貴州白市水電站計算機監控系統運行分析與改進措施

何田華

摘 要：貴州白市水電站的計算機監控系統自2011年12月投運以來，性能穩定，狀態良好，完全達到設計要求和滿足現場設備綜合控制要求。本文通過對貴州白市水電站計算機監控系統的運行情況進行介紹與分析，對運行中已出現的問題如何采取措施與今后面臨的困難提出改進建議。

關鍵詞：水電站;監控系統;運行;措施

貴州白市水電站處于沅水干流上游河段的清水江下游，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個梯級水電站。電站以發電為主，兼有航運等綜合利用效益，屬于二等大（2）型水電工程，并具有季調節性能。

該電站裝有3臺單機容量140MW的混流式水輪發電機組，總裝機容量為420MW;有3臺額定容量160MVA主變，兩回500kV線路，其中一回連接距本廠67km的三板溪水電廠，另一回接入距本廠32km的艷山紅開關站;設計年平均發電量為12.36億kWh。電站建成后并入湖南省電網，承擔著調峰、調頻及事故備用等任務。而其計算機監控系統，按“無人值班、少人值守”要求與五凌遠程集控系統對接，并與500kV開關站同時正式投運。

一、貴州白市水電站計算機監控系統的結構與特點

貴州白市水電站的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、自診斷與遠程集控功能。主要控制功能具體為機組正常開停機、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、機組進水口閘門和各輔助設備控制等，同時還具有整個電站自動發電和電壓控制的功能（AGC/AVC）。

1.計算機監控系統的結構

（1）采用內控型的分層分布、開放總線型網絡結構。貴州白市水電站計算機監控系統采用的是分層分布、開放式結構的總線型網絡系統，即計算機監控內管理。而系統的通訊服務器，負責本系統同其他部各節點開放的以太網（Ethernet）總線連接，現地工業總線采用MOXA公司的控制總線。所有監控設備都按IEEE802.3標準連接到冗余的以太網，采用GPS衛星時鐘系統對監控系統的計算機進行時鐘同步。網絡的通訊介質采用的是光纖。系統分為全廠控制層上位機（H9000）和現地控制層（LCU）。

（2）控制層硬件為HP Z600工件站，操作系統可靠性高。水電站的控制層硬件為hpz600工作站，操作系統可靠性較高，選用的是unix系統，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。設雙機冗余操作員工作站，A、B站設置在中控室，對生產過程進行監視與控制，以實現自動管理。系統中的通訊服務器，負責本系統同其他系統的通訊，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于中控室，可同電話系統聯網。另外，還設置有工程師工作站、數據采集工作站、五凌集控服務器等，配有2臺Cisco Catalyst 3560系列100Mbps的網絡交換機，用于連接操作員工作站、服務器以及全站5套現地控制單元（LCU）等設備。

（3）系統中的現地單元層控制以單元分布原則設計。該水電站的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。監控系統中的現地單元（LCU）采用的是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則采用雙以太網，通過工業控制微機以100 Mbps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。

2.計算機監控系統的特點

（1）所有設備的冗余配置。貴州白市水電站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、UPS電源、機柜電源等，全部實現冗余配置，并由軟件對其進行檢測與故障診斷，實現全覆蓋的無擾動切換，以確保因每一部件出現故障而系統仍能正常運行。而對于故障設備，則由消缺人員及時處理，不會因此影響發電機組的正常運行。

（2） 雙機等硬件設備的冗余配置。全站的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。全站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，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有兩個獨立的CPU機架，每個機架內都有一塊電源、一塊CPU主板和一塊熱備模件，兩個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。而每臺CPU機架都接入工業控制局域網絡。

（3）雙網等軟件設備的冗余配置。監控系統采用的是雙光纖以太網。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網可以零時間切換啟動，由此可靠性能增強。

