惠州抽水蓄能電站計算機監控系統國產化改造探索

趙勇飛，劉曉波，彭緯偉，張 茜，魯培權，陳旭騰，梁玉飛

（1.北京中水科水電科技開發有限公司，北京 100038；2.南方電網調峰調頻發電有限公司，廣東 廣州 510635）

0 引言

惠州抽水蓄能電站（以下簡稱惠蓄）總裝機容量2 400 MW（A/B 兩廠8×300 MW），2004 年遵循以“市場換技術”的方針，寶泉、惠州、白蓮河3 座抽蓄電站共16 臺300 MW 機組打捆招標，中標外商向國內主機廠分包并轉讓關鍵技術，電站是我國抽水蓄能機組設備國產化的首批依托項目之一。

電站建設時采用ALSTOM 分布式計算機監控系統ALSPA P320 系列產品。2022 年開始著手進行系統改造，改造后采用中水科技iP9000 自主可控智能一體化平臺，從硬件到軟件全面實現國產自主可控。

本次改造需要接入監控系統的調速系統、勵磁系統、SFC 等外圍系統均維持原有國外產品，面臨國外系統的技術封閉、資料受限、流程難以解讀、通信規約不開放等一系列技術堡壘，同時改造期間已改造機組和未改造機組存在相互影響，尤其是水泵方向啟動流程的復雜性，對SFC 的啟停、信息交互、通信切換、安全閉鎖判斷等，帶來諸多難點需要攻克。

1 系統結構

本次系統改造提供安全Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ區內統一的系統管理、數據分析、圖形、報表等功能支撐接口，完成各個應用的數據采集、控制命令、數據同步、數據交換、對外通信、模型管理、文件管理等[1]。

廠站層主要設備包括相關數據服務器、應用服務器、操作員工作站、調度通信服務器、歷史數據庫、工程師工作站、語音報警工作站及網絡打印機等。

監控系統在地面中控樓、地下A/B 廠房內各設置2 套核心交換機，組建雙環冗余主干網，電站廠站層、現地層系統和設備就近接入，實現電站系統和設備網絡的可靠連接。

現地控制層設備按照機電設備的單元分布，分別設置A 廠和B 廠各4 套機組LCU、1 套機組公用LCU，廠內公用LCU 以及開關站LCU，其他包括上庫LCU、下庫LCU、模擬屏LCU 和下庫壩LCU。各LCU 均可獨立完成負責區域的功能，實時采集現地控制層設備數據，通過監控網絡傳送至上位機，接受上位機下發的命令并執行。

2 系統改造方案設計

惠蓄電廠計算機監控系統改造，采用iP9000 系統與P320 系統并列運行的過渡方式，iP9000 系統按照調度層、電站中控層、現地控制層進行總體設計和配置，采用國產服務器、操作系統和網絡設備，組建新的監控系統網絡，配置完整的廠站層設備，完成iP9000 中控層及網絡的整體投運。

改造后的惠蓄監控系統，對全廠設備進行全面監視與控制，完成與總調、中調、地調、集控的數據與命令交互，并實現與原有廠內國外產品的互聯互通。

2.1 過渡期間通信設計

監控系統改造實現平穩過渡的關鍵是iP9000獲取P320 系統的實時數據并實現對P320 的控制功能，由于P320 系統上位機和各LCU 單元控制器PCX 間采用私有網絡規約通信[2]，iP9000 無法通過該方式進行交互。考慮到P320 系統配置有3 臺冗余通信服務器實現與調度通信功能，可借用該通信通道，搭建一套冗余的通信主站模擬調度系統，采用開放的標準規約IEC60870-5-104，實現與P320 信息及命令交互。相應iP9000 在系統改造期間獲取全廠主要數據，并接管與調度通信功能，調度側對電站已改造設備的控制命令，由iP9000 直接執行，對于未改造設備的控制命令，由iP9000 接受并轉發P320 執行。

由此滿足LCU 分批改造條件，根據檢修計劃開展機組、機組公用及其他現地控制單元的分批改造，接入iP9000 系統，在完成全廠所有LCU 改造后，原P320 系統即可退出運行，實現監控系統平穩過渡。

2.2 過渡期間AGC/AVC 設計

改造過渡期間iP9000 接替原P320 系統AGC、AVC 等全廠性功能，新監控系統收到調度指令或電廠操作員下達的AGC/AVC 指令后，由iP9000 根據控制模式、啟動優先序列等，考慮各種約束條件，在全廠8 臺機組中進行自動分配，根據容量開停機狀態確定啟動、停止機組的數量進行自動開停機，根據功率設定值進行自動功率分配，根據電壓設定值進行無功調節[3]。

iP9000 AGC/AVC 軟件對已改造和未改造LCU的控制命令與調度側命令執行方式相同。

3 LCU 改造方案設計

LCU 改造的難點在于機組LCU 與機組公用LCU，考慮到改造工作的復雜性，改造前應做好現場踏勘、調研工作，原配置、流程、基礎信息、背景信息確認。從電纜梳理、端子確認、信號核對到流程確定、功能設計、通信破解，理清并完成系統設計、圖紙設計、流程設計、功能設計。尤其是針對系統與原有國外產品的互聯互通，設計解決方案，制定應急預案，以保證各項升級改造工作的順利開展。

