電局面，為印尼地方經濟和社會發展做出了貢獻。

HERC8000監控系統是國電南自開發完成的新一代電力系統計算機監控系統。該系統在阿薩漢一級水電站投運以來，各項技術指標及性能參數均符合EPC合同要求，使用方便，可靠性高。

1 監控系統特點

（1）監控系統具有充分和良好的開放性，設計參考IEC（國際電工委員會）制定的IEC61970／IEC61968系列國際標準，遵循CIM模型開發。（2）監控系統分層、分級、分布式管理的設計思想為系統進行方便的擴展提供了基礎。主站節點、站端設備、服務器、工作站及網絡設備等硬件、軟件模塊都可以方便地擴充。（3）監控系統可選用的硬件平臺包括HP、SUN、IBM等公司的服務器，UNIX工作站、PC工作站、工業控制PC機和其他高可靠性PC機。支持由UNIX、LINUX、WINDOWS等不同操作系統組成的異構系統。

2 監控系統硬件配置

監控系統采用全分布式的冗余雙網體系結構，系統主網采用熱備用的雙網機制，把各個功能模塊分配到系統的各個網絡節點上，保證了系統的可擴充性。當2個通信節點間的2個網絡狀態發生變化時，系統將根據變化后的網絡狀態重新設置其通信路徑。

HERC8000監控系統的硬件配置如圖1所示。

圖1 HERC8000監控系統的硬件配置圖

2.1 監控系統上位機

上位機向運行維護人員提供了良好的人機界面，能夠方便地了解到設備的運行狀況。以語音報警、簡報窗口、光字牌的形式反映設備運行狀態變化及模擬量的越復限情況，還提供歷史數據庫、歷史曲線、報表等存儲和查詢功能。具體如下：（1）主機。主機采用雙機冗余工作方式，具有數據采集和處理、控制與調節、運行參數統計記錄與歷史數據記錄、系統自診斷與冗余切換等功能。（2）操作員工作站。操作員工作站具有監控畫面顯示、全廠運行監視和控制功能，還有發操作控制命令、作定值修改、設定與變更工作方式、報表曲線查詢等功能。（3）工程師及語音報警站。工程師及語音報警站具有數據庫順控流程、量程報警值修改、增加刪除數據庫、監控畫面和報表完善等維護功能，同時還具備站內報警信息的語音報警等功能。（4）通信工作站。通信工作站用于模擬屏系統、GPS系統的通信，并實現與下級電站SCADA系統的通信。

2.2 監控系統下位機

下位機主要由現地控制單元（LCU）組成。各LCU分別完成各自監控對象的數據采集及處理，并向網絡傳送數據，接受上位機的命令和管理。同時單個LCU具有獨立的控制、調節和監視功能。當與上位機通訊中斷時，仍可進行必要的控制調節和監視。整個現地控制單元結構框圖如圖2所示。

圖2 現地控制單元結構框圖

（1）PLC。機組LCU的PLC采用施耐德的 Modicon Quantum Unity熱備系統，完成系統數據采集及設備的調節與控制（包括順控）。PLC通過標準的雙TCP／IP以太網接口連到監控系統的網絡交換機上。PLC具有掉電保護功能和電源恢復自啟動功能，不會導致誤開出。具體如下：1）CPS模件：向底板供電。2）CPU模件：對采集的數據進行處理，通過所編寫的各種程序實現對上位機及其他設備的通訊，接收上位機的控制命令，啟動相應流程來實現對外圍設備的控制。根據某些重要狀態量的變化自啟動流程，實現控制。3）CHS模件：由它實現雙CPU之間的無擾動切換。4）遠程I／O模件：包括遠程I／O的 HEAD模件（CRP）、DROP模件（CRA），以此實現各I／O模件與CPU之間的通訊。5）NOE模件：實現上位機和LCU之間的通信。提供RJ45口和ST口2種通訊方式。6）DDI模件：采集各開關量的變化情況。7）DDO模件：向繼電器提供電壓脈沖，從而控制繼電器的吸合，以控制外回路設備。8）AI模件：通過外圍變送器提供的4～20 m A電流計算出模擬量值。9）RTD模件：通過外圍的Pt100測溫電阻來采集各溫度值。（2）觸摸屏。采用12.1寸威倫 MT8121T觸摸屏。在上位機故障或以太網故障時，給運行人員提供了一個監控的界面。（3）通信服務器。SDX800通信服務器將具有不同通信協議的設備通過編程實現統一，然后將現場設備的采樣數據傳送到PLC，最后各個LCU裝置將所采集的信息上送到上位機數據庫，從而完成對現場數據的實時采樣。（4）水機保護回路。為防止監控系統對機組失去控制，專門提供一套常規保護回路。該回路只能在PLC硬件故障時起作用，并用于機組事故停機和緊急事故停機。

