直崗拉卡水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)與實(shí)施

【摘要】直崗拉卡水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造采用南京南瑞集團(tuán)公司水利水電技術(shù)分公司自主研制的技術(shù)較為成熟的基于Linux操作系統(tǒng)跨平臺的全分布開放式NC2000計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)由電站主控層及現(xiàn)地控制層組成，采用雙星形網(wǎng)絡(luò)冗余結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)電站“無人值班（少人值守）”的自動控制方式。本文介紹了系統(tǒng)改造的必要性、系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)的主要功能以及改造實(shí)施方案。

【關(guān)鍵詞】NC2000；直崗拉卡水電站；計(jì)算機(jī)監(jiān)控；冗余網(wǎng)絡(luò)；實(shí)施方案

前言

直崗拉卡水電站位于黃河干流上游的青海省尖扎縣與化隆縣交界處，距上游李家峽水電站壩址7.5km，距青海省西寧市公路里程109km。電站安裝5臺單機(jī)容量為38MW的燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量190MW。電站以發(fā)電為主，主要建筑物由廠房、泄水閘、開關(guān)站及左岸土石壩組成。電站分為兩期工程建設(shè)，第一期建設(shè)四臺機(jī)組，于2002年8月正式開工，2005年5月～2006年6月1～4#機(jī)組已經(jīng)相繼發(fā)電。第二期于2013年9月開始五號機(jī)組擴(kuò)容建設(shè)，2014年5月30日投產(chǎn)發(fā)電。

電廠現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是隨水輪發(fā)電機(jī)組從天津阿爾斯通水電設(shè)備有限公司引進(jìn)的，由于備品備件購買困難，價(jià)格昂貴，人機(jī)接口不友好，設(shè)備維護(hù)操作不方便，設(shè)備使用已有十年之久，逐年老化，直崗拉卡水電站決定對其進(jìn)行國產(chǎn)化改造。

1改造前監(jiān)控系統(tǒng)狀況及改造的必要性

該站改造前監(jiān)控系統(tǒng)廠站級控制層（以下簡稱上位機(jī)）采用的是ALSTOM研發(fā)的P320監(jiān)控軟件，LCU采用GE9030系列PLC；上位機(jī)與LCU間通過工業(yè)交換機(jī)連接構(gòu)成環(huán)型以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)；LCU包括1F-4F機(jī)組、開關(guān)站及公用6個LCU；各LCU均采用一套CPU工作模式，每個LCU具有簡單的機(jī)組狀態(tài)轉(zhuǎn)換現(xiàn)地操作功能。

該系統(tǒng)自投運(yùn)以來，運(yùn)行一直較為穩(wěn)定。但隨著設(shè)備運(yùn)行時間的延長，出現(xiàn)了部分缺陷和隱患，對生產(chǎn)造成了一定的影響。

1）人機(jī)操作不友好，操作界面多采用的圖標(biāo)無法漢化，無法在線修改程序，維護(hù)困難；

2）上位機(jī)計(jì)算機(jī)設(shè)備老化嚴(yán)重；

3）PLC沒有冗余配置；

4）電調(diào)、勵磁等設(shè)備的新增和改造，使得I/O點(diǎn)數(shù)量已不敷使用，系統(tǒng)硬件瓶勁已凸顯；

5）隨著電站自動化水平的提高，對監(jiān)控系統(tǒng)在調(diào)度通信、調(diào)度自動化、安全生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等方面提出了新的要求；

6）容量為5KVA的UPS不能滿足現(xiàn)場設(shè)備需要。

為徹底解決監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題、提高設(shè)備可靠性和自動化水平，滿足電站安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需要，直崗拉卡水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造勢在必行。

2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

直崗拉卡水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造采用南京南瑞集團(tuán)公司水利水電技術(shù)分公司（以下簡稱南瑞）自主研制的技術(shù)較為成熟的基于Linux操作系統(tǒng)跨平臺的全分布開放式NC2000計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，由主控層和現(xiàn)地控制層組成，監(jiān)視和控制全廠5臺發(fā)電機(jī)組、開關(guān)站、廠用電系統(tǒng)、公用輔助設(shè)備及泄洪閘系統(tǒng)。

系統(tǒng)采用全分布開放式的全廠集中監(jiān)控方案，主要設(shè)備采用冗余配置。主控層包括2臺主機(jī)、1臺歷史數(shù)據(jù)站、2臺操作員站、1臺語音機(jī)、1臺工程師站、2臺調(diào)度通信機(jī)、1套GPS時鐘同步系統(tǒng)及UPS電源等設(shè)備，負(fù)責(zé)全廠的信號采集和控制、自動發(fā)電控制和自動電壓控制、與上級調(diào)度中心調(diào)度自動化系統(tǒng)通訊等。現(xiàn)地控制層（LCU）包括5臺機(jī)組、開關(guān)站、公用LCU共7套，PLC均采用南瑞的MB80系列，CPU熱備冗余配置。主控層與現(xiàn)地控制層間的通信采用雙冗余星形交換式100Mbit/s光纖以太網(wǎng)的方式，設(shè)置2臺工業(yè)型千兆以太網(wǎng)主交換機(jī)，分別通過屏蔽雙絞線介質(zhì)連接與主控層連接，以及通過多膜光纜聯(lián)接至LCU中的2套現(xiàn)地控制交換機(jī)。

