白市水電廠計算機監控系統運行情況分析及改進

何田華

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長沙 410004）

白市水電廠計算機監控系統運行情況分析及改進

何田華

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長沙 410004）

摘要：白市水電廠計算機監控系統自2011年12月投運以來，性能穩定，基本滿足現場設備綜合控制要求。該系統采用分層分布、開放式結構的冗余總線型網絡系統，是一個完整、高可靠性水電站實時閉環控制系統，可滿足水電廠“無人值班（少人值守）”和五凌“遠程集控”對計算機監控系統的功能要求。文章主要介紹了白市水電廠監控系統的運行情況，對存在的問題提出改進措施。

關鍵詞：水電廠；監控系統；運行；措施

1　概述

白市水電廠位于沅水干流上游河段清水江的下游，壩址位于貴州省黔東南苗族侗族自治州天柱縣境內，為規劃復核后沅水干流上的第4個梯級電站。電站以發電為主，兼有航運等綜合利用效益，屬二等大（2）型工程，且具有季調節性能，電站裝有3臺單機容量140MW混流式水輪發電機組，總裝機容量420MW；3臺額定容量160MVA主變；兩回500 kV線路，一回連接距本廠67 km的三板溪水電廠，另一回接入距本廠32 km的艷山紅開關站；設計年平均發電量12.36億kW·h。電站建成后接入湖南省電網，承擔調峰、調頻及事故備用等任務。其計算機監控系統按“無人值班，少人值守”和五凌遠程集控設計，并與500 kV開關站同時正式投運。

2　計算機監控系統簡介

白市水電廠計算機監控系統由中南勘測設計研究院和北京中水科水電科技開發有限公司共同設計，其H9000系統具有數據采集與處理、控制、人機聯系、打印制表、故障記錄與自診斷、遠程集控的功能。主要控制功能有:機組正常開停機、事故停機、緊急事故停機、機組負荷調節、斷路器、隔離開關、刀閘、機組進水口閘門、各輔助設備控制等，同時還具有整個電站自動發電和電壓控制功能（AGC／AVC）。

3　系統結構及特點

3.1系統結構

白市水電廠計算機監控系統采用分層分布、開放式結構的總線型網絡系統，計算機監控內管理。系統設有通訊服務器，負責本系統同其它部各節點的數據采集、交換，采用了開放的以太網Ethernet總線聯接，現地工業總線采用MOXA公司工業控制總線。所有監控設備都按IEEE802.3標準連接到冗余的以太網上，并采用GPS衛星時鐘系統對監控系統的計算機進行時鐘同步。網絡通訊介質采用光纖。監控系統分為全廠控制層上位機（H9000）和現地控制層（LCU）.

（1）全廠控制層（H9000）硬件采用HPZ600工件站，操作系統為可靠性較高的UNIX。負責全站的自動化功能、歷史數據處理以及全站的人機對話。在中控室設置雙機冗余操作員工作站（A、B站），實現生產過程的監視與控制，實現對電站的自動管理。系統設有通訊服務器，負責本系統同其它系統的通訊，如網調、省調、五凌遠程集控、以及電廠內部的其他智能數據采集功能裝置等。事故語音報警站也設在中控室，可同電話系統聯網。另外，還設置工程師工作站、數據采集工作站、五凌集控服務器等。系統配有2臺Cisco Catalyst3560系列100Mb/s的網絡交換機，用于連接操作員工作站、服務器以及全廠5套現地控制單元（LCU）等設備。

（2）現地控制單元層采用按單元分布的原則，3臺發電機組各設一個LCU，開關站、公用系統各設一個LCU。白市水電廠監控系統現地單元LCU采用法國施耐德電氣公司的QUANTUM自動化平臺，系統內所有PLC均為QUANTUM系列模塊。LCU采用雙以太網，通過工業控制微機以100Mb/s帶寬速率與主機(上位機)通信。各現地控制單元直接完成生產過程中的實時數據采集及預處理，完成單元狀態的監視、調整和控制以及與上位機的通信聯絡等功能。

