龍灘水力發電廠監控系統主控層優化與實現

李鎮江,王鵬宇,王雨生,孫晉東

(1.龍灘水電開發有限公司龍灘水力發電廠,廣西天峨547300；2.南京南瑞集團公司水利水電技術分公司,江蘇南京211106)

龍灘水力發電廠監控系統主控層優化與實現

李鎮江1,王鵬宇1,王雨生1,孫晉東2

(1.龍灘水電開發有限公司龍灘水力發電廠,廣西天峨547300；2.南京南瑞集團公司水利水電技術分公司,江蘇南京211106)

針對監控系統硬件設備與軟件技術已逐漸不能滿足現場使用的功能與性能要求的現狀,龍灘水電廠于2016年對監控系統主控層進行整體優化改造,通過總結近十年的維護管理經驗,在原有的功能基礎上,開發創新出很多獨特的軟、硬件功能,解決了舊系統中存在的諸多問題。

監控系統；主控層；優化改造；龍灘水電廠

0 引 言

龍灘水力發電廠第一期總裝機容量4 900 MW,于2008年全部投產。龍灘電廠監控系統采用雙光纖環網結構,兼顧了可靠性與經濟性。主控層硬件設備主要采用Oracle公司V440服務器、Sunblad2500工作站與HP公司6400工作站。組態軟件采用南瑞公司NC2000系統。主要配置了2臺熱備冗余的實時數據服務器；2臺冗余的歷史數據服務器,共用1套磁盤陣列；4臺操作員工作站；1臺工程師站；2臺廠內通訊站；2臺調度通訊站；1臺培訓工作站；1臺WEB服務器；1臺打印服務器。這套主控層系統的可靠性與穩定性在近十年的運行中得到了充分的肯定。然而隨著時代的發展,這套系統無論是硬件配置還是軟件功能,都已經不能滿足龍灘電廠目前的使用需求，系統優化改造的必要性已經凸現出來。此次主控層系統的整體優化改造很好的解決了目前系統存在的問題,為今后相當一段時間的安全穩定運行打下了堅實的基礎。

1 硬件問題與解決方法

1.1 硬件性能優化

舊系統主控層采用的V440服務器在數據處理能力上勉強還能滿足需求,但CPU主頻偏低,內存容量也只有2 GB,在近十年間,主控層不斷增加新的功能與進程,導致主服務器CPU負載率與內存占用率都偏高,服務器處于長期高負荷運行狀態,已經于2015年初損壞一臺歷史數據服務器。因V440服務器停產多年,備品備件采購困難,廠家的技術服務也已經不能繼續,所以硬件設備的缺陷處理非常困難。歷史數據使用的磁盤陣列容量為300 GB,而龍灘電廠7臺機組一年產生的歷史數據量為120 GB,除去基本數據,整個磁盤僅能存儲一年半的數據。每年年中都必須刪除上一年歷史數據,導致查詢歷史數據困難。本次升級改造采用目前最新的硬件設備,數據處理與存儲能力大大提升,新的硬件設備至少能存儲十年的數據量,徹底解決了硬件性能方面的問題。

1.2 功能配置優化

(1)根據水電廠監控系統規程要求,電廠工作人員需定期將歷史數據導出備份,并存放在指定的資料庫中,龍灘電廠舊監控系統沒有配置專門用于導出數據的工作站,工作人員只能使用臨時工作站對數據進行導出,導出后的數據又要使用大容量移動硬盤拷貝出來,單獨存放。需要使用歷史數據時，又得進行長時間的導入工作,整個工作流程復雜,安全性低,效率也很低。為了解決以上問題,本次升級的新系統增配一臺歷史備份工作站,專門用于備份歷史數據,此工作站的特點是配置不用太高,硬盤使用大容量快拆式抽屜硬盤,便于將備份的數據及時取出保存。

(2)在日常工作中,監控系統內部數據對外導出是一項很普遍的工作,然而這項工作最容易出現內、外網互聯的風險。由于工作人員躲避繁瑣操作流程的原因、由于專用存儲介質管理不善的原因,使得從監控系統內網導出數據并向外部傳輸的過程中,具有很大的安全風險。為了解決此項問題,新系統將增配一臺對外工作站,專門用于監控系統數據導出。增加的這臺工作站位于控制大區以外,是經過單向隔離后的非控制區域。這臺工作站利用新的單向傳輸技術,將控制區內的數據庫與畫面實時同步至對外工作站,這樣就能夠保持對外工作站內的數據庫和組態畫面與實時服務器中的完全相同。工作人員可以從對外工作站向指定的客戶端導出相關數據,整個工作過程與控制區的設備完全隔離,避免了內外網互聯的安全風險。