3系統(tǒng)主要特點(diǎn)

1）整個系統(tǒng)采用開放的、分層、分布的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，主要設(shè)備的冗余設(shè)計(jì)，主機(jī)、操作員站、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、CPU等采用雙機(jī)熱備工作方式，系統(tǒng)可靠性高。

2）在機(jī)組LCU中配置用于水力機(jī)械事故的簡化的獨(dú)立繼電器接線，當(dāng)電站發(fā)生重要水力機(jī)械事故（包括過速、軸承瓦溫過高、事故低油壓、按下緊急停機(jī)按鈕等）而電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)因故退出運(yùn)行時，由獨(dú)立繼電器接線實(shí)現(xiàn)事故停機(jī)。

3）本系統(tǒng)采用全分布式結(jié)構(gòu)體系，即系統(tǒng)功能分布和數(shù)據(jù)庫分布。全廠數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫分布在電站層各節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)中，各LCU數(shù)據(jù)庫分布在各個LCU中，系統(tǒng)各項(xiàng)功能分布在系統(tǒng)的各個節(jié)點(diǎn)上，每個節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)嚴(yán)格執(zhí)行所指定的任務(wù)并通過系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與其它節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊。

4）NC2000具有可視化的順控流程組態(tài)工具，用直觀的、交互的方法，編制控制調(diào)節(jié)的算法。執(zhí)行程序解釋執(zhí)行，并用圖形化方式顯示流程實(shí)際執(zhí)行過程，支持在線調(diào)試，在線修改和離線仿真。

5）采用并聯(lián)冗余方式的UPS電源，兩臺15KVA的UPS平均分配負(fù)荷，切換無擾動，電壓輸出小型連續(xù)。每套UPS采用一路交流220V和一路直流220V電源輸入，輸出交流220V穩(wěn)定電源。

4 改造實(shí)施方案

改造過渡期間，新、舊監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)并列獨(dú)立運(yùn)行。LCU改造前，其所監(jiān)控設(shè)備在舊監(jiān)控系統(tǒng)操作員站進(jìn)行監(jiān)視和操作控制；改造完成后，則在新監(jiān)控系統(tǒng)操作員站進(jìn)行監(jiān)視和操作控制，隨著LCU改造，逐步完成LCU接入新監(jiān)控系統(tǒng)。

按照施工計(jì)劃，監(jiān)控系統(tǒng)改造分4個階段，由電站相關(guān)技術(shù)人員制定各階段設(shè)備的具體施工方案，并據(jù)此進(jìn)行改造施工：第1階段，利用全廠停電期間，完成開關(guān)站LCU更換、新監(jiān)控系統(tǒng)臨時操作員站的搭建；第2階段，完成新監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)的搭建、臨時操作員站與上位機(jī)的合并、UPS及5號機(jī)組LCU安裝；第3階段，根據(jù)電站檢修任務(wù)安排，逐步對各LCU進(jìn)行更換，并在最后一臺LCU改造同時完成公用LCU更換；第4階段，AGC/AVC功能調(diào)試和系統(tǒng)全面消缺、完善。

電站對本次改造施工進(jìn)行了精心組織和周密安排，成立了監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)改造領(lǐng)導(dǎo)小組，從技術(shù)要求、施工組織、質(zhì)量監(jiān)督等方面進(jìn)行分層把關(guān)。該小組在設(shè)備現(xiàn)場安裝調(diào)試期間解決了大量實(shí)際施工問題，如用于線路斷路器同期的母線側(cè)電壓調(diào)整二次接線，以及根據(jù)原有電纜排布情況改進(jìn)設(shè)計(jì)、優(yōu)化端子布置以最大程度合理利用原有電纜等。

為保證電站正常生產(chǎn)活動和經(jīng)濟(jì)效益，盡量縮短機(jī)組停運(yùn)行時間，本次改造施工進(jìn)行了嚴(yán)格的工期控制。為保證工期和質(zhì)量，施工班組實(shí)行了“分屏負(fù)責(zé)制”，即改造設(shè)備一個現(xiàn)場技術(shù)總負(fù)責(zé)人和一個工作負(fù)責(zé)人，根據(jù)LCU屏柜數(shù)量工作量分設(shè)1-2個工作小組，每個小組由1名小組負(fù)責(zé)人和1名小組成員組成。改造前期拆屏、信號對線等工作量大時，各小組并行開展工作，保證工期進(jìn)度；后期試驗(yàn)階段，則由現(xiàn)場技術(shù)總負(fù)責(zé)人、工作負(fù)責(zé)人和小組負(fù)責(zé)人共同配合完成。這種施工組織方法任務(wù)清晰、責(zé)任明確，各小組之間配合性好，工作效率高，可資參考借鑒。

5結(jié)語

截至2014年9月，直崗拉卡水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造已進(jìn)行至機(jī)組LCU改造安裝階段，整個監(jiān)控系統(tǒng)改造工作預(yù)計(jì)于2015年4月全部完成。改造從根本上解決了該站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備老化等問題，改造后監(jiān)控系統(tǒng)缺陷明顯減少，影響安全生產(chǎn)的相關(guān)隱患基本消除，為電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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作者簡介：黃莉，1980年生，女，大學(xué)本科，助工，從事水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備管理工作。