黃龍灘水力發電廠計算機監控系統改造可行性探討

（湖北黃龍灘水力發電廠，湖北 十堰 442005）

黃龍灘水力發電廠計算機監控系統改造可行性探討

劉朝貴

（湖北黃龍灘水力發電廠，湖北 十堰 442005）

本文介紹了黃龍灘水電廠原計算機監控系統結構，分析存在的問題，提出新系統的改造設計構想，并簡述改造的方案及措施。

監控系統；改造；方案

1 原系統概況

黃龍灘水電廠監控系統為國電南瑞生產的SJ-500系統，分為上位機和現地LCU兩部分。系統分兩期完成。一期于1997年投運，主要完成1號廠房2×85MW水電機組﹑公用設備﹑進水口閘門及公用設備的監控改造。二期隨2004年黃龍灘擴建2×170MW機組竣工同時投運。由于新老機組需要統一管理，本著節約成本最大限度利用一期系統可利用資源，對原1號廠房現地控制單元進行局部改造后并入新的監控系統，實現新﹑老廠發供電設備集中控制﹑統一調度的目標。

2 原系統問題分析

2.1 現地LCU核心為GE公司生產的PAC Rx7i工業控制級PLC，模件占用空間大，功耗大。在夏季高溫環境下，CPU常因柜內溫升大引起過溫保護動作而死機。而且CPU模件現已停產，無備品采購。系統插件隨著運行年限增長元件老化﹑故障率增高，設備返修情況近逐年增加，返修維護周期長﹑費用高，系統整體可靠性降低。

2.2 上位機主站CPU負荷率超過75%，系統可利用資源降低，導致響應速度慢，通訊故障﹑死機現象逐年增多。硬件老化﹑故障率增高。隨著“大運行”體系建設對發電廠機電設備控制要求的不斷提高，特別是對電廠調速﹑勵磁系統的控制精度和響應速度提出了更高的要求，監控系統與其它保護控制設備通訊接口和應用程序不斷增加，操作系統版本過低，兼容性差，系統軟件受硬件限制無法升級，技術性能指標不能滿足調度運行要求。

2.3 機房專用UPS不間斷電源負載能力沒有充分考慮現場增加負載的可能性，導致容量配置偏小，負載率不滿足要求。

2.4 網絡及對時功能：網絡配置采用光纖單環網結構，一旦在環形網絡上出現兩個節點同時故障，會導致兩個節點之間的設備與上位機通訊中斷。對時系統采用GPS 單模對時，不滿足國標對GPS和北斗冗余對時的要求。

2.5 機組現地控制單元冗余水機事故PLC水機保護回路受條件限制，沒有實現與主PLC保護回路獨立隔離措施，需進一步完善。

3 改造后系統運行方式

改造后計算機監控系統采用全分布﹑全開放式結構。在生產主廠房配置上位機主機及操作員工作站。在十堰城區遠程監控中心設置操作員工作站，由運行人員實現對全廠設備遠程操作﹑監視及控制。各現地LCU實現對現場設備的操作﹑監視﹑控制及保護。

4 監控系統改造方案

4.1 機房及電源改造

原機房面積偏小，不符合監控系統技術規范要求，需重新選址以滿足規范要求。并配置獨立的機房專用電源，容量按現有全供負荷的150%配置。分別由兩路獨立廠用交流和兩路獨立直流供電經不間斷電源裝置（UPS）逆變后為上位機及網絡設備提供穩定的電源。現地LCU單元采用交直流雙電源輸入﹑雙路開關電源供電，以滿足系統對供電電源的可靠性要求。

4.2 時鐘同步裝置改造

系統設置GPS和北斗2套衛星時鐘同步源，對監控系統各網絡節點進行時鐘同步。它通過NTP網絡或串口方式向廠級管理工作站傳送時鐘信息，并向各套LCU的及其它系統設備發送時鐘同步信號。并可作為調速﹑勵磁﹑繼電保護及故障錄波等裝置的時鐘同步源。

4.3 上位機改造

按照新的技術規范要求，更換新的主機工作站﹑操作員站和遠動工作站，以適應新形勢下電網調度對發電廠的調節精度要求。具備實時圖形顯示和各種報表生成，報警事件分布以及單對象操作﹑工況轉換﹑功率調節及AGC/AVC等。

4.4 現地LCU改造

現地LCU采用PLC可編程控制器，采用GE公司PAC RX3i CPU，中央處理器為300 MHz，功耗小，結構小，所占空間小，結構布局靈活。

現地LCU設置兩套主CPU，互為冗余，另設置一套獨立的水機事故冗余PLC，作為兩套主CPU的后備，當兩套主CPU同時失電或故障時，緊急情況下由水機事故PLC作用于機組事故停機。機組現地控制單元主PLC與水機事故PLC的水機保護輸入信號在結構上取自完全獨立﹑互不干擾的沒有任何電氣聯系的信號源，以進一步完善水機保護，確保保護動作可靠性。

現地控制單元應具有數據采集﹑處理﹑控制與調節﹑溫度保護功能；同期﹑轉速測量控制功能；調速器﹑勵磁調節器控制及保護數據傳輸功能；輔設控制﹑人機接口﹑系統通信實現﹑自診斷等功能。

4.5 網絡改造：配置雙路100Mb it/s單模光纖作為通訊網絡主干線，各節點采用雙星型結構，現地LCU雙CPU分別接入雙星型主網，以進一步提高通訊可靠性。

5 硬件配置

主機工作站和操作員工作站各兩套，作為運行人員對全廠設備進行監視和控制的人機接口。

遠動通訊服務器兩套，完成與上級調度的通訊功能。站內通訊服務器一臺，完成與廠內水情﹑Mis等通訊。

網絡設備一套，實現全廠計算機網絡節點的連接和通訊。

工程師站一套，完成監控系統數據庫運行與維護。

機組現地LCU單元共4套，開關站公用現地LCU單元共3套，輔機系統現地LCU單元共10套，實現相關設備的I/ O接口及控制功能。

6 改造過程中新﹑老系統過渡及與調度通訊平穩過渡問題及對策

為了減小監控系統改造對電廠安全生產的影響，應本著“統籌規劃，分步實施”的原則安排現場施工進度。機組LCU改造應與機組大修同步實施，開關站LCU改造應結合電站線路檢修進行。施工過渡措施如下：

在改造前期，將原LCU單元與新上位機系統進行數據信息交互，在此基礎上由新系統實現與上級調度機構的遠動通信功能，原上位機系統退出運行。實施新舊系統互聯后，再開展現地LCU改造，在此改造過程中，上級調度機構和電廠運行人員均可通過新系統的上位機對全廠所有設備進行監視和控制。該方案改造前期工作量大，技術要求高，運行方式靈活。

遠景規劃：隨著智能化水電廠在國內的不斷實現，計算機監控系統作為最重要模塊之一與電廠水情測報系統﹑大壩安全監測系統等資源統一納入智能水電廠一體化管控平臺，通過資源共享﹑數據綜合分析，提高水能利用率在發電環節為智能電網發展提供有力支撐。

[1]梁建行.水電廠計算機監控系統設計[M].北京：水利水電出版社，2013.

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