馬跡塘水電廠計算機監控系統改造

◎劉靚

基于水電廠自動化運行的背景下，大量先進設備與儀器等被應用，給計算機監控系統運行帶來挑戰，部分水電廠計算機監控系統功能落后，難以達到安全穩定運行要求，要進行系統改造升級。現結合馬跡塘水電廠計算機監控系統改造案例，進行系統改造的分析，總結改造經驗，共享給相關人員參考借鑒。

水電廠的安全穩定運行，對保障電力供應有著巨大影響。近年來，建設的水電廠配套了高性能機組監控系統與開關站控制系統等，實現對機組與設備運行的動態實時化監控，保障系統安全運行。引入了開放化與模塊化設計，優化監控系統滿足監控需求。隨著機組改造與系統升級，馬跡塘水電廠原有的計算機監控系統已經無法達到監控需求，因此提出進行改造。

一、水電廠基本情況概述

馬跡塘水電廠為低水頭貫流式機組水電廠，配置了3臺水輪發電機組，單機容量為18.5MW。采用的計算機監控系統，經過了多次改造后，采用全開放式分層分布式以太網結構。從計算機監控系統的應用現狀分析，存在著以下問題：1.系統功能不完善。設計廠用配電系統與公用系統未設置獨立的計算機監控單元，選擇將其整合到開關站監控單元，按照方案設計預留測點與通道。系統應用中若產生網絡癱瘓中斷事故，則會造成計算機監控系統喪失功能。2.主設備老化，備品備件的采購周期長。系統運行中上位機操作員A站頻繁發生宕機脫網故障，影響著監控功能的實現。系統主要設備老化問題突出，若采購備品備件需要較長的時間，影響著當前的系統功能發揮。3.監控系統事件處理能力不強。若發生系統故障，計算機面臨大量報警同時顯示的局面，監控系統在數據采集與處理以及通信環節存在薄弱點，例如上位機采集SOE量數據不完整，難以提供可靠的事故診斷依據。4.系統故障頻發。當網絡通信處于正常狀態，系統上位機發布指令后，機組LCU難以快速反應，要經過重新啟動電源或者其他方式才能夠有效處理，影響著系統的運行效益。上述問題的存在，影響著機組的運行，因此需要進行改造。

二、計算機監控系統結構組成

1.硬件構成。此水電廠監控系統設計為全開放式分層分布式結構，主要分為上位機與LCU部分。其中，上位機系統的可靠性較高，實用的軟硬件與網絡結構等的安全可靠性較強。同時采用了分布處理技術與冗余技術，對于關鍵部位進行冗余配置，形成互為備用的效果。上位機配置了工程師站、操作員站以及調度通信工作站等。機組LCU與開關站以及公用LCU，采取的時PLC直接上網技術，具有較強的可靠性。LCU選擇的是RX3i產品，CPU型號為IC695CPU320；系統的PLC電源，采取的時雙電源模塊冗余供電方案。

2.軟件的構成。基于保障系統安全性與穩定性的目的，計算機監控系統的操作員站系統，選用的是Solaris操作系統。其具有性能可靠以及安全性強等優勢，能夠滿足系統應用的要求。系統的工程師站與通訊工作站，配套Windows操作系統。

3.網絡通信構成。按照設計方案，對于監控系統的主干網絡，設計為多模光纖雙以太網冗余結構。實際應用時，上位機檢測到故障之后，能夠自動切換備用網絡，保證水電廠運行信息傳輸的有效性。設備交換機之間使用的通訊線，選擇高質量屏蔽雙絞線介質進行連接。對于監控系統和公用系統結構，采用的是Modbus協議，支持RS485接口。系統的監控系統和外部信息系統接口，采用的是IEC80670-5-104協議，并且支持TCP/IP接口。

三、計算機監控系統改造內容

此水電廠監控系統改造，主要圍繞更換設備與機房整改等內容開展，具體情況如下：

1.基建工程改造。原來的系統上位機運行多年，不僅機房設施陳舊落后，而且控制臺結構不牢固，難以保障計算機監控系統穩定運行。基于此，提出基建工程改造，整個監控機房敷設防靜電地板，規格為3.5m×5m，并且制作高鐵架，將控制柜采取焊接的手段固定在其上面。按照設計機房里接地網和開關站接地網進行聯接，并且完善金屬屏蔽網，實現防止外部無線通信信號的干擾，使得監控系統能夠穩定運行。改造工程中使用了新控制臺，滿足不同應用場景的需求。

2.上位機改造。對上位機系統實施改造，要求保證2套監控系統能夠平滑過渡，這需要圍繞設備布局與線路設計做好把控，確保改造后監控系統穩定運行。按照設計選擇機房地板鐵架位置安裝機柜，配置網絡設備，例如以太網交換機等，同時將原來的監控系統設備，轉移到到機柜，例如遠東電力調制解調器等。按照設計的方案，落實此部分的改造施工。對于機房控制臺進行改造，重新設置工程師站與通訊工作站等；選擇中控室控制臺位置，設置2臺操作員站與語音報警報表工作站等，配套相應的設備。施工作業中，進行各個主機工作站的安裝調試，保證上位機系統改造的質量與效果。此次改造，考慮到冗余容量，配套了2套電力專用UPS電源，形成1+1模塊式冗余并機系統，同時每臺USP設計了獨立運行的旁路系統。

3.下位機改造。此次改造中LUC部分，為保證現地控制柜的外觀一致，維持原來的屏柜不懂，將柜內的設備和接線拆除，進行布局設計，使得設備元件被整合到柜內。施工作業中進行設備上架與設備接配線，比如電源與觸摸屏等，并且編寫了控制程序。對于110KV系統主設備改造，考慮到保證高壓開關設備穩定運行，設計了開關站和公用LCU，選擇繼電保護室南瑞開關站LCU屏柜位置，重新設置系統，配置三個屏柜與相應的設備，按照停電計劃安排具體的設備運行。規劃公用系統接入計算機監控系統使用Modbus RTU通訊規約，選擇開關站與公用LCU位置設置UC7410通信機，支持系統接入。

四、系統平滑過渡

由于系統改造前后使用計算機監控系統存在很大差異，因此會出現不同現地控制單元的監視與控制情況，因此要做好系統平滑過渡。此次改造實踐中，采用的平滑過渡方案如下：選擇改造任務完成前，2套計算機監控系統并列運行，分別負責不同的現地控制單元，后期逐漸將原來的系統監控權限轉移給新監控系統。采取此平滑過渡方案，能夠有效減少交互環節。在更換中控室控制臺之后，2套系統并列放置在監盤位置的兩側，改造期間遠程集中控制為監視模式，由電廠負責，當完成改造與調試后改為試運行模式。

結語：綜上所述，計算機監控系統在保障水電廠安全穩定運行方面，占據著重要的地位。文中結合改造實例，分析了系統存在的運行問題，總結改造經驗。為保障計算機監控系統改造的質量與效果，要做好全面有力的把控。