白山電站快速閘門LCU升級改造

陶海濤，滕　巍，鄧小剛，張　健

（1.北京中水科水電科技開發有限公司，北京100038；2.白山發電廠，吉林白山132000）

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白山電站快速閘門LCU升級改造

陶海濤1，滕巍2，鄧小剛1，張健1

（1.北京中水科水電科技開發有限公司，北京100038；2.白山發電廠，吉林白山132000）

摘要：升級改造前，白山左、右電站快速閘門監控是公用單元一個子站的部分，改造后，將白山左、右電站快速閘門監控改造為獨立的快速閘門LCU。本文介紹了本次升級改造前存在的問題、升級改造的必要性、升級改造原則及升級改造特點，可供其他水電廠借鑒。

關鍵詞：水電廠；LCU；快速閘門；升級改造

0　引言

白山發電廠位于吉林省東南部，松花江上游，是一廠兩壩三站的特大型梯級水力發電廠，由白山左岸電站、白山右岸電站、白山抽水蓄能電站、紅石電站組成，總裝機容量為2000 MW，在東北電網中擔任調峰、調頻和事故備用。白山右岸電站裝機3臺300MW常規機組，白山左岸電站裝機2臺300 MW常規機組，白山抽水蓄能電站裝機2臺150 MW可逆式機組，紅石電站裝機4臺50 MW常規機組。

白山發電廠于1996年、2005年兩次對監控系統進行升級改造，限于當時計算機技術的限制，采用如下結構：白山右岸3臺機組進水口閘門的監控接入右岸公用系統，白山左岸2臺機組進水口閘門及2臺抽水蓄能機組上庫閘門的監控接入左岸公用單元。隨著自動化技術及水平的快速發展和對電站穩定運行要求的提高，白山快速閘門作為機組最后一道保護關口，在整個系統的運行中也越來越受到重視，迫切需要對白山電站左、右閘門控制系統進行升級改造。

1　改造前系統問題分析

白山發電廠快速閘門LCU改造前雖然有獨立CPU，但與中控室上位機沒有形成直接通訊鏈路，而是先通過廠站公用LCU進行數據交換，進而將數據上送至上位機；在系統架構上采用GE Genius網總線連接方式，屬于公用系統的一個從站，公用系統的維護檢修，影響機組進水門的工作。

改造前，閘門控制系統采用單CPU、單電源、單通訊鏈路，3套快速閘門共用1套LCU進行數據采集和控制，這樣系統設備一旦出現異常狀況，3套快速閘門將會同時失去與上位機的聯系，對整個電站系統運行存在著很大的安全隱患。

早期PLC硬件配置不支持以太網接口，并且只能在現地使用專用編程電纜調試；編程軟件功能性和可操作性很低，界面也不夠友好；而且由于結構上是公用系統的從站，維護時很容易對公用系統的數據造成影響，這樣不利于電站安全穩定運行。

綜上所述，改造前的白山快速閘門系統的結構、硬件、可維護性都需要升級改造，再加上系統設備長時間運行，硬件設備逐年老化等因素使整個系統設備穩定性、可靠性降低，原系統結構如圖1所示。

圖1　原白山快速閘門系統架構示意圖

2　監控系統升級改造

2.1系統升級改造必要性分析

從系統結構上快速閘門LCU與上位機系統雙向數據交換多了一個中間環節-公用LCU，而公用LCU已經配置了多個從站，CPU處理數據量大，同時還兼有與其他輔機系統的通訊功能，這樣相對復雜的結構很大程度上影響了快速閘門LCU與上位機的數據交換速率。其中任何一個環節故障，通訊很可能會中斷，進而導致監控系統的整體可靠性降低，設備的維護難度增加，給機組安全運行留下了隱患，這與“無人值班”（少人值守）對監控系統的要求相背離。因此，將快速閘門改造成獨立的LCU，可靠性、靈活性將得到很大提高。

2.2系統架構的升級

改造后的白山快速閘門LCU，監控系統總體結構發生變化。每套閘門LCU分別采用光纖以太網與上位機直接通訊，分配了獨立IP地址和LUC ID，CPU、以太網模塊進行了雙機雙網冗余配置，使快速閘門LCU在整個監控系統結構中與機組LCU等并列運行，每套閘門的數據采集和命令控制完全獨立，與改造前3套快速閘門共用1套LCU并從屬于公用系統的結構相比更穩定、可靠。