3 監控系統軟件設計

3.1 監控系統上位機

HERC8000系統的組態和維護工具包括監控節點配置工具、數據庫組態工具、畫面生成工具、順序控制程序生成和調試工具、報表編輯工具等。具體如下：（1）根據各監控節點的機器名和網絡IP地址來配置節點，使得監控系統能夠正確識別本系統內配置的計算機的工作狀態。（2）監控系統與所有設備通訊及其交換的數據都需要在數據庫中組態。其功能塊可實現數據庫的創建、修改、查詢、保存、加載等功能。（3）圖形組態軟件通過圖形表示實時控制生產過程的設備狀態和現場運行情況，直接、生動，讓人一目了然。（4）運用Java編程語言，采用面向對象的方法，開發了一套用流程圖進行編程的順序控制系統。在電站應用中，使用這種編程方法實現順序控制更加方便。（5）監控系統的報表系統包括2種狀態：運行狀態和編輯狀態。運行狀態可以查看報表的歷史數據，編輯狀態可以編輯、修改或刪除報表。

3.2 監控系統下位機

機組的控制流程根據設計院提供的流程圖來編寫，PLC程序是用施耐德公司提供的Unity Pro軟件編寫，主要由硬件配置、自定義數據類型、自定義功能塊、變量與功能塊聲明、通訊配置、程序部分和觀察表組成。

4 監控系統應用中的完善

（1）監控系統上位機。投運初期主機和操作員站安裝在同一臺服務器上，運行過程中經常出現死機等異常現象。通過增加2臺高配置服務器，將操作員站1、2和主機1、2分開，減少服務器運行進程，降低CPU使用率，使得二者可以輕松完成各自的任務，提高監控系統上位機的穩定性。（2）監控系統組態軟件。1）對上位機數據庫一覽表中開關量動作性質（狀變、故障、事故）進行分類定義，對數據庫中描述錯誤的點名進行修改，使之和現場設備一一對應；根據實際情況對部分模擬量的上、下限值和量程進行重新整定，使之更符合實際情況和運行人員的監控要求。2）通過畫面文件的鏈接，修改相應的名稱、顏色，便于運行人員查詢和操作。另外還根據實際需要增加新的畫面文件，方便運行監視。3）將順控對象的屬性、名稱和鏈接點與現場實際進行核對，并進行修改，防止運行操作過程中誤動其他設備。4）按照運行實際需要，增加機組工況報表。日報表包含2臺機組1天中每小時平均負荷、流量、最大負荷、最小負荷、消能閥流量等，月報表還包含2臺機組1個月中最大、最小負荷等。5）根據對實際情況的分析，對部分語音報警信號進行增加或刪除。（3）機組PLC程序。1）原機組主軸密封水中斷控制回路中，未考慮機組主軸密封水壓力低這一判斷條件。完善后需要同時具備主軸密封水示流器中斷、非停機狀態、非開機過程、主軸密封水壓力低的條件才動作出口，避免了由于示流器誤動造成機組事故停機。2）原機組各部軸瓦溫度過高控制回路中，沒有軸瓦溫度判斷子程序。增加了軸瓦溫度4取2的判斷子程序，來確認軸瓦溫度是否過高，避免了由于溫控器誤動造成機組事故停機。3）原電氣事故情況下，停機令沒有送勵磁調節器。在電氣事故控制回路中增加了停機令送勵磁的語句，使得其能及時逆變滅磁。4）在模擬量處理子程序中人工強制品質好壞，使得變送器異常輸出時監控畫面仍然能夠正常顯示。

5 結語

HERC8000監控系統自投運以來，實現了信號監視與診斷、數據采集與處理、實時控制和調節等功能。通過對監控系統的完善，能夠迅速、準確、有效地完成監控系統的各項功能，極大地提高系統運行的安全性和可靠性，為阿薩漢一級水電站的安全穩定運行奠定了堅實的基礎，提高了機組的年發電小時，增強了印尼當地電網的穩定性，取得了較好的經濟效益和社會效益。

［1］國電南京自動化股份有限公司.SD8000水電自動化系統使用、操作、維護手冊

［2］國電南京自動化股份有限公司.HERC8000監控系統組態手冊