鄧朝君

(湖南省大源渡航電樞紐管理處,湖南衡陽 421412)

1 原監(jiān)控系統(tǒng)簡介及存在的問題

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

大源渡水電站原計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用奧地利VATECH集團(tuán) SAT公司上個(gè)世紀(jì) 90年代產(chǎn)品。整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu),由負(fù)責(zé)完成全廠集中監(jiān)控任務(wù)的電站級控制層和負(fù)責(zé)完成 1～4號機(jī)組、開關(guān)設(shè)備、公用設(shè)備、模擬屏驅(qū)動(dòng)及調(diào)度通信等監(jiān)控任務(wù)的現(xiàn)地控制單元層以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1所示。

圖 1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.1.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

監(jiān)控系統(tǒng)主要有 2個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)—總線式以太網(wǎng)和令牌環(huán)網(wǎng)。電站級控制層的上位機(jī) A和 B站、工程師工作站、調(diào)度通信工作站、打印機(jī)由同軸電纜構(gòu)成 10MB/S的總線式以太網(wǎng);同時(shí)上位機(jī) A和B站還通過令牌環(huán)網(wǎng)網(wǎng)卡連在令牌環(huán)網(wǎng)上?，F(xiàn)地各控制單元 LCU通過各自主功能組 SK1703的令牌環(huán)網(wǎng)控制器 KR-TR連在以光纖為傳輸介質(zhì)的令牌環(huán)網(wǎng)上。

1.1.2 電站控制層

包括上位機(jī) A和 B站、工程師工作站、調(diào)度通信工作站、打印機(jī)、模擬屏、電力專用不間斷電源 EUPS,GPS同步時(shí)鐘等。

其中上位機(jī) A和 B站采用冗余配置,兼做操作員工作站和服務(wù)器;其冗余切換板 SCA-RS的主要功能是監(jiān)視 A和 B站的運(yùn)行情況。工程師工作站的操作系統(tǒng)為 Windows NTWorkstation 4.0,主要用于上位機(jī)的日常維護(hù)。調(diào)度通信工作站的操作系統(tǒng)為 Windows NT server 4.0,網(wǎng)關(guān)軟件為 SAT公司開發(fā)的 GKD;其串口接至 LCU10的串行通信處理板 CP2001,采集令牌環(huán)網(wǎng)上的信息,完成與衡陽地調(diào)的數(shù)據(jù)通信。模擬屏布置在中控室,可實(shí)現(xiàn)1～4號機(jī)組的并網(wǎng)和停機(jī)操作,以及電站相關(guān)開關(guān)的手動(dòng)合閘、分閘操作。2臺(tái)電力專用不間斷電源 EUPS給電站級控制層的設(shè)備提供穩(wěn)定可靠的220 V交流電源。GPS同步時(shí)鐘給整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)提供精確的衛(wèi)星同步時(shí)鐘。

1.1.3 現(xiàn)地控制單元層

包括 10個(gè)現(xiàn)地控制單元 LCU(1～10),其中機(jī)組的現(xiàn)地控制單元 LCU(1～4)由主功能組SK1703和子功能組 AM1703(順控模塊、安全模塊)組成,主要完成水輪發(fā)電機(jī)組及其輔助設(shè)備的監(jiān)控。電站 110k V開關(guān)配電裝置監(jiān)控單元 LCU5由 2個(gè)子功能組 AM1703組成。電站公用監(jiān)控單元LCU6由 1個(gè) AME1703子功能組組成。發(fā)電機(jī)10.5 kV配電裝置監(jiān)控單元 LCU7由 2個(gè)子功能組AM1703組成。11 kV近區(qū)配電裝置監(jiān)控單元 LCU8由 1個(gè) AM1703子功能組組成。全廠通信控制監(jiān)控單元 LCU9由配置完全相同的 2個(gè) SK1703主功能組組成,它主要完成 LCU5,6,7,8與上位機(jī)及其它 LCU之間的通信。模擬屏驅(qū)動(dòng)及調(diào)度通信監(jiān)控單元 LCU10由 1個(gè) SK1703主功能組組成,主要功能是驅(qū)動(dòng)模擬屏的電測表計(jì)和 10.5 kV開關(guān)、刀閘的位置指示以及完成與衡陽地調(diào)的遠(yuǎn)動(dòng)通信。

1.2 存在的問題

1.2.1 上位機(jī) A和 B站硬件配置低且 SAT250軟件本身不完善

上位機(jī)工作站 CPU為 Pentium pro 200 MHz,內(nèi)存 128 MB,硬盤容量為 4.2G,主板的插槽為ISA插槽;主機(jī)連續(xù)運(yùn)行近 10年,元器件均已老化,系統(tǒng)運(yùn)行速度慢,且 2個(gè)工作站經(jīng)常出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象;ISA插槽的以太網(wǎng)卡及令牌環(huán)網(wǎng)網(wǎng)卡都已被淘汰,市面上已找不到此類網(wǎng)卡。主機(jī)的操作系統(tǒng)為低版本的 Solaris 2.5.1,對硬件的兼容性差;上位機(jī)軟件 SAT250本身也有不完善的地方,VIS250經(jīng)常出現(xiàn)實(shí)時(shí)事件丟失;組態(tài)軟件報(bào)表的開發(fā)復(fù)雜,普通用戶無法根據(jù)本電站的實(shí)際情況進(jìn)行再開發(fā)。