(3)龍灘電廠作為西部大開發的龍頭工程,裝機容量大,在南方電網中的地位非常重要。常常會作為南方電網新功能、新技術的配合開發電廠。龍灘電廠自投產以來,參與聯合開發的項目有自動發電控制AGC、自動電壓控制AVC、組合順序控制信號上送調度等。這些項目的開發與完善基本都在龍灘電廠進行,然而每次入場調試都需要臨時搭建調試環境,機房里的臨時主機與臨時工作站嚴重影響了機房的日常維護工作,也存在著一定的安全隱患。為了更好的完成調試任務,新系統增配一臺調試服務器,專門用于監控系統新功能開發時的調試工作。增加的這臺調試服務器正常運行時可作為備用的操作員站,一旦有調試工作,則可以從網絡中解除,與移動工作站搭建成臨時的調試環境。同時此工作站也可以作為專用的編譯環境,完美的解決調試過程中的一切需求。

(4)舊監控系統主控層的UPS電源采用聯絡運行的方式,兩臺UPS電源各承擔50%的負荷,然而其中一臺發生故障時往往會影響到另一臺正在運行的UPS。且共用母線一旦發生故障,兩臺UPS將同時退出運行,對主控層設備造成不可預測的損傷。新的主控層硬件設備全部采用雙電源供電。改造新的UPS供電系統,由原來的雙UPS聯絡運行改為雙UPS并列運行。改造后每臺UPS帶一段母線,每段母線供服務器和工作站的一路電源,斷開一路另一路仍能正常工作。電源可靠性增加的同時,對日常的維護也提供了很大的便利。

1.3 其他設備優化

完善監控系統審計功能,滿足二次安防的相關要求。增加1臺入侵檢測服務器和1臺網絡審計服務器,并配置入侵檢測系統、漏洞掃描系統、安全管理審計系統等,用于提高監控系統網絡安全。 升級監控系統對時裝置,采用北斗、GPS雙模的新型雙星對時系統。具有NTP、直流B碼、PPM、PPS、DCF77等多種對時信號?？蓾M足龍灘電廠目前的對時需要,同時預留擴展與升級功能,為以后的現地LCU改造和全廠統一對時做好準備。

2 系統結構布局優化

龍灘電廠此次主控層的升級改造相當于更換電廠的中樞控制系統。新系統的整體布局也進行了一些創新，如圖1所示。除GPS柜外,每兩個機柜配一套KVM系統,由加長VGA線分別將兩路顯示延長至新的工作臺(4個顯示器),由加長控制線將4個KVM切換控制器延長至新的工作臺面。如此一來,控制臺上的4個顯示器可以切換顯示4個機柜中的所有服務器和工作站的界面。既方便工程師對設備進行快速的切換維護,又減少了顯示器的數量節約了成本。中控室的操作員顯示器與控制鍵盤因距離機房較遠,必須采用延長方式,此次改造采用延長裝置將鼠標和鍵盤延長至中控室,而顯示則采用50 m加長VGA視頻線直接將操作員站的主機與中控室的顯示器相連。避免了延長裝置傳輸視頻信號受干擾的情況。

圖1 KVM系統

圖2 改造后的龍灘電廠監控系統結構示意

3 軟件的優化升級與自主創新

3.1 自主創新軟件的開發與應用

(1)新開發一鍵切換服務器節點的功能軟件。此軟件將用在調試服務器上,在調試服務器中預設多種節點狀態,如：操作員站、主機服務器、廠內通訊站等。在調試工作中可通過下拉菜單一鍵切換節點狀態,便于調試工作的進行。同時設置嚴密的邏輯閉鎖功能,當工作站檢測到系統內有相同節點時,閉鎖調試服務器切換該節點的功能,避免系統中同時出現兩個一樣的節點,造成系統沖突。調試服務器的網絡一旦斷開,將自動恢復至默認調試服務器節點并自動重啟生效,這就避免了工作人員忘記切換服務器節點,直接將調試服務器接入主系統的情況。此軟件的出現為現場工作提供了很大的方便,不必再臨時修改多個系統文件來切換節點功能,也不會因誤改系統文件導致服務器啟動失敗,更不會因為人為誤操作導致系統沖突。

(2)新開發基于FTP技術的單向傳輸軟件。本次改造將此軟件用在主機服務器與對外工作站上,在經過正向隔離的同時,將實時服務器上的最新數據庫與畫面報表、畫面、報表等文件同步至對外工作站。使對外工作站中的數據保持最新,以便于向外導出最新的數據。此軟件的特點是既實現了控制區與非控制區的單向隔離,又能將控制區的非數據類文件“跨境”傳送到非控制區。這樣即保護了系統的安全,同時能夠靈活的完成對外工作任務,成為此次升級改造的一個創新點。

(3)新開發自動備份軟件。此軟件用在歷史備份工作站上,定期將歷史服務器中的數據備份至本地硬盤當中,當本地磁盤容量達到設定上限時自動彈出報警窗口,提醒維護人員更換硬盤。以往備份數據都是靠人為操作,每個月備份一次,往往工作一忙就容易忽略。有了自動備份軟件就解決了以上問題。

(4)新開發定期自動保存與打印報表軟件。老版的NC2000系統沒有自動保存報表的功能,此次開發的軟件多了自動保存功能,在不違返檔案管理規定的情況下,盡量使用電子報表存檔,不但節約紙張,而且便于保存。在原系統上優化自動打印功能,避免服務器出現死機或網絡故障的情況,在必要的情況下能夠自動打印報表,減輕運行人員的工作量。

