華光潭梯級水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造方案設(shè)計

傅水祥

（浙江浙能華光潭水力發(fā)電有限公司，浙江 杭州 310000）

1 概況

華光潭梯級水電站工程位于浙江省杭州臨安市分水江干流昌化江上游的巨溪，電站為引水式梯級電站，一級站裝機2×30 MW，二級站裝機2×12.5 MW，總裝機容量85 MW，多年平均發(fā)電量1.85億kW·h，是杭州電網(wǎng)進行“黑啟動”的首選電源，在保障電網(wǎng)安全方面起了重要作用。改造前華光潭梯級水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)上位機采用的是南瑞集團NC 2000系統(tǒng)，現(xiàn)地LCU采用的是美國GE 90-30系列PLC為核心的LCU現(xiàn)地控制單元，自2004年投運以來設(shè)備故障逐漸增多，工作站性能快速下降，備品備件停產(chǎn)短缺，已嚴重影響計算機監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行，同時電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)存在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)單網(wǎng)運行、現(xiàn)地PLC未冗余配置等隱患問題，不滿足防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求以及水電廠安全性評價等檢查要求，需對電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)進行整體升級改造。

2 改造方案

2.1 總體結(jié)構(gòu)改造方案設(shè)計

2.1.1 改造前

改造前，華光潭梯級水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)由一級站、二級站（兼集控中心）組成，兩站點之前通過光纖鏈路連接。一級站上位機配置2臺操作員站、1臺工程師工作站、1臺報警主機、1套GPS對時裝置等，現(xiàn)地控制單位（LCU）包括2套機組LCU、1套公用LCU、1套壩區(qū)LCU等；二級站（兼集控中心）上位機包含2臺操作員站、1臺工程師站、1臺語音報警主機、2臺主機服務(wù)器、2臺廠外通信機、1臺廠內(nèi)通信機等，現(xiàn)地控制單位（LCU）包括2套機組LCU、1套公用LCU、1套壩區(qū)LCU等。華光潭梯級水電站主要通過串口通信方式接入杭州地調(diào)。改造前總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 計算機監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖（改造前）

2.1.2 改造后

本次改造將華光潭梯級水電站整個計算機監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計為雙星型以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在二級站（集控中心）以及一級電站上位機各配置2臺工業(yè)級核心交換機（GE）互聯(lián)，接入上位機各設(shè)備，在兩個站點現(xiàn)地控制級LCU均配置2臺工業(yè)級接入交換機（GE），兩個站點之間部署雙獨立光纖網(wǎng)絡(luò)，1號網(wǎng)絡(luò)光纖采用OPGW光纜，2號網(wǎng)絡(luò)光纖采用租用運營商裸光纜。

新計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用北京中水科技基于Unix/Linux操作系統(tǒng)的H9000 V4.0監(jiān)控軟件，具備數(shù)據(jù)采集、運行操作、歷史數(shù)據(jù)存儲及查詢等完整功能。二級站（集控中心）上位機配置2臺操作員站、1臺工程師站、1臺語音報警主機、2臺歷史服務(wù)器、2臺廠外通信服務(wù)器、1臺廠內(nèi)通信服務(wù)器、1套北斗/GPS對時裝置；一級站上位機配置2臺操作員站、1臺工程師工作站、1臺報警主機、1套北斗/GPS對時裝置等。由二級站（集控中心）承擔(dān)與杭州電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)接口通信，同時接受電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)下達的AGC命令等，采用雙電力調(diào)制解調(diào)器（101串口通信方式）接入電網(wǎng)調(diào)度。改造后計算機監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 計算機監(jiān)控系統(tǒng)總體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2.2 監(jiān)控系統(tǒng)改造期間的過渡方案

