天生橋一級水電站水調自動化系統改造

李 恒，林廣洪，劉建華

（廣東省能源集團天生橋一級水電開發有限責任公司水力發電廠，貴州 興義562400）

1 工程概述

天生橋一級水電站是紅水河梯級電站的第一級，位于南盤江干流上，工程以發電為主。水庫總庫容102.6億m3，調節庫容57.96億m3，壩址以上流域面積50139km2，多年平均流量612m3/s，年徑流量193億m3，為不完全多年調節水庫。電站裝機容量1200MW（4×300MW），電站建成后，送電貴州、廣西和廣東。

天生橋一級電站水情自動測報系統由1個中心站、1個氣象站、1個水位站、6個水位雨量站、17個雨量站以及天生橋二級電站水情自動測報系統、魯布革電站水情自動測報系統組成。目前采用衛星或短信方式進行通信，重要的站點采用雙信道方式。

2 改造背景

天生橋一級水電站水調決策支持系統軟件于2006年建設，硬件于2007年升級改造完成，至2016年已運行近10年。由于運行時間較長，目前已出現以下問題：

（1）目前軟件系統只能提供基本的水情信息功能，硬件設備則與當前社會科學技術水平相距較遠。

（2）水情用戶數量大量增多，存在大量的數據讀寫操作，服務器安全穩定性受到威脅。

（3）大部分服務器都出現過硬件故障，經維修后再投入運行，一些應用程序同時運行在一臺服務器上，造成服務器不堪重負，出現死機現象[1]。

為保證后期水調自動化系統穩定運行，故需要對其進行改造。

3 改造內容

天生橋一級水電站現有水調自動化系統已運行多年，因此首先考慮更換新的服務器及網絡設備，并將原系統上現有功能全部移植至新設備，針對運行中出現的問題優化完善。根據現場設備運行情況，將進行更換主數據服務器、通信服務器、應用服務器，部分網絡設備、部分通信方式改造，以及將設備與通信從舊水調大樓轉移到新水調樓。天生橋一級水電站改造前的水情系統如圖1所示。

3.1 通信設備改造

本次改造主要是在原水調系統網絡架構下，更換新的服務器及網絡設備，并將原系統上現有軟件功能全部移植至新設備。根據現場設備運行情況，將更換二區設備有：主數據服務器、南網通信服務器、機組通信服務器、數據采集服務器、隔離通信服務器、防火墻以及二區交換機。三區更換設備有：WEB兼數據庫服務器、通信服務器、正向隔離裝置（含程序）、防火墻以及三區交換機。

通過本次水調決策支持系統硬件改造，使系統能夠滿足水調決策支持系統運行的硬件要求，同時為下一次整個集團水調自動化系統升級做準備。

3.2 新舊系統數據同步通信

目前新舊大樓之間已有光纖通道，需要在兩端增加光纖收發器將光纖轉換成以太網。兩端分別連接內網數據庫服務器的一個未使用的網口，配置同一網段的IP地址。通信方式如圖2所示。

圖2 新舊大樓通信方式

測試網絡聯通后，在舊大樓內網數據庫服務器上部署數據同步程序，將機組與水情實時數據同步到新大樓水調系統中。即新舊系統的3張實時數據表（RTSQ、RTDB、RTEMS）數據保持同步。以上階段沒有更改舊系統的相關配置，不影響系統的正常運行。

3.3 監控通信切換

監控通信的切換實現包含2個方面：①完成新舊監控采集服務器的切換，②完成新舊監控系統通信的切換。

3.3.1 新舊采集服務器切換

將新的監控采集服務器（配有顯示器、鼠標、鍵盤）布置到廠房，以便于調試新的監控采集服務器。由于該服務器在廠內沒有調試過，需要將原有監控采集服務器程序復制過來，相關的IP配置也按照原有的進行更新。配置完成后，替換原有的監控采集服務器（防止出現異常情況，新舊服務器切換時，只需要將網線切換，舊機器保持開機狀態不要搬離）。新舊監控采集服務器切換期間，監控數據中斷時間確保在30min內。新監控采集服務器與舊大樓水調系統通信穩定后，進行將數據傳輸方式修改為到新大樓水調系統的工作[2]。