3.2系統特點

白市水電廠監控系統的硬件采用多層次的冗余措施，如數據庫采集站、操作員站、通訊服務器、五凌遠程集控服務器、網絡交換機、網絡通道、LCU的數據采集與控制器、CPU模塊、通訊模塊、I／O通道、現地總線、機箱電源、機柜電源等，全部實現了冗余配置，由軟件實現冗余設備的檢測與故障診斷，實現冗余部件的無擾動切換，確保系統中某一部件的故障不影響系統的正常運行。故障設備由消缺人員及時處理，不影響機組的正常運行。

（1）雙機冗余。全廠控制層主控站采用雙機配置，正常情況下A站為工作主控站，B站為備用監視站。全廠只有主控站對所控制的設備下達控制命令，如調整負荷、開停機、操作輔機設備等等，其余的均為監視站，沒有控制權限。中控室所設置的A站和B站可以相互切換為工作主控站，當A站發生故障可自動切至B站為工作站。現地控制層LCU也采用雙機（采用140CPU67160.586/266M）熱備結構。每套LCU有2個獨立的CPU機架，每個機架內有1塊電源，1塊CPU主板和1塊熱備模件，2個CPU機架的熱備模件之間有光纖熱備電纜連接，用以實現數據傳送，保證主備無擾動切換。每臺CPU機架都接入工業控制局域網絡（Modbus Plus）。雙CPU熱備方式運行時，熱備用控制單元僅僅接收主控制單元送來的信息，它不執行控制任務，也不干預主控制單元的運行，但一旦主控制單元出現故障，則熱備用控制單元自動承擔主控制單元的任務，使整個系統的控制流程不會發生停頓，實現無擾動切換。

（2）雙網冗余。監控系統采用了雙光纖以太網。雙光纖以太網工作方式采用同時工作（ALL INWORKING）的方式。這樣，如果A網發生故障，B網可以零時間切換過去，增強可靠性能。

（3）與遠程機箱的通訊連結冗余。LCU單元需要幾個I／O擴展機箱，在Quantum系列PLC上，它有2種連接方式，一種是遠程RIO（RemoteInput／Output）方式，一種是分布D10（Distributed.Input／Output）方式。白市水電廠采用的是RIO方式，它有多個擴展機箱，稱為遠程站（Remote.Drop），控制器與遠程站I／O機箱采用雙通訊通道，當任一通道故障或通道電纜斷線，也能保證控制器與I／0機箱的正常數據交換通訊。

4　運行情況分析

白市水電廠監控系統投運以來，運行情況良好，取得了顯著的效果，其表現在以下幾個方面：

（1）減少了運行值班人員，改善了值班人員的工作環境，提高了值班人員的工作效率，實現了“減員增效”的目的，為實現“無人值班(少人值守)”和五凌遠程集控創造了有利條件。

（2）監控系統采集的信息量大，實時性強，分辨率高，故障、事故、越限、狀態變化、事故追憶等實時和歷史事件能自動記錄和打印，并記錄各種操作和保護的動作順序及時間，為值班人員及時發現設備缺陷，避免設備發生事故起到了積極的預防作用，為事故原因分析及消除事故隱患提供了充分的依據。

（3）對于值班人員的任何操作，系統都要檢查命令的合法性和控制的閉鎖條件，拒絕執行非法命令和不滿足閉鎖條件的控制操作命令，并提示拒絕執行的具體原因，對于滿足條件的操作，還須進行確認，系統才執行操作任務。提高了操作的安全性和可靠性。

（4）白市監控系統開機僅需90 s，這不僅滿足了電網調頻調峰、事故處理的快速要求，同時也減少了開機過程中的水耗，提高了經濟效益。白市水電廠監控系統自投運以來，極少發生主要設備損壞、系統“死機”等問題。系統連續工作時間長，利用率高，為安全生產提供了可靠的保障。系統的高可靠性、高穩定性使維護的工作量日趨減少，基本上達到免維護的要求。

