PCS—9150水電站計算機監控系統改造實現

蔡丹 牛洪海 蔡金華 吳佳勝

【摘要】本文介紹了云南棉花山水電站計算機監控系統的改造情況，對改造過程中的注意事項及解決方案進行了討論，提出改造主要配置及新系統的特點。

【關鍵詞】水電站計算機監控系統；改造

引言

云南棉花山水電站電站裝機容量16MW，站內布置臥式水輪發電機組4臺、主變壓器2臺，采用二機一變的擴大單元接線。電站建于1987年，于2005進行過一次擴容改造，采用國內某公司的水電監控系統，目前該系統已投運滿10年，為了適應水電站“無人值班，少人值守”的要求，電站于2016年3月再次進行系統改造。

為了充分利用以前的硬件設備投資，此次改造只改造二次設備，二次電纜基本要求保持不動，故前期現場調研時需要盡可能考慮到現場設備布置、二次電纜走線問題，防患于未然。需要充分了解原屏柜的布置，尤其是端子的布置，改造的屏柜端子須參照原屏柜的端子布置順序。

1、原監控系統不足

原計算機監控系統是某公司的HSC2000監控系統，于2005年完成設計投運，采用分層分布式，共分2層，廠站監控層和現場控制層，網絡結構如圖1所示。

1）廠站監控層

廠站監控層包含2臺主機兼操作員站，1臺廠內通信工作站，1臺遠動工作站。

2）現地控制層

現地控制層共有5套LCU，分別為1～4號機組LCU，公用LCU。網絡采用雙星型網絡架構。各LCU具備較強的獨立運行能力，在脫離上位機的狀態下能夠完成其監控范圍內設備的實時數據采集處理、設定值修改、設備工況調節轉換等任務。現地控制層PLC采用美國GE公司的GE 90-30系列PLC。

原監控系統主要存在以下不足之處：

1）由于這套監控系統投運時間已過10年，設備和自動化元器件老化、過時，部分元器件已經更新換代，很難購買備件，設備故障率逐漸上升。

2）GE PLC未配置SOE模件，事件分辨率較低。

3）機組LCU未配置單點同期裝置，導致在現地操作單元機組并網時，需要去公用LCU屏操作查看并網狀態（在公用LCU屏設置多點同期裝置）。

4）原機組LCU屏柜未配置串口通訊裝置，導致溫度巡檢儀等儀表顯示的溫度無法通訊送至操作員站監視，增加了巡檢強度。

2、改造方案

改造方案基于新的計算機監控系統能全面實現“無人值班，少人值守”進行功能設計和設備配置，以安全可靠，技術先進，經濟合理為基本原則。

監控系統結構仍分為2層，網絡結構圖如圖2所示。

1）廠站監控層

還是配置2臺主機兼操作員站，2臺主機互為冗余。工作站配置采用當前主流配置。

取消廠家通訊工作站，改配置為1臺工程師站，專門用于維護下位機組態及上下機畫面、報表等功能，工程師站可兼做操作員站。勵磁、調速器、直流、溫度巡檢儀等需要通訊的設備通過PLC的串口板卡直接通訊。

取消遠動工作站，改配置為電力專用的遠動裝置PCS-9799，遠動裝置為無硬盤無風扇的專用裝置，數據直采直送，通過專用通道點對點方式以及站內的數據網接入設備向各級調度傳送遠動信息，滿足調度自動化的要求，能同時適應通過專線通道和調度數據網通道與各級調度端主站系統通信的要求。同時PLC具備直接接收遠動裝置下發的各個調度中心的遙控/遙調指令。

2）現地控制層

現地控制層仍配置5套LCU，分別為1～4號機組LCU，公用LCU。網絡采用雙星型網絡架構。增加1面遠動柜，用于放置遠動裝置及GPS對時裝置。

各LCU配置南瑞繼保自主研發的PCS-9150系列PLC，取消原屏柜上眾多狀態指示燈和操作按鈕，增加1臺10”觸摸屏，實現就地LCU的現地控制，使屏面布置簡潔明了。保留遠方/就地切換把手及緊急停機按鈕。