1.2.2 調(diào)度通信工作站運(yùn)行不穩(wěn)定

本站與衡陽地調(diào)進(jìn)行遠(yuǎn)動(dòng)通信的網(wǎng)關(guān)工作站一直存在故障,運(yùn)行不穩(wěn)定,經(jīng)常出現(xiàn)死機(jī)或數(shù)據(jù)無法刷新。

1.2.3 備件問題

隨著計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,本站監(jiān)控系統(tǒng)所使用的部分產(chǎn)品已被市場淘汰,且下位機(jī)部分模塊廠家已停止生產(chǎn)。這樣在備件缺乏的情況下會(huì)直接影響到電站的安全運(yùn)行。

2 監(jiān)控系統(tǒng)改造

根據(jù)電站的實(shí)際情況及綜合考慮,計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用部分改造的方案。電站級控制層設(shè)備除模擬屏、電力專用不間斷電源 EUPS外,其它設(shè)備均升級改造;現(xiàn)地控制單元層只進(jìn)行局部升級改造,屏柜的面數(shù)、外部端子連線、連接電纜均不變化;系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)改為 100 MB/S工業(yè)以太環(huán)網(wǎng),傳輸介質(zhì)仍利用原監(jiān)控系統(tǒng)的光纜。改造后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖 2 改造后系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)改造

改造后的監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用傳輸速率為100MB/S的高速光纖以太環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu),網(wǎng)絡(luò)通信介質(zhì)利用原系統(tǒng)多模光纖,遵循 TCP/IP規(guī)約。電站控制層與現(xiàn)地控制單元層之間通信采用國際標(biāo)準(zhǔn)化開放系統(tǒng)規(guī)約 IEC60870-5-104。

1～4號機(jī)組現(xiàn)地控制單元 LCU(1～4)各裝有 1臺(tái)交換機(jī),將 LCU1～LCU4連至以太環(huán)網(wǎng)上;中控室 +HA01屏內(nèi)有 2臺(tái)交換機(jī),分別將上位機(jī)A/B、工程師站、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)、GPS同步的網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘服務(wù)器、LCU9,LCU10連接至以太環(huán)網(wǎng)上。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備為 MOXA工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī),所有交換機(jī)之間采用光纜串接并形成環(huán)網(wǎng)。

2.2 電站控制層改造

上位機(jī) A和 B站仍采用冗余配置,主機(jī)選用高性能、多任務(wù)、多用戶型的HPXW4600工作站;操作系統(tǒng)為 Windows XP,監(jiān)控軟件為 SAT公司的升級產(chǎn)品 SCALA 6.3。工程師站主機(jī)也采用 HP XW4600工作站,主要完成電站上、下位機(jī)的日常維護(hù)工作。GPS同步時(shí)鐘升級為網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘服務(wù)器,向整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)提供高精度的時(shí)鐘。原打印機(jī)升級為網(wǎng)絡(luò)打印機(jī) HP LaserJet5200n,負(fù)責(zé)定時(shí)、召喚打印。

2.3 現(xiàn)地控制單元層改造

將現(xiàn)地控制單元 LCU(1～4,9,10)各主功能組的 SK1703機(jī)架升級為 AK1703機(jī)架,并升級內(nèi)部的 CPU模塊,保留原 SK的 I/O模塊,各 AM模塊均保留不變。原 LCU9配置完全相同的 2個(gè)SK機(jī)架升級為 1套 AK機(jī)架,取消原 LCU6,其功能由 LCU9 AK機(jī)架內(nèi)新增加的 I/O模塊完成。與衡陽調(diào)度的串口通信由 LCU10的通信處理模塊CP2002完成,不再單獨(dú)設(shè)置網(wǎng)關(guān)工作站。

3 目前監(jiān)控系統(tǒng)仍然存在的問題及處理對策

通過部分升級改造,大源渡水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性大大增強(qiáng)。但是由于最初的設(shè)計(jì)原因,目前監(jiān)控系統(tǒng)仍然存在幾個(gè)問題,要特別引起運(yùn)行、維護(hù)人員的重視,以便在日常工作中做到心中有數(shù),確保電站的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

3.1 當(dāng)機(jī)組監(jiān)控單元 LCU(1～4)AK主功能組的通信處理模塊故障時(shí),機(jī)組負(fù)荷的調(diào)整和停機(jī)流程執(zhí)行問題

