智慧型計算機監控系統在五強溪電廠的應用

吳生特，馬 鑫

（1.五凌電力有限公司五強溪水電廠，湖南 沅陵 419642；2.湖南省水電智慧化工程技術研究中心，湖南 長沙 410004）

1 引言

“什么是智能水電廠、如何建設智能水電廠”一直以來是困擾業界的兩大難題，文章在借鑒國內外前人經驗的基礎上，提出了以智能水電廠一體化平臺為載體，通過在安全I區、安全Ⅱ區及信息管理大區部署統一的一體化平臺，消除了傳統水電廠計算機監控系統、水情測報系統、測振測擺系統、動環監測系統等信息系統各自為戰所形成的信息孤島，暢通了數據交互的渠道，實現了數據的歸一化管理，在保障傳統業務安全穩定最小化運行的基礎上，實現了海量數據的采集、挖掘與應用，為建設智能水電廠做出了積極探索。

iP9000系統是北京中水科技在傳統優勢產品H9000監控系統基礎上，集多年水利水電自動控制領域經驗，潛心研制的水利水電工程應用領域的智能智慧一體化系統，入選了國家“十三五”科技創新成果，iP9000系統已在三峽左岸電站、白鶴灘水電廠、三峽梯調中心、三峽昆明集控中心、大渡河智慧流域建設、清江水電調中心、三峽長江大保護信息中心、巴西伊利亞+朱比亞水電站、信江航運樞紐、南網雙調集控中心等項目中推廣，其面向智能水電廠一體化架構的思維方式契合電廠對于智能水電廠建設的實際需求。

2 總體設計方案

iP9000系統在五強溪電廠的成功應用，徹底解決了原計算機監控系統設備老化、備品采購困難所帶來的設備隱患，通過系統架構、軟件技術、裝置設備的整體更新，充分迎合電廠自動化裝置性能提升、工控本質安全保障、數字化智能化的發展需求。iP9000智能一體化平臺采用基于SOA架構設計和面向對象編程技術，按照全冗余全分布系統結構開發，解決了安全Ⅰ、Ⅱ、信息管理大區內統一的系統管理、數據的互聯互通及對外接口問題，同時為電廠各類智慧應用提供了服務支撐。iP9000智能一體化平臺同時具備計算機監控系統平臺、應用軟件平臺和大數據平臺的功能，為電廠應用提供了運行環境、集成環境、維護環境，和開發環境。其主要技術和特點有：①面向對象的設計；②支持非結構化數據、可在線維護的數據庫；③標準化的公共服務；④高度一體化的業務集成；⑤基于面向對象技術的人機聯系和可視化；⑥圖模一體化；⑦開放的第三方應用接入；⑧高可靠性的基于服務調度的多重熱備冗余的通信；⑨針對海量數據報警處理的實時智能報警技術。iP9000系統通過基礎操作系統、核心數據庫、關鍵集成軟件的國產化應用促進了電廠重要控制系統的國產化進程，極大降低了外國產品“卡脖子、埋地雷”的潛在風險，進一步提升了工控系統本質安全性能；采用雙冗余+后備水機保護設計，進一步提高了水機保護裝置的可靠性與穩定性；采用施耐德最新的雙冗余熱備昆騰+PLC系列，基于I/O子站雙冗余電源設計、數據通信環網及雙星形網的成功應用，顯著提升了現地LCU的可靠性；實現了基于雙北斗+雙GPRS的全廠生產大區統一時鐘對時，提升了全廠對時系統的可靠性，有效解決了遠程智能運維數據源時域一致性問題，為數據分析提供了精準的時鐘參考；依據《數據中心設計規范》開展了建設電信級C類標準化機房，并引入了中控室遠程KVM輕量化操作臺設計，實現后臺服務器的統一機架式管理，進一步改善了服務器、核心交換機等重要設備的運行環境。

五強溪電廠智能一體化平臺的研究包含已有機組計算機監控系統的升級改造及新建機組計算機監控系統的接入，新老廠采用同一平臺進行統一化運作。其主要的設計原則為：

（1）在安全Ⅰ區、Ⅱ區及信息管理大區分區部署一體化平臺，將各安全區域系統和設備采用分層分布式結構有機接入一體化平臺，消除信息孤島。實現全廠各應用系統數據共享、多業務聯動、大數據分析及智能高級應用。

（2）一體化平臺與電廠現地LCU之間數據傳輸采用傳統的TCP/IP通訊協議，但預留DL/T 860的智能化接口，電廠現地LCU與調速器、勵磁、主變冷卻器、技術供排水、進水口閘門等輔機設備保留現有硬接線方式不變的同時，需通過現場總線的通信方式，實現數字化通信，但現階段數據通信暫“只采集不控制”。

（3）一體化平臺擴機工程智能單元之間采用單元結構與扁平化結構相結合的方式進行。即擴機工程調速器、勵磁、輔機等設備通過現場總線及硬接線的方式實現與現地LCU之間的通信，擴機工程現地LCU將信息匯總后直接通過DL/T 860標準與一體化平臺進行數據交互。與此同時擴機工程調速器、勵磁、輔機等設備也通過DL/T 860標準直接與一體化平臺進行數據交互。