改造后白山1～3號LCU快速閘門監控系統總體架構示意圖見圖2。

圖2　新白山快速閘門系統架構示意圖

2.3硬件配置升級

從PLC硬件配置上可以看出，白山快速閘門LCU結構改造后與改造前發生了巨大變化：

CPU升級：改造后的快速閘門LCU從原有的VersaMax系列單CPU升級為由兩套配置完全相同的PAC RX3I CPU構成的雙機冗余系統，每個CPU采用獨立機架分別供電、通訊，在系統功能上完全實現同步運行和無擾切換。

系統總線配置升級：改造后的LCU系統結構從GE Genius網總線通訊升級為雙機冗余系統的CMX超高速光纖I/O總線架構，穩定高效。

I/O模塊升級：改造后的3套快速閘門均配置獨立I/O模塊，系統數據獨立采集，互不干擾，而對于公用的軟啟和油泵信號，3套LCU均有接入，同步采集。

升級改造后LCU硬件配置如圖3所示。

圖3　白山快速閘門LCU改造后系統架構圖

除了PLC模塊的升級之外，整個快速閘門控制柜的配置也有了很大的優化，3套閘門LCU設備布局在兩面控制柜中，每套快速閘門系統均配備POWER ONE系列冗余開關電源，從3套系統共用一路開關電源，升級為每一套閘門采用兩套冗余電源供電，設備電源與I/O電源分別供電，這樣的配備無論是設備回路還是信號回路出現故障，都不會影響另一方的正常運行；控制上不僅實現了遠程操作，現地也配備了3套操作按鈕及把手，可以實現現地手動、自動以及輪換控制等功能。

3　系統改造后的特點

3.1雙機雙冗余系統配置

從改造后的系統整體架構看，每套快速閘門LUC與上位機系統數據連接，主備CPU的無擾動切換，以及主站與從站之間的數據通訊都采用的是雙機雙網雙冗余的配置，這樣的高冗余配置無論發生線路損壞還是模塊故障等各種突發狀況都可以保證系統正常運行，可靠性和可維護性都得到很大提高。

3.2冗余高速光纖I/O總線

改造后的白山快速閘門LCU系統架構采用的是冗余CMX高速光纖I/O總線架構，這樣的光纖總線架構在水電廠中是首次應用。主從站之間通過CMX 128光纖通訊模塊以及GE定制的CMX HUB光纖總線交換機進行數據傳輸，其傳輸速度理論上可以達2.12 GB，速率是非常高的。

3.3系統完全獨立互不干擾

改造后的3套快速閘門LCU，從架構上數據采集和命令控制已經實現了完全獨立運行，每套快速閘門系統的檢修及維護都不會影響其以外的任何系統正常運行。采用光纖以太網與上位機建立連接后，程序的修改和備份都可以遠程處理。

3.4系統維護高效便捷

新的硬件配置在系統維護上有獨特的性能優勢，底板電源模塊配獨立開關，I/O模塊均支持熱拔插，PLC模塊的更換更加簡便。冗余雙機熱備模塊和冗余CMX光纖總線I/O模塊均保證了系統的穩定運行，同時在出現故障時還可以同步瞬時切換至備用系統并及時報警給維護人員，大大減少了運行和維護的工作量，提高維護的工作效率。

4　結語

白山發電廠快速閘門一期計算機監控系統升級改造于2013年5月開始，至2014年4月已經完成了白山一期及二期快速閘門LCU各項硬件升級、軟件編程和測試工作，經過試運行和修改階段，已正式投入運行。整個控制系統采用冗余技術，大量采用高速光纖總線I/O結構節省了現場接線，減少了大量維護工作量。試運行情況表明，軟硬件平臺運行穩定，在系統可用率、系統精度、顯示正確性、響應速度以及抗干擾能力等方面完全實現了預定目標，保證了系統運行的連續性與高可靠性，確保整個快速閘門系統乃至整個電站監控系統的穩定運行。

新系統結構合理、運行可靠、維護方便、功能齊備，受到了檢修運行人員的好評。相信隨著白山發電廠一期、二期快速閘門以及輔機計算機監控系統升級改造的全面完成，白山發電廠綜合自動化將躍上一個新的水平，它對白山發電廠實現“無人值班”（少人值守）有著非常重要的意義。

參考文獻：

[1]劉曉波.水電廠LCU若干設計原則及其發展趨勢探討[J].水電站機電技術，2004(3):18-21.

[2]王德寬，劉曉波，袁宏.H9000 3.0水電站綜合自動化系統[M]//中國水力發電年鑒(2001-2002).北京：中國電力出版社，2003：454-454.

作者簡介：陶海濤（1984-），男，工程師，從事水電廠自動化監控系統安裝與調試工作。

收稿日期：2015-08-07

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2016.04.009

中圖分類號：TV736

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2016）04-0028-03