張河灣公司計算機監控系統國產化改造可行性研究

谷振富，張 鑫，黃國平

（河北張河灣蓄能發電有限責任公司，河北 石家莊 050300）

張河灣公司計算機監控系統國產化改造可行性研究

谷振富，張 鑫，黃國平

（河北張河灣蓄能發電有限責任公司，河北 石家莊 050300）

介紹了張河灣抽水蓄能電站計算機監控系統現狀，通過綜合比較進口監控系統與國產監控系統的性能參數、功能配置，對張河灣抽水蓄能電站國產化改造可行性進行了研究論證，并給出了監控系統國產化改造的思路及配置建議，分析總結了監控系統國產化改造的意義。

計算機監控系統；抽水蓄能電站；國產化；改造

1 概述

張河灣抽水蓄能電站位于河北省石家莊市井陘縣測魚鎮，電站裝機總容量為1 000 MW，安裝4臺250 MW的單級混流可逆式機組，以單回500 kV線路接入河北南網，在系統中承擔調峰、填谷、調頻、調相及事故備用等任務。

電站計算機監控系統招標采用隨主機捆綁式的招標方式，由法國阿爾斯通供貨，采用ALSTOM ALSPA P320型產品。電站計算機監控系統從安裝調試至全部投入商業運行，至今已運行了近10年，監控系統已經不能滿足電站日益提高的運行管理要求。目前，監控系統在軟硬件平臺的可靠性、售后服務的及時性、監控系統功能的擴充性、電站生產數據的分析挖掘等方面存在問題，已經對電站的生產運行產生較大影響。另外，原監控系統主機設備已經屬于早期淘汰產品，系統的軟硬件均已不能進行進一步的維護和更新，監控系統的不穩定運行已經對電站的安全穩定運行構成威脅。

對比其他抽水蓄能電站監控系統性能配置（表1）可看出，無論從性能參數、電站應用業績方面，國產監控系統采用的PLC都具有明顯優勢，且性價比突出。

張河灣抽水蓄能電站計算機監控系統自投產至今已有近10年時間，上、下位機設備故障率逐漸增高，陸續出現數據服務器故障、網關機工作站故障等問題，主機設備SUN工作站、LCU模板均已停產，且監控系統存在維修售后困難，功能不能完全滿足生產運行需求等一系列問題，同時鑒于國產監控系統已廣泛應用在我國抽水蓄能電廠工程項目中，說明國產計算機監控系統已能滿足蓄能電站控制的需要，在大、中型抽水蓄能電站采用國產化監控系統是可行的，因此張河灣電廠亟需對監控系統進行國產化改造。

2 監控系統國產化改造研究

2.1 改造思路

張河灣監控系統改造將遵循“統一規劃、分步實施、安全可靠、技術先進”的原則，監控系統的技術升級以確保不影響電廠正常的安全生產為前提，新的監控系統除具備原老系統的全部功能外，還應在數據統計分析、成組控制、畫面展示、培訓仿真等方面具備更出色的功能。

2.1.1 外部環境落實條件

監控系統上位機改造可結合2017年張河灣公司上庫檢修計劃實施，3號機組的改造可根據3號機組A級檢修的計劃實施，剩余其他機組LCU的改造可結合每年機組檢修進行。公用系統LCU的改造可結合每年的春檢預試進行。

表1 抽水蓄能電站監控系統PLC性能配置對比表

2.1.2 施工過渡措施

考慮到監控系統整體改造不可能一蹴而就，需要分步實施，這就會出現新舊監控系統并列運行的情況。阿爾斯通監控系統的國產化改造過程可采取新老系統過渡運行的方式，并確保新系統在完成各項功能的離線測試后才接入監控環網進行動態調試，因此不需獨立的退備時間。

新老系統過渡運行的重要技術保障是國產化監控系統與阿爾斯通核心控制器C80-75 PLC數據交互。阿爾斯通C80-75 PLC由通用電氣GE貼牌生產，新監控系統設置2臺熱備冗余方式工作的GE PLC作為數據網關，通過GE專用通訊協議實現對C80-75 PLC各類型寄存器的讀取和置位，從而完成新監控系統與阿爾斯通LCU的數據交互。

這種新老通訊實現方式的優點是通訊安全可靠，數據實時性高。一方面，不需要對阿爾斯通的C80-75程序做任何改動就可以實現數據的交互，完全保證現地控制單元的原廠狀態；另一方面，采用GE數據網關可以實現新老系統的無縫通訊，可靠性高而且也能提高新老系統數據交互的實時性。