(5)將原來兩臺廠內通信站的通訊功能集合至一臺通信機,另一臺作為熱備用通信機。這樣兩臺通信機才真正實現了互為備用。此項改造是考慮到龍灘電廠目前只有五個系統與廠內通信站進行通信,用一臺工作站完全能夠滿足功能要求,沒有必要分開兩臺,且如果分成兩臺則相互沒有備用,一臺通信機故障必然導致部分系統通信中斷。而集合在一臺通信站后,可以兩臺工作站互為熱備,安全可靠性得到很大的提高。

3.2 組態軟件升級優化

龍灘電廠主控層組態軟件由南瑞公司NC2000系統升級為NC2000-3.0系統。相對于舊版系統,新系統的優點有4點。

3.2.1 更全面的數據統計分析工能

NC2000-3.0在歷史數據查詢與分析方面,比老系統有了很大的進步。模擬量曲線查詢從原來的四條增加到目前的12條曲線同時查詢,簡報窗口也支持最近1000條簡報保存功能。不僅僅能對測點數據進行簡單的查詢,還可以設置一定的邏輯條件,對歷史數據進行篩選查詢,對設備運行情況進行統計分析,擁有了一定的趨勢分析的功能。為技術人員進行設備分析提供了更為方便的查詢功能。

3.2.2 更友好的測試界面

NC2000-3.0在很多功能界面上都做了優化,比如測點索引界面,工程人員常常使用這個畫面進行功能測試。老系統的界面是單個測點下拉界面顯示,不便于同時觀察和強制多個測點屬性。新系統采用了更加直觀和方便的界面,與數據庫修改界面統一起來,即方面操作,又方便多臺服務器之間的數據對比調試工作。

3.2.3 非常方便的自動巡回檢查功能

NC2000-3.0在系統中集成了一個系統結點狀

態顯示界面。此界面可以實時顯示系統結構中所有服務器與工作站的工作狀態。比如各服務器中正在運行的程序進程情況、各服務器的內存運行情況、CPU占用率、對時情況和系統溫度等。有了這個自動巡回界面,并定期將巡回結果自動保存在指定的存儲器上,大大將低了維護人員的工作量。也為設備的安全運行提供了更全面的分析數據。

3.2.4 更完善的報表編輯功能

NC2000-3.0在報表編輯功能上有很大的進步,把以往繁瑣的連點工作進行了非常智能的升級,大大提高了報表編輯工作的效率。在報表中不僅能連接相關測點,顯示實時數據，還可以設定連接測點的高低限動作時間,動作次數等數據。在報表顯示方面也做了很大的改進,不僅能顯示報表數據,還能夠以多種圖型的方式顯示歷史數據的趨勢情況。為設備的運行、分析提供了更為直觀的報表數據。

4 結 語

龍灘電廠監控系統主控層的升級改造,一切從實際應用出發?？偨Y了近十年的維護管理經驗,在原有的功能基礎上,開發創新出很多獨特的軟、硬件功能,解決了舊系統中存在的諸多問題。硬件選擇方面,緊跟時代的發展,選擇當今主流成熟的硬件設備,在保證性能得到滿足的同時,追求平穩安全的運行。軟件開發方面,充分考慮現場實際的應用,功能簡單而實用,邏輯縝密安全性高,創新功能凝聚著技術人員多年的智慧結晶。改造伴隨著創新,創新推動著進步,龍灘電廠正在全廠技術人員的努力下,走向一條創新發展的道路。

[1]孔德寧, 段中平, 李鎮江, 等. 龍灘水電站計算機監控系統結構及特點[J]. 水電自動化與大壩監測, 2007, 31(4): 7- 11．

[2]DL/T 578—2008 水電廠計算機監控系統基本技術條件[S]．

[3]DL/T 822—2012 水電廠計算機監控系統試驗驗收規程[S]．

[4]DL/T 1074—2007 電力用直流和交流一體化不間斷電源設備[S]．

[5]DL/T 5065—2009 水力發電廠計算機監控系統設計規范[S]．

(責任編輯 高 瑜)

Optimization and Achievement of Main Control Layer for the Monitoring System of Longtan Hydropower Plant

LI Zhenjiang1, WANG Pengyu1, WANG Yusheng1, SUN Jindong2

(1. Longtan Hydropower Plant, Longtan Hydropower Development Co., Ltd., Tian’e 547300, Guangxi, China; 2. Water Resources and Hydropower Technology Branch, NARI Group Corporation, Nanjing 211106, Jiangsu, China)

Because the hardware and software of the monitoring system in Longtan Hydropower Plant has been unable to meet the status quo of functional and performance requirements, the main control layer of monitoring system is optimized and transformed in 2016. Based on the summarization of maintenance and management experiences in past 10 years, some new and unique hardware and software functions are developed for the monitoring system, and many problems of old monitoring system are also solved．

monitoring system; main control layer; optimization and transformation; Longtan Hydropower Plant

2017- 02- 18

李鎮江(1982—),男,新疆庫爾勒人,高級工程師,技師,主要從事水電站自動化工作．

TM762(267)

A

0559- 9342(2017)04- 0044- 04