由于計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造往往涉及到上位機設(shè)備和現(xiàn)地LCU設(shè)備的改造，而現(xiàn)地LCU設(shè)備的改造經(jīng)常結(jié)合開關(guān)站、機組檢修方可一并開展，因此整個計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造施工持續(xù)會比較長而且不連續(xù)。監(jiān)控系統(tǒng)改造期間，會有新、舊計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備同時運行的情況，這時如何保證與調(diào)度通信不中斷、遠動數(shù)據(jù)仍能全部正常上送調(diào)度，又保證對新、舊現(xiàn)地控制單元的實時監(jiān)視控制則是整個計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造實施的關(guān)鍵[1]。

結(jié)合華光潭梯級水電站新、舊計算監(jiān)控系統(tǒng)為不同品牌的情況，經(jīng)綜合考慮論證分析，決定采用新、舊計算機監(jiān)控系統(tǒng)上位機系統(tǒng)同時運行的模式，現(xiàn)地控制單元（LCU）逐一改造并接入新計算機監(jiān)控系統(tǒng)。具體過渡方案見圖3。

圖3 新舊計算機監(jiān)控系統(tǒng)過渡方案

2.2.1 新系統(tǒng)上位機平臺搭建

在改造開始階段，首先在二級站（集控中心）搭建新的監(jiān)控系統(tǒng)（H9000 V4.0）上位機。在二級站（集控中心）監(jiān)控及通信機房新增UPS電源系統(tǒng)（配置2臺10 kV），其交流電源取自機房總配電柜，直流電源取自二級站內(nèi)直流電源系統(tǒng)；在監(jiān)控及通信機房搭建所有上位機主機、網(wǎng)絡(luò)、對時設(shè)備，運行H9000 V4.0系統(tǒng)；其次在一級站也一樣搭建新的監(jiān)控系統(tǒng)上位機設(shè)備，包括主機、網(wǎng)絡(luò)、對時以及UPS設(shè)備。一、二級站新上位機通過冗余核心交換機及雙獨立光纖網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互聯(lián)。

2.2.2 新舊系統(tǒng)及調(diào)度通信

新上位機平臺搭建完成后，將新系統(tǒng)上位機的廠內(nèi)通信服務(wù)器模擬成調(diào)度與舊系統(tǒng)通信（edt通信），舊系統(tǒng)將遠動數(shù)據(jù)先全部送至新系統(tǒng)廠內(nèi)通信服務(wù)器，新系統(tǒng)廠外通信服務(wù)器則通過101規(guī)約以串口通信方式與調(diào)度建立連接，實現(xiàn)遠動數(shù)據(jù)上送調(diào)度。這樣確保現(xiàn)地LCU設(shè)備改造過程中，不管舊設(shè)備還是新設(shè)備，實時數(shù)據(jù)均可正常上送調(diào)度。

2.2.3 現(xiàn)地控制單元改造

華光潭梯級水電站共8個現(xiàn)地LCU，均結(jié)合機組、開關(guān)站檢修計劃分批進行改造。每臺LCU改造時，完成原盤柜外部線纜拆線（做好標(biāo)記），舊盤柜拆除，新盤柜立柜，外部線纜接線工作，同時完成中斷量、開關(guān)量、模擬量溫度量、通信量的測點核對以及PLC順控流程的靜態(tài)動態(tài)調(diào)試，新LCU與新上位機系統(tǒng)的聯(lián)合調(diào)試等工作。

3 改造實施工作中的一些體會

水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造是一項跨度時間長、系統(tǒng)性的工程，因此改造前既要進行整體規(guī)劃設(shè)計，同時也要對改造過程的關(guān)鍵問題提早思考分析，制定行之有效的解決方案，確保改造工作的順利開展。除了上述提到的新舊上位機系統(tǒng)的過渡方案，還可以提早謀劃以下情況。

3.1 新LCU盤柜內(nèi)部設(shè)計

華光潭梯級水電站原現(xiàn)地LCU盤柜配置較少，LCU盤柜內(nèi)自動化設(shè)備及布線布局非常緊湊。此次升級改造，只更換LCU盤柜及內(nèi)部設(shè)備，仍保留外部線纜，由于新的盤柜內(nèi)部布局設(shè)計肯定與原盤柜不同，因此為確保舊電纜仍能正常匹配新盤柜，減少LCU改造施工的接線工作量，應(yīng)提早開展準(zhǔn)備工作。改造前可采取以下措施：