5　系統完善措施

白市水電廠監控系統投運以來，經過多次流程和數據完善，穩定性和可靠性大大增強，完善后系統運行基本穩定。

5.1合理整定定值

由于部分模擬量越限值整定不當，致使監控越限報警頻繁。通過合理整定模擬量限制參數，減輕監控系統控制單元的負擔。

5.2強化信號回路反措

模擬量數據跳變、模擬量模塊偶發性死機，使監控系統開停機受阻，原因為部分信號電纜的敷設不正確，信號電纜與動力電纜敷設在同一層橋架內，對數據采集處理系統的測量精度、系統穩定性和可靠性均有嚴重影響,有些現場干擾脈沖源可達千伏以上,致使計算機系統誤動作，程序“飛掉”造成“死機”,甚至造成模擬量模塊損壞。因此應按架空分層的原則進行敷設，動力電纜敷設于最上層,依次下來是電氣控制、熱控控制,最底層為儀表信號電纜。電力電纜與信號電纜間應保證有30 cm以上距離,用隔板隔離,而且避免平行走線。對模擬信號,特別是毫伏級低電平信號應采用帶絕緣層的屏蔽雙絞線，所有信號線的屏蔽層采用一點接地。

5.3加強系統定期檢查維護

監控數據采集主要是實現現場過程和系統有關環境和控制信號的收集、處理和傳輸。系統所含數據主要由模擬量和開關量2大類，無論是模擬量還是開關量，其采樣的準確性、可靠性和實時性對監控系統的主要性能指標都將產生直接的影響。為提高監控系統監視的準確性和控制的可靠性，專業人員采用通道測試儀器定期對計算機監控系統模擬量通道及電壓值進行檢查、測試，確實保障系統輸入、輸出通道的各項技術指標滿足規程要求。

5.4提升自動化元件可靠性

外圍自動化元件的好壞直接關系到監控系統能否準確反映機組狀態，能否正確完成監控流程。實際運行中存在機組技術供水總閥、主軸密封供水電動閥動作不可靠，造成監控系統自動開停機時間延長或流程受阻。自動化元件的性能滯后直接影響了監控系統的總體性能的發揮，對電站自動化元件進行改造，消除自動化元件的異常和缺陷對監控系統造成的影響，使電站真正實現“無人值班（少人值守）”及五凌集控的可靠保證。

5.5硬件配置升級

網調、省調遠動通信服務器經常中斷、死機現象，是遠動2臺服務器配置較低、內存和磁盤空間不夠，造成的操作系統與通訊協議兼容不穩定。為提高網調、省調遠動上送數據的準確性、可靠性和實時性，升級改造服務器和操作系統（如五凌遠程集控采用的HPDL380系列服務器和UNIX操作系統）。

5.6優化開機流程

在機組的順序控制中為節省正常開機時間，提高開機效率，在機組開機流程中，同時開啟技術供水、主軸密封供水主用閥；并判斷技術供水、主軸密封供水示流信號；如主閥開啟失敗，進行邏輯判斷后分別按順序打開相應的備用閥。

5.7完善系統功能

在機組正常運行時，監控系統只監視各系統的運行狀態，記錄各種實時數據，接收各系統傳來的故障信號，啟動相應的控制程序和停機流程。對于機組保護、調速器系統和勵磁系統，監控系統并不參與實時的系統內部控制，為保證機組在上述三個重要的系統完全失電失去控制時，在機組事故停機程序中增加機組A、B套保護、調速器、勵磁主備系統交、直流操作電源同時失電等條件，讓監控系統能啟動事故停機流程，使機組安全停下來。

6　結論

通過將近3年的運行、改進和完善，不斷發現問題解決問題，監控系統可靠性不斷提高，功能日趨完善、操作更加方便，但系統還存在一些不如意的地方，需在以后工作中不斷改進，使之真正成為“電腦值班員”。

參考文獻：

[1]王德寬，王桂平，涂少峰，等.H 9000分布開放式水電廠計算機監拉系統[J].水利水電技術，1996（05）.

中圖分類號：TP273+.5

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）08-0039-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.08.011

收稿日期：2015-05-04

作者簡介：何田華（1982-），男，助理工程師，從事水電廠運行維護工作。