（4）遠程機箱通訊聯結的冗余設置。水電站的遠程機箱通訊聯結采用的也是冗余配備與設置，如LCU單元需要多個I/O擴展機箱，則連接于Quantum系列的PLC上，一種是遠程RIO（RemoteInput/Output）方式，一種是分布D10（Distributed.Input/Output）方式。

貴州白市水電站采用的是RIO方式，有多個擴展機箱，控制器與遠程站I/O機箱采用雙通訊通道，當任一通道出現故障或通道電纜斷線，也能保證控制器與I/O機箱的正常數據進行交換通訊。

3.計算機監控系統的運行效果

貴州白市水電站監控系統自投運至今，運行良好，效果顯著，主要表現為四個方面。

（1）減少了運行值班人員，改善了他們的工作環境，提高了工作效率，實現了“減員增效”目的。而對于承建單位與遠程監控終端而言，則為實現“無人值班（少人值守）”和五凌遠程的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，為在事故發生情況下對事故原因進行分析及消除事故隱患提供了充分的依據。

（3）系統對于值班人員的任何操作都會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;而對于滿足條件的操作須進行確認后系統才會執行，提高了操作的安全性和可靠性。

（4）貴州白市水電站的計算機監控系統開機僅需90 s時間，不僅滿足了電網調頻調峰、事故處理的快速要求，也減少了開機過程中的水耗，提高了經濟效益。該監控系統自投運以來，極少出現主要設備損壞、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。

二、計算機監控系統存在的問題與改進措施

貴州白市水電站的計算機監控系統在運行中也存在著一些問題，經過多次流程修改、數據完善和技術改進，不僅沒有影響機組的正常運行，其穩定性和可靠性反而大大增強，再沒出現相關的故障和異常。

1.部分模擬量越限值整定不當，致使越限報警頻繁

通過設備現場實際運行情況及設備廠家提供的技術參數對比，合理整定模擬量限制參數，可減輕監控系統控制單元和運行人員監視的負擔。

2.模擬量數據跳變、模塊偶發性死機，致使開停機受阻

這是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。通過架空分層進行重新敷設，將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保證有30 cm 以上距離，用隔板隔離，避免平行走線。對模擬信號特別是毫伏級低電平信號采用了帶絕緣層的屏蔽雙絞線，更換了原普通信號線，并在現地LCU接線端加裝了模擬量信號隔離器，讓所有信號線的屏蔽層采用一點接地。

3.讓現場過程和系統環境及控制信號收集、處理和傳輸兼容

系統所含數據主要由模擬量和開關量兩大類組成，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影響。為提高監視的準確性和控制的可靠性，可通過定期對計算機監控系統模擬量通道進行檢查、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。

4.應采取同時開啟技術供水、主軸密封供水主閥等措施

在機組的順序控制中，為節省開機時間，提高開機效率，可增加同時開啟技術供水、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，進行邏輯判斷后可分別按順序打開相應的備用閥。

5.當機組失電失控時，應增補與完善事故處理程序

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。為保證機組在完全失電失控制時的正常運行，應對事故停機程序進行完善，讓監控系統能啟動事故停機流程，使機組安全停轉。

6.為保證機組安全和運行穩定，應對主控流程進行確定

如應對事故停機、緊急事故停機等進行詳細討論確認，并對正常開停機流程中的轉速信號開入點進行修正，即讓原開入點“轉速小于5%”改為“轉速小于1%”，并以此點作為停機態的判斷條件之一。同時，當因電氣事故而造成停機，應取消“有功為0”的條件判

斷;而對于機械事故的停機，則仍需在“跳斷路器GCB”前判斷“有功為0”“無功為0”“導葉關至空載以下”等情況，并增加退出蠕動程序控制點，以確保機組蠕動后能緊急開機。

通過近三年的運行、改進和完善，不斷發現問題與解決問題，貴州白市水電站計算機監控系統的運行可靠性不斷得以提高，功能日趨完善，操作更加方便，盡管還存在一些不如意的地方，只要不斷改進完善，就一定會真正成為高效果的“電腦值班員”。

（作者單位：中電投五凌電力白市水力發電廠）