（1）組織專業(yè)人員對原LCU盤柜外部電纜排查，尤其是電纜左右兩側(cè)分布情況以及柜內(nèi)線纜長度情況，并對線纜標(biāo)識牌核對信息確保準(zhǔn)確；同時考慮是否涉及新增線纜，應(yīng)提前設(shè)計電纜穿線走向及預(yù)設(shè)，改造前形成一份電纜清冊；

（2）與新系統(tǒng)廠商召開設(shè)計聯(lián)絡(luò)會，結(jié)合排查的電纜清冊情況，參與新LCU盤柜的內(nèi)部布局設(shè)計，優(yōu)化內(nèi)部布局盡量滿足華光潭電站現(xiàn)場電纜實際情況，就能減少現(xiàn)場調(diào)整改動的工作，大大提高工作效率。

3.2 監(jiān)控系統(tǒng)與其他系統(tǒng)之間的通信

水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)除了與調(diào)度遠動通信外，還涉及廠內(nèi)其他系統(tǒng)的通信，如勵磁、保護、調(diào)速器、交流采樣、在線監(jiān)測系統(tǒng)等，因此新系統(tǒng)廠商確定后，改造前應(yīng)組織廠內(nèi)其他系統(tǒng)廠家和新監(jiān)控系統(tǒng)廠家溝通確認通信模式，準(zhǔn)備好通信接口程序，非常有助于現(xiàn)場調(diào)試工作的開展。

3.3 聯(lián)合開發(fā)、聯(lián)合調(diào)試模式

水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)和改造是一項系統(tǒng)性工作，在和許多水電站調(diào)研交流過程中，發(fā)現(xiàn)水電站在改造過程中都實行業(yè)主和廠家“聯(lián)合開發(fā)、聯(lián)合調(diào)試”模式。華光潭梯級水電站在此次改造中也踐行此模式，前期設(shè)計聯(lián)絡(luò)會共同參與監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)模式及LCU盤柜的內(nèi)部設(shè)計，組織運行人員和檢修專業(yè)技術(shù)人員在設(shè)備出廠前共同進行系統(tǒng)開發(fā)和安裝調(diào)試，運行人員參與監(jiān)控系統(tǒng)操作界面設(shè)計，可以讓運行人員提早熟悉界面，快速適應(yīng)新監(jiān)控系統(tǒng)的操作，檢修專業(yè)人員參與設(shè)備的安裝及調(diào)試，可以更全面清晰地了解新監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計原理和整體布局，有助于專業(yè)人員更深層次掌握監(jiān)控系統(tǒng)的運維技術(shù)，尤其是專業(yè)青工可以非常快速地提升專業(yè)技術(shù)技能。華光潭梯級水電站在改造起始階段就應(yīng)認真謀劃布局，結(jié)合“聯(lián)合開發(fā)、聯(lián)合調(diào)試”模式，制定運行和檢修專業(yè)人員的計算機監(jiān)控系統(tǒng)培訓(xùn)培養(yǎng)計劃，通過計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造鍛煉大大提高了生產(chǎn)人員的整體業(yè)務(wù)技能。

4 結(jié)束語

華光潭梯級水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)整體改造后運行穩(wěn)定，可靠性大大增強，在性能、功能上均更加優(yōu)越，改造成果顯著，達到了預(yù)期改造目的。國內(nèi)也有類似華光潭水電站一樣的梯級水電站需要進行計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造完善，希望本次改造中新舊計算監(jiān)控系統(tǒng)過渡方式、雙星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計、現(xiàn)地LCU盤柜設(shè)計、聯(lián)合開發(fā)聯(lián)合調(diào)試模式等成果可以為其他水電站的計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造和建設(shè)做參考，提供實踐經(jīng)驗，得到同行的借鑒和交流。