機組的升級改造保持原有機柜數量不變，將機柜、機柜內部設備等全部更換，拆除后的機組PLC等設備可以作為未改造的LCU的備件使用。

2.1.3 工程實施計劃安排

（1）工期安排

結合張河灣抽蓄電站檢修計劃，計算機監控系統整體升級改造內容擬分為5個階段：

第1階段：項目前期，包括完成合同簽訂、提交初步設計方案；

第2階段：上位機廠內調試及現場改造實施；

第3階段：3號機組廠內調試及現場改造實施；

第4階段：剩余LCU廠內調試及現場改造實施；

第5階段：項目整體驗收，包括消缺完善、SAT現場驗收、系統試運行。

2.2 國產監控系統配置原則

國產監控系統的結構配置遵循原有系統的分層分布，并實現開放性、可移植性和可擴充性。作為抽水蓄能電站的控制核心，新系統重點強化其配置和功能以及數據的處理、存儲能力，所有硬件設備均采用最新的成熟產品和最新的設計技術。此外，國產監控系統應充分考慮LCU改造時的兼容性、可行性和便利性，以節約投資。

2.3 新上位機系統主要硬件配置建議

新上位機系統設備布置在電站中控室、遠控室和計算機室內，冗余設備分開放置在不同機架內，并采用雙獨立電源供電。

（1）數據服務器：計算機室設2套，冗余配置，每套使用1臺26″彩色液晶工業用監視顯示器。采用機架式結構，分別放置在兩處機架式服務器盤柜內，負責電站設備的數據處理和存儲。

（2）應用服務器：計算機室設2套，冗余配置，每套使用1臺26″彩色液晶工業用監視顯示器。采用機架式結構，分別放置在兩處機架式服務器盤柜內，作為應用邏輯處理核心，用于收集、處理和存儲過程數據。

（3）操作員站：中控室設2套，遠方控制室（生產辦公樓四樓）設2套，每套使用2臺26″彩色液晶工業用監視顯示器。采用機架式結構，分別放置在中控室、遠控室機架式服務器盤柜內，值班員可進行多畫面、實時監控，且具備擴展功能，并能實現操作員站的新增。

（4）語音報警站：中控室設1套，使用1臺26″彩色液晶工業用監視顯示器。采用機架式結構，放置在機架式服務器盤柜內，報警音箱放置在中控臺，可通過音頻線連接至語音報警站，實現對電站設備狀態變化的語音警示。

（5）工程師站：計算機室設1套，使用2臺26″彩色液晶工業用監視顯示器。采用機架式結構，放置在機架式服務器盤柜內，用于監控系統在線和離線測試、參數設置、整定和軟件更改；能完成上位機系統各個設備的管理；能完成監控系統各種變量的編輯、新增、刪除等管理功能。

（6）遠動通訊機：計算機室設2套，采用機架式結構，用于與華北網調和河北省調的遠動通信。

（7）廠內通訊機：計算機室設1套，采用機架式結構，實現與廠內（如五防系統）、廠外（如生產實時系統）其他系統的數據通訊。

2.4 新現地控制單元主要硬件配置建議

（1）PLC CPU模塊：現地LCU配置2塊熱備冗余的CPU。兩個CPU模塊一個為主機運行，一個為從機運行，兩個CPU模塊通過高速內部總線實時備份數據。主CPU完成梯形邏輯的執行，并且向從CPU實時備份數據。當主CPU模件出現故障時，從CPU能夠自動升為主機運行，保證系統運行不受影響。

（2）通訊管理模塊：串口通訊模塊用于PLC和現地其他智能設備的通訊，很好地解決了傳統現地控制裝置通訊功能弱的問題。該模塊應獨立完成串口通訊任務，僅與CPU完成數據交換，不占用CPU資源。1塊串口通訊模塊內置不少于8個RS-232/RS-485串口接口，一套系統中最多可配置4個通訊模塊，最多支持32個通訊對象。

（3）SOE模塊：SOE輸入模塊應為具有32路通道數的開入模塊，用于將現場重要的事故、故障、報警等信號狀態轉換為PLC內部測點的1/0狀態。

（4）開入模塊：開入模塊應為具有32路通道數的開入模塊，用于將現場狀態等開關的ON/OFF信號轉換為PLC內部測點的1/0狀態。該模件的各個通道都應有指示其輸入狀態的指示燈。

（5）開出模塊：開出模塊應為具有32路通道數的開出模塊，可以將PLC內部測點的1/0狀態轉換為對外部設備如繼電器、指示燈等的ON/OFF控制信號。

（6）模入模塊：模入模塊用于把來自傳感器、變送器等設備的諸如壓力、液位、溫度等模擬量信號轉換為PLC可以處理的數字量信號。

（7）模出模塊：模出模塊用于把PLC的設定值數字量轉換為電流或電壓信號并通過電氣回路輸出。

（8）溫度量模塊：溫度量模塊用于將測溫電阻的電阻值轉換為PLC能夠處理的數字量信號。

（9）同期裝置：選用國產品牌自動準同期裝置，該裝置應基于DSP和超大規模集成在線可編程技術的硬件平臺。整體大面板、全封閉機箱，硬件電路采用后插拔式的插件式結構，強弱電分離，CPU電路板和MMI電路板采用四層板，表面貼裝技術。