增加操作層級控制權限，操作層級分為3層，優先級從高到低依次為現地控制層，廠站監控層，遠動控制層。在LCU屏柜上設置遠方/就地切換把手，用于現地控制層與廠站監控層的控制權限切換。在廠站控制層的監控后臺畫面設置廠站控制/遠動控制軟切換把手。只有在遠動控制模式下，遠動控制層下發遙控/遙調指令才有效。

機組LCU增加PCS-9659D自動準同期裝置及手動同期，公用LCU仍然配置多點自動準同期裝置（用于線路同期），把機組的同期功能移至機組LCU的單點同期裝置實現。

PCS-9150系列PLC是南瑞繼保歷經多年研究開發的一種全新的智能分布式過程控制器，控制器自身集成兩個上位機百兆網口（無需像GE PLC一樣需要額外配置1塊網卡），自動支持GPS/北斗對時（網絡NTP對時、串口B碼對時、光口B碼對時等），無需額外配置。

PCS-9150 PLC支持雙電源配置（AC/DC 110V～220V寬壓設計），無需配置交直流雙供電裝置。

DI板卡和SOE板卡采用同一塊板卡，僅通過軟件設置板件類型，減少現場板卡種類。SOE時標由板卡產生，時間更精確，SOE精度<1ms。

PCS-9150系列PLC控制器相比西門子、施耐德等PLC有以下特點：

1）一體化設計，機箱式結構，工業級防護外殼，抗干擾能力強；

2）配套標準算法模塊，包括各種PID、自整定控制模塊、算術邏輯運算、模擬量/開關量手操器、操作器、超前滯后、數字邏輯等，可定制生成其它特殊算法，如狀態變量和模糊算法；

支持功能塊圖組態，所見即所得。在線監視時功能塊有背景色指示狀態，方便快捷；

3、改造系統優點

南瑞繼保的PCS-9150水電站計算機監控系統具備靈活開放的體系結構，實時、海量數據庫，全面支持IEC61850/103/ModbusTCP/OPC等標準規約，圖模庫一體化建模，友好的人機界面，支持離線維護、在線無擾更新等高級功能。

主機可設置為多節點互為備用，值班節點故障，備用節點自動切換為值班狀態。

系統功能模塊可方便的進行裁剪和擴充，“即插即用”，適合多種用戶需求。

監控系統支持廠級AGC發電控制及自動電壓控制，根據系統對電站的要求，如調功、調頻等運行方式，對系統的頻率、穩定極限進行監視，自動進行有關電站機組起、停控制，機組有功/無功功率自動調整，減輕運行人員的勞動強度，提高電能生產質量，滿足新型電力市場對電力生產單位電能質量的要求。

監控系統預留WEB信息發布系統接口。隨著計算機信息技術及網絡技術的發展，水電站ONCALL功能逐漸被WEB發布功能所替代。通過WEB信息發布服務器，管理信息系統不再需要與監控系統進行復雜的數據規約轉換及數據通訊，也不需要存儲和管理這些數據，客戶端只需采用IE瀏覽器，建立一個網絡鏈接，運行管理人員便可訪問WEB服務器，瀏覽查詢現場設備及系統的運行情況。

手機APP應用作為WEB發布的補充，目前也逐步推廣到小水電站的遠程監視中。通過Web發布，安全分區隔離，可定制水電站監控系統手機APP應用，通過手機APP應用瀏覽，運行管理人員可實時了解現場設備運行狀態，為“無人值班，少人值守”提供更為便捷的瀏覽方式。

4、結束語

南瑞繼保PCS-9150系統在棉花山水電站計算機監控系統的成功改造，為同類型的機組改造工作提供了豐富的經驗。棉花山水電站改造從2016年3月開始改造，僅化了20天時間就完成了4臺機組LCU、公用LCU，以及上位機監控、通訊等全部軟硬件的改造工作。目前系統穩定運行。在如此短的時間內完成水電站計算機監控系統改造的經驗可為其它同類水電站改造提供經驗與借鑒。

參考文獻：

[1]DLT_5065-2009 水力發電廠計算機監控系統設計規范

[2]李東風，程銳.重慶魚跳水電站計算機監控系統改造實現與探討.水電自動化與大壩監測，2013，37（5）

[3]鄧小剛，等.廖芳水電站計算機監控系統改造的實現.水電站機電技術，2009，32（3）