電站 1～4號機(jī)組現(xiàn)地 LCU僅由 AK主功能組直接連在以太環(huán)網(wǎng)上,AM子功能組 (順控和安全模塊)經(jīng) SIM-BUS總線與 AK通信。當(dāng) AK的通信處理模塊故障時(shí),中控室上位機(jī)無法控制相應(yīng)的機(jī)組。此時(shí)要檢查機(jī)組現(xiàn)地觸摸屏是否可用,若正常則在觸摸屏上實(shí)現(xiàn)機(jī)組負(fù)荷的調(diào)整和停機(jī)流程的執(zhí)行;若觸摸屏也不可用,應(yīng)該在現(xiàn)地電調(diào)屏上實(shí)現(xiàn)對機(jī)組的控制。

在以后的改造中可考慮將 AM子功能組通過網(wǎng)卡也直接連在以太環(huán)網(wǎng)上,從而實(shí)現(xiàn)機(jī)組 AM子功能組與上位機(jī)的直接通信,從根本上消除因機(jī)組AK主功能組通信故障,上位機(jī)無法控制機(jī)組的隱患。

3.2 機(jī)組調(diào)速器為有功控制方式時(shí),失去有功反饋值問題

電站 1～4號機(jī)組的實(shí)際有功值來自 LCU7,經(jīng)過 SIM-BUS總線,傳輸?shù)?LCU9,再由以太環(huán)網(wǎng)送至各機(jī)組現(xiàn)地 LCU,電調(diào)采集此值作為調(diào)整有功的反饋值。當(dāng) LCU7/LCU9故障或者是以太環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)故障時(shí),機(jī)組調(diào)速器系統(tǒng)因失去有功反饋值,其閉環(huán)控制變成開環(huán)控制,致使機(jī)組負(fù)荷一直往上升,從而出現(xiàn)機(jī)組過負(fù)荷甚至出現(xiàn)事故。

為徹底解決機(jī)組有功反饋值問題,可在每臺(tái)機(jī)組現(xiàn)地 LCU控制屏內(nèi)增加 1臺(tái)功率變送器,通過電纜將來自 LCU7的機(jī)組實(shí)際有功值直接接至功率變送器;現(xiàn)地 LCU模塊采集此值再送至電調(diào)。這樣電調(diào)的有功反饋值不經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸,直接從機(jī)組LCU采集,其可靠性增強(qiáng),從根本上解決了機(jī)組調(diào)速器在有功控制方式時(shí)失去有功反饋值的問題。

3.3 全廠通信控制 LCU9無冗余配置問題

電站 LCU9的通信處理任務(wù)重大,一旦出現(xiàn)故障,將影響它的子功能組 LCU5,7,8與上位機(jī)及其它 LCU的通信。為確保 LCU9通信的可靠性,在以后的改造中可考慮將 LCU9與 LCU5,7,8通信處理的硬件、軟件設(shè)置成冗余配置,兩者互為熱備用,從根本上消除因 LCU9故障從而影響 LCU5,7,8監(jiān)控的隱患。

3.4 以太環(huán)網(wǎng)交換機(jī)及光電轉(zhuǎn)換器電源問題

改造后連接各 LCU至以太環(huán)網(wǎng)的交換機(jī)及光電轉(zhuǎn)換器沒有單獨(dú)的電源,一般與現(xiàn)地 LCU的 AK機(jī)架共用同一電源。這樣,當(dāng)斷電處理現(xiàn)地某個(gè)LCU的 AK系統(tǒng)故障時(shí),此 LCU的以太環(huán)網(wǎng)交換機(jī)及光電轉(zhuǎn)換器電源便中斷。本電站以太環(huán)網(wǎng)為雙向自愈型環(huán)網(wǎng),當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上 1臺(tái)交換機(jī)及光電轉(zhuǎn)換器電源中斷時(shí),整個(gè)環(huán)網(wǎng)還可繼續(xù)工作;但當(dāng)同時(shí)有2臺(tái)交換機(jī)及光電轉(zhuǎn)換器電源中斷時(shí),整個(gè)環(huán)網(wǎng)便中斷,不可工作。

為解決這一隱患,可考慮從電站 220V直流系統(tǒng)備用負(fù)荷開關(guān)處分別引單獨(dú)的電源至各現(xiàn)地LCU屏柜內(nèi),供給各交換機(jī)及光電轉(zhuǎn)換器備用電源。

4 結(jié) 語

大源渡水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)部分升級改造從2008年 11月開始實(shí)施,至 2009年 4月全部竣工。從目前運(yùn)行情況來看,采用部分升級改造的方案是成功的,改造后的系統(tǒng)采用了 VATECH集團(tuán) SAT公司最新的 SAT250 SCALA,從而保證了產(chǎn)品的連續(xù)性,便于日常維護(hù)及技術(shù)支持,同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的性能及可靠性大大增強(qiáng)。

由于監(jiān)控系統(tǒng)最初設(shè)計(jì)原因,系統(tǒng)目前還存在一些問題,但隨著電站技術(shù)改造的不斷深入和完善,這些問題都將逐一解決,從而進(jìn)一步提高計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性和可用性。