直崗拉卡水電站計算機監控系統改造設計與實施

【摘要】直崗拉卡水電站計算機監控系統改造采用南京南瑞集團公司水利水電技術分公司自主研制的技術較為成熟的基于Linux操作系統跨平臺的全分布開放式NC2000計算機監控系統，系統由電站主控層及現地控制層組成，采用雙星形網絡冗余結構，實現電站“無人值班（少人值守）”的自動控制方式。本文介紹了系統改造的必要性、系統的網絡結構、實現的主要功能以及改造實施方案。

【關鍵詞】NC2000；直崗拉卡水電站；計算機監控；冗余網絡；實施方案

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臺單機容量為38MW的燈泡貫流式水輪發電機組，總裝機容量190MW。電站以發電為主，主要建筑物由廠房、泄水閘、開關站及左岸土石壩組成。電站分為兩期工程建設，第一期建設四臺機組，于2002年8月正式開工，2005年5月～2006年6月1～4#機組已經相繼發電。第二期于2013年9月開始五號機組擴容建設，2014年5月30日投產發電。

電廠現有的計算機監控系統是隨水輪發電機組從天津阿爾斯通水電設備有限公司引進的，由于備品備件購買困難，價格昂貴，人機接口不友好，設備維護操作不方便，設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行國產化改造。

1改造前監控系統狀況及改造的必要性

該站改造前監控系統廠站級控制層（以下簡稱上位機）采用的是ALSTOM研發的P320監控軟件，LCU采用GE9030系列PLC；上位機與LCU間通過工業交換機連接構成環型以太網結構；LCU包括1F-4F機組、開關站及公用6個LCU；各LCU均采用一套CPU工作模式，每個LCU具有簡單的機組狀態轉換現地操作功能。

該系統自投運以來，運行一直較為穩定。但隨著設備運行時間的延長，出現了部分缺陷和隱患，對生產造成了一定的影響。

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

2）上位機計算機設備老化嚴重；

3）PLC沒有冗余配置；

4）電調、勵磁等設備的新增和改造，使得I/O點數量已不敷使用，系統硬件瓶勁已凸顯；

5）隨著電站自動化水平的提高，對監控系統在調度通信、調度自動化、安全生產與經濟運行等方面提出了新的要求；

6）容量為5KVA的UPS不能滿足現場設備需要。

為徹底解決監控系統存在的問題、提高設備可靠性和自動化水平，滿足電站安全生產和經濟運行的需要，直崗拉卡水電站計算機監控系統改造勢在必行。

2系統結構

直崗拉卡水電站計算機監控系統改造采用南京南瑞集團公司水利水電技術分公司（以下簡稱南瑞）自主研制的技術較為成熟的基于Linux操作系統跨平臺的全分布開放式NC2000計算機監控系統，由主控層和現地控制層組成，監視和控制全廠5臺發電機組、開關站、廠用電系統、公用輔助設備及泄洪閘系統。

系統采用全分布開放式的全廠集中監控方案，主要設備采用冗余配置。主控層包括2臺主機、1臺歷史數據站、2臺操作員站、1臺語音機、1臺工程師站、2臺調度通信機、1套GPS時鐘同步系統及UPS電源等設備，負責全廠的信號采集和控制、自動發電控制和自動電壓控制、與上級調度中心調度自動化系統通訊等。現地控制層（LCU）包括5臺機組、開關站、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光纖以太網的方式，設置2臺工業型千兆以太網主交換機，分別通過屏蔽雙絞線介質連接與主控層連接，以及通過多膜光纜聯接至LCU中的2套現地控制交換機。

3系統主要特點

1）整個系統采用開放的、分層、分布的系統結構，主要設備的冗余設計，主機、操作員站、網絡設備、CPU等采用雙機熱備工作方式，系統可靠性高。

2）在機組LCU中配置用于水力機械事故的簡化的獨立繼電器接線，當電站發生重要水力機械事故（包括過速、軸承瓦溫過高、事故低油壓、按下緊急停機按鈕等）而電站計算機監控系統因故退出運行時，由獨立繼電器接線實現事故停機。

3）本系統采用全分布式結構體系，即系統功能分布和數據庫分布。全廠數據庫和歷史數據庫分布在電站層各節點計算機中，各LCU數據庫分布在各個LCU中，系統各項功能分布在系統的各個節點上，每個節點計算機嚴格執行所指定的任務并通過系統網絡與其它節點計算機進行通訊。

4）NC2000具有可視化的順控流程組態工具，用直觀的、交互的方法，編制控制調節的算法。執行程序解釋執行，并用圖形化方式顯示流程實際執行過程，支持在線調試，在線修改和離線仿真。

5）采用并聯冗余方式的UPS電源，兩臺15KVA的UPS平均分配負荷，切換無擾動，電壓輸出小型連續。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穩定電源。

4 改造實施方案

改造過渡期間，新、舊監控系統上位機并列獨立運行。LCU改造前，其所監控設備在舊監控系統操作員站進行監視和操作控制；改造完成后，則在新監控系統操作員站進行監視和操作控制，隨著LCU改造，逐步完成LCU接入新監控系統。

按照施工計劃，監控系統改造分4個階段，由電站相關技術人員制定各階段設備的具體施工方案，并據此進行改造施工：第1階段，利用全廠停電期間，完成開關站LCU更換、新監控系統臨時操作員站的搭建；第2階段，完成新監控系統上位機的搭建、臨時操作員站與上位機的合并、UPS及5號機組LCU安裝；第3階段，根據電站檢修任務安排，逐步對各LCU進行更換，并在最后一臺LCU改造同時完成公用LCU更換；第4階段，AGC/AVC功能調試和系統全面消缺、完善。

電站對本次改造施工進行了精心組織和周密安排，成立了監控系統技術改造領導小組，從技術要求、施工組織、質量監督等方面進行分層把關。該小組在設備現場安裝調試期間解決了大量實際施工問題，如用于線路斷路器同期的母線側電壓調整二次接線，以及根據原有電纜排布情況改進設計、優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活動和經濟效益，盡量縮短機組停運行時間，本次改造施工進行了嚴格的工期控制。為保證工期和質量，施工班組實行了“分屏負責制”，即改造設備一個現場技術總負責人和一個工作負責人，根據LCU屏柜數量工作量分設1-2個工作小組，每個小組由1名小組負責人和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，保證工期進度；后期試驗階段，則由現場技術總負責人、工作負責人和小組負責人共同配合完成。這種施工組織方法任務清晰、責任明確，各小組之間配合性好，工作效率高，可資參考借鑒。

5結語

截至2014年9月，直崗拉卡水電站計算機監控系統改造已進行至機組LCU改造安裝階段，整個監控系統改造工作預計于2015年4月全部完成。改造從根本上解決了該站監控系統設備老化等問題，改造后監控系統缺陷明顯減少，影響安全生產的相關隱患基本消除，為電站的安全穩定運行奠定了堅實基礎。

參考文獻：

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作者簡介：黃莉，1980年生，女，大學本科，助工，從事水電站計算機監控系統設備管理工作。