表2 改造個LCU模塊數量表

（10）現地觸摸屏工控機：配置1臺一體化工控機，具備自適應功能，即當上位機與PLC通訊正常時，現地工控機只作為操作員站完成相關監視控制功能。而當上位機與PLC通訊中斷后，現地工控機自動升級為通訊機完成與PLC通訊，并實現所有監控功能。

（11）根據測點情況，建議改造各LCU模塊數量如表2所示（括號內為PLC模塊數量）。

2.5 國產監控系統技術特點

國產計算機監控系統應基于分布式對象計算技術，從系統的規劃、設計、軟件實現到提供給用戶的組態工具、應用界面都使用了面向對象和跨平臺的技術。遵循 TCP/IP、SQL、ODBC、JDBC、Java RMI、OPC等國際標準和被廣泛使用的軟件工具，具有充分的開放性、可擴展性和異構平臺適應性，其主要特點有：

（1）安全可靠的系統平臺

系統采用各系列高性能的服務器和開放性的UNIX操作系統，例如SUN公司的SPARC平臺服務器、IBM公司的AIX系統服務器、HP公司的HP-UX服務器等，同時新監控系統也可在當前的開源操作系統上安全穩定運行，例如美國Redhat Advanced-Server平臺等。

（2）面向對象的設計思路

系統以對象為單位進行數據組織。主要對象有發電機、閘門、開關、輔助設備等；按對象直觀方便的控制操作，減少誤操作；按對象信息查詢，能迅速判斷和分析事故；按對象計算各種二次計算量、狀態量；按對象處理相關事件，并綜合分析處理；按對象設置設備狀態（檢修、報警、投退）；按對象進行各種歷史數據的統計分析。

（3）豐富多彩的圖形界面

系統采用Java 2D技術，建立藝術級的圖形效果；具有豐富的電力系統專業圖符元件庫；支持GIF、JPG、AVI等格式的第三方圖形；支持按對象生成設備控制操作菜單；支持按對象的前景連接和替換功能；采用矢量繪圖，實現無失真的無級縮放；自適應屏幕分辨率顯示；支持單屏、雙屏、三屏、四屏等多種模式；支持動態潮流顯示、功率圓顯示等儀表顯示；支持多層圖形顯示，有效利用屏幕空間；支持屏幕畫面拷貝輸出、打印，所見即所得；支持監控圖形的無縫Web展示。

（4）形式多樣的報表系統

系統采用電子表格方式組織、顯示報表，美觀大方；兼容Execl報表格式（99%），通用方便；支持運行日志、月、年統計以及各種特殊統計表格；根據行業報表特點，設計專業數據連接，制作快速簡潔；以棒圖、餅圖等模式直觀顯示，圖文并茂；支持各種公式計算，便于二次處理；支持召喚打印和定時打印輸出；支持報表數據離線查詢。

（5）智能化的報警處理

系統光字畫面可自動生成，不同級別的光字可定義不同的顏色；提供按不同的對象及不同的光字級別查詢光字的手段；提供光字牌多種確認方法：按對象確認、逐個確認，全屏確認具有對象光字報警提示功能，用對象樹圖標的顏色區分有無光字報警。提供面向對象的多種查詢方法，既可按對象，也可按事件類型查詢。

（6）全面支持Web瀏覽

系統采用J2EE架構和面向服務的思想設計，支持異構環境；支持利用XML技術和SOAP協議進行對外的數據交互，支持各種國際標準數據接口，如JDBC、ODBC、TCP/IP等；有效數據流量控制，具有動態負載均衡能力；多級用戶訪問權限，實現統一認證管理；監控系統與Web系統實現無縫連接；支持防火墻配置，滿足電力監控系統安全防護要求，確保系統安全。

3 結論

我國早期大型抽水蓄能電站基本采用的都是國外廠商計算機監控系統，目前來看，外方監控廠家在售后服務和備品備件價格、服務的質量和響應速度、技術的開放性及系統功能的擴展方面均存在明顯的短板。

張河灣抽水蓄能電站作為國網新源首個進行監控系統國產化改造的大型抽水蓄能電站，其改造經驗可為新源公司其他蓄能電站的國產化改造提供寶貴的技術積累和豐富的實施經驗。監控系統國產化改造后，將明顯降低電站的運行維護成本，提高電站的整體管控能力，消除原來存在的生產和安全方面的諸多隱患。

TV736

B

1672-5387（2016）12-0009-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.12.004

2016-08-29

谷振富（1981-），男，高級工程師，從事抽水蓄能電站運維管理工作。