（4）一體化平臺堅持“優先保障采集與控制功能，不為數據而數據”的理念，在信息管理大區進行數據的集中和融合，安全Ⅰ區、安全Ⅱ區功能按照最小化配置僅實現傳統的采集與控制功能，高級應用開發（需與公司在建的智能決策系統各有側重，作為其的補充）均在信息管理大區進行，如此既能保障傳統的采集與控制功能不受影響，也能通過高級應用的開發服務于安全穩定生產。

圖1 五強溪電廠智能一體化平臺總體結構圖

3 創新舉措

（1）通過在安全Ⅰ區、安全Ⅱ區及信息管理大區搭建統一的智能一體化平臺實現了電廠關鍵信息系統的歸一化管理，消除了信息孤島，將現有的監控系統、水情測報系統、測振測擺系統、動環監控系統等進行了集成，使其統一運行在iP9000智能一體化平臺。同時，在保障安全Ⅰ區、安全Ⅱ區最小化安全運行的前提下，在信息管理大區對電廠海量數據進行了集中管控、探尋數據之間的關聯，發掘數據內在價值，通過“搭積木”的方式實現了現場運維人員的專業知識智能應用，切實提升了電廠的設備運維管理水平。基于一體化平臺與對象化建模的生產時序數據統一納管，統一通信規約，提高數據共享復用價值，iP9000在五強溪電廠應用的過程中大幅減少了原現地LCU設備與各輔助系統之間的硬接線、不僅實現了數據采集的最大化更減輕了現場運維人員面對密密麻麻硬接線時的工作強度，完成了為生產一線減負的目標。

（2）關鍵設備與軟件國產化應用：在服務器、交換機等關鍵硬件國產化的基礎上，實現數據庫、操作系統等核心軟件的國產化，有效控制了外國產品“卡脖子、埋地雷”的潛在風險，進一步提升了工控系統本質安全性能。

（3）首創雙冗余+后備水機保護設計，提高水機保護防拒動性能：將雙冗余機組LCU PLC作為水機保護主保護、水機保護專用PLC及繼電器硬回路分別作為水機保護的后備保護，通過雙冗余+后備水機保護的開發與應用，顯著提升了機組水機保護動作的可靠性，確保了機組的安全、穩定運行。

（4）依據《數據中心設計規范》開展C類標準化機房建設，標準化機房建設過程中完成了封閉冷通道設計與應用，雙冗余高效率精密空調應用，并引入了免專用蓄電池的電力專用冗余UPS設計。“安全、高效、標準、全新”的機房，成為了電廠對外展示的新窗口。

（5）基于遠程KVM輕量化操作臺即將所有的服務器置于標準化的計算機監控機房，將鍵盤、顯示器等人機交互設備置于中控室。基于遠程KVM輕量化操作臺的應用改善了設備運行環境，實現電源、裝置與后臺的統一管理，實現了服務器與運維人員之間的“物理隔離”，人機分區安全隔離，改善中控室值班環境，服務器置于標準的計算機室內穩定運行，運維人員在舒適的運維區通過遠端KVM系統對服務器進行日常運維。遠程運維KVM系統既保障了機房的無人化封閉運行免受外界干擾，又使得運維人員免遭機房電磁環境影響提升了電廠的“人性化”管理水平。

（6）初步實現基于雙北斗的全廠生產大區統一對時。iP9000一體化平臺同步建設了包括雙獨立對時主鐘、雙冗余對時來源（北斗、GPRS冗余）、子時鐘與主時鐘雙光纜冗余連接的全廠統一對時系統，實現了一體化平臺與調速器系統、勵磁系統、保護系統、故障錄波系統等全廠重要輔機系統的可靠對時，為數據分析提供了精準的時鐘參考，提升了日常故障處理、問題溯源的效率。

（7）全方位防控，保障電廠工控系統本質安全。電廠應用的iP9000一體化平臺以國密算法為基礎，可信計算技術為核心，安全可控為目標，安全免疫為特征，充分利用可信計算環境，軟硬件雙管齊下，達到了 “攻擊者進不去”“非授權者重要信息拿不到”“竊取保密信息看不懂”“系統和信息改不了”“系統工作癱不成”“攻擊行為賴不掉”的多重防護效果，保障了電廠核心業務的安全、穩定運行。

（8）以PLC強大的邏輯計算能力為基礎，將設備運行特征與專家知識、經驗充分融合，開展了基于PLC的計算機監控系統智能報警功能設計與實現工作即將現場設備以對象樹的方式進行分類，劃分為調速器系統、機械制動系統、勵磁系統、機組LCU等系統，根據各系統運行特征，進行特征數據挖掘，并在PLC系統中進行對應的邏輯運算，直接將結果推送至上位機系統進行實時報警，已成為了電廠進行設備分析的一大利器，智能報警投運1年以來相繼提早發現了4項設備異常，為保障設備安全穩定運行提供了新的技術手段。

4 總結

介紹了五強溪電廠智能一體化平臺的總體設計方案并詳述了實施過程中的創新應用，從水電廠的視角探索了如何建設智能水電廠，為國內同行業的電廠探索建設智能電廠提供了一定的借鑒。