抽蓄機組抽水方向啟動時，可采用SFC 或BTB方式啟動，考慮到惠蓄P320 系統的封閉性，在改造過渡期間，改造完成的機組與未改造的機組之間不采用BTB 啟動方式啟動。A 廠及B 廠首臺機組改造完成后，僅采用SFC 方式啟動水泵方向，當其他機組改造完成后，同一廠內改造后的兩臺機組之間可采用BTB 啟動作為備用啟動方式。

3.1 機組LCU 改造方案設計

惠蓄P320 系統原流程設計上，水泵方向啟動均通過機組公用LCU 進行交互，針對原機組LCU 流程、機組公用LCU 流程特點，將有關BTB 啟動部分流程、保護移到機組LCU，調整相應IO 點數。同時針對SFC 裝置、機組球閥、機組尾水事故閘門、機組調速器、機組勵磁、機組保護、高壓頂起等設備流程要求和信號情況，確定機組LCU、機組公用LCU 等結構形式，尤其是構建結構簡潔、通信速率高、接入設備能力強的通信結構、方式。

3.2 機組公用LCU 改造方案設計

由于靜止變頻器（SFC）由機組公用LCU 進行信息采集與命令控制，當惠蓄A 廠或B 廠首臺機組LCU 改造，新的機組公用LCU 將與首臺機組同步投運，改造過程中兩套機組公用LCU 并列運行，直到第4臺機組投運完成，P320機組公用LCU退出運行。

在同一廠內兩套機組公用LCU 并列運行過渡期間， SFC需要完成改造前后的機組水泵方向啟動，相應新的機組公用LCU 與P320 機組公用LCU 均與靜止變頻器（SFC）存在信息采集、命令控制、通信需求，由此涉及機組公用的功能、信號的擴展和通信的切換。

在機組公用的功能、信號的擴展數量上，機組公用LCU 保留SFC 啟動過程中，SFC 事故跳閘及被啟動機組事故跳閘等部分，不參與BTB、不承擔水泵啟動過程中BTB 及SFC 的有關保護回路實現。

水泵啟動的命令下發到待啟動機組，由其轉發到拖動機組或機組公用LCU。機組公用LCU 負責SFC 啟動時同一廠內4 臺機組有關拖動刀閘、啟動刀閘、啟動母線上斷路器檢查、SFC 輸入電源開關等檢查。

水泵啟動過程中低頻保護、斷電保護、濺水功率保護、進水閥、電氣制動、高壓頂起、勵磁、調速器、同期等有關硬接線保護由機組LCU 實現，不再由機組公用LCU 實現，機組公用LCU 僅保留SFC 啟動過程中SFC 事故跳閘及被啟動機組事故跳閘等部分[4]。

水泵BTB 的啟動在兩臺機組之間進行，機組直接通過通信方式進行信息與命令的交互，新的機組公用LCU 不再參與該流程。改造過程中，為實現改造后機組SFC 方式水泵方向啟動，新機組公用LCU需要4 臺機組的啟動刀閘、被啟動刀閘、啟動母線聯絡刀閘/斷路器位置、SFC 裝置可用信息、事故信息等重要信號，僅將新機組公用LCU 控制流程中所必需的4 臺機組的啟動刀閘、被啟動刀閘、啟動母線聯絡刀閘/斷路器位置信號等重要信號，包括SFC裝置可用信息、事故信息也需要擴展。對于這些新舊機組公用流程控制過程中都需要的DIN 或SOE點，通過相應設備的備用位置接點送到新機組公用LCU 中，對于僅有一副接點不能增加接點的設備位置信號，可以進行擴展。

4 國產化適配選型

惠蓄監控系統改造，廠站層各服務器、工作站、網絡設備、安防設備、時鐘系統等，現場層PLC、同期裝置、通信裝置、電能表、交采表、變送器等，軟件方面操作系統、數據庫系統、監控系統等，均采用國產品牌設備和軟件。

器件適配選型是實現國產化的最關鍵環節，對標現有裝置典型器件規格，全面梳理國產元器件現狀，不僅要篩選出功能和性能滿足要求的器件，而且對國內各元器件廠家背景、器件參數、器件生產制造等多方面進行調研和對比。著重從功能、性能、溫度及功耗、用量、軟件支撐等多個方面進行選型、評估，最終目標是工控系統的整體功能、性能和可靠性達到當前主流應用產品水平。

5 結語

2023 年6 月底惠蓄監控系統平臺、1 號機組LCU 按期完成了各項改造工作，系統順利投運并穩定運行，iP9000 展現出良好的兼容性、開放性、可擴展性。

目前，我國早期引進的國外抽蓄電站監控系統，均已遠超使用年限，系統設備老化、原廠服務不便、備件不足、難以擴展、無法滿足當前電力系統穩定運行相關要求，但由于系統封閉，面對著難以進行系統改造的困境。惠蓄電站監控系統的改造成功，為改造抽蓄電站國外監控系統提供了思路和經驗，在行業內極具推廣價值。