3.3.2 新舊系統監控通信切換

監控通信新舊系統切換前，需要確保新系統的機組數據通信接收端程序啟動以及廠房與新大樓的網絡通信均為正常。由于通信調試，需要兩端都有人監測系統。為了確保新系統接收端正常，需要一臺服務器當做監控采集服務器模擬與新系統的通信。廠房監控采集服務器與舊大樓水調系統之前是通過光纖通信，兩端配有光纖收發器進行光纖與以太網的轉換。廠房與新大樓之間光纖通道已經部署完畢，光纖收發器仍利用原來的。確認數據能夠正常接入新系統數據庫服務器，然后再通過數據抽取程序將監控采集的實時數據發送到老數據庫服務器。

3.4 遙測系統切換

將遙測短信貓和北斗終端從舊系統上斷開，接到新系統服務器上，確認數據能夠正常接入新數據庫服務器，然后再通過數據抽取程序將遙測站的實時數據發送到老數據庫服務器。遙測采集系統切換前，在新系統上確保遙測采集平臺程序正常啟動。采集平臺正常啟動后，將短信貓和北斗終端接上，通過遙測采集平臺召測若干數據，若成功召測到數據，說明切換成功。

3.5 南網通信切換

新老系統并行運行一段時間（7d），觀察新系統相關計算數據是否與老系統計算數據一致。如果不一致，則檢查新系統，分析故障原因。如果一致，則將新系統南網服務器接入南網專網，啟動程序發送南網要求數據，將老系統南網服務器斷開專網。原有與南網通信模式如圖3。

圖3 原有與南網通信方式

南網系統通過2M專線接入到舊大樓1樓中轉機柜，再通過E1轉換器將2M轉換成以太網接入到6樓南網防火墻，然后接入水調系統。與南網通信方式切換到新大樓水調系統，通信模式如圖4。

圖4 現與南網通信方式

通道部署完成后，在舊大樓1樓中轉站將南網通信通道切換到新大樓上。網絡連接成功后，測試與南網通信的網絡是否通暢。網絡沒有問題后，進行通信程序的切換。與南網通信的切換過程涉及通道的變化，期間需要調試好通道，通道變更需要增加的網絡設備也可以加快完成。

3.6 外網通信切換

正向隔離裝置到位后，需要進行新系統內外網的數據通信調試工作。新系統外網數據完善后，進行web功能的調試以及與集團系統的調試工作。內網與外網傳輸數據，數據流程圖如圖5。

圖5 內外網數據傳輸方式

內網數據庫的數據表通過觸發器將數據觸發到轉發用戶（即為transmit帳戶，通過該帳戶下到正向隔離），正向隔離程序客戶端程序掃描轉發用戶，將表中數據生成ETF文件并刪除表中數據。通過正向隔離裝置將生成的ETF文件發送到外網服務器上，正向隔離程序服務端將這些ETF文件解析入庫。

外網系統正常接收數據且運行穩定后，調試外網的相關程序。與外網通信主要是集團系統，與其通信的網絡通道新大樓要部署完畢并測試通暢。完工后保證外網系統數據實時更新、集團系統準時收到天一電廠數據以及web瀏覽功能可以正常使用。

4 改造后情況

完成一系列改造后的水情系統網絡結構圖如圖6所示。

圖6 改造后網絡結構圖

水情系統改造后，整個系統運行穩定，對比改造前后水情系統運行暢通率和可靠度，改造前平均每年暢通率和可靠度分別為97.23%和95.01%，改造后分別為99.53%和99.38%，相比改造前暢通率和可靠度分別提高了2.4%和4.6%。改造后，各年月度數據均未出現特低暢通率和可靠度（未改造前有月數據出現暢通率和可靠度為55%的特低值）。

南網通信方面，未改造前與南網通信中斷次數較多，甚至出現過一年累計中斷次數10次以上的情況，系統改造后中斷次數控制在每年3次以內，大大提高了與南網通信的穩定性，為我廠水情系統穩定運行提供了保證。

5 總結

天生橋一級水電站水調決策支持系統硬件技術改造后運行正常，應用便捷。目前，系統的建設工作已經全部完成，各項功能均滿足當前使用要求。水調系統的相關人員在系統試運行的過程中也逐步掌握了系統的各個方面功能，并正在應用于日常生產調度工作中，系統正式運行以后較大程度地發揮水調系統的作用，提高了天生橋一級水電站的整體經濟調度水平，也為其他水電廠水情系統改造提供了一定的借鑒作用[3]。