周永濱，盧小芳，李清華，高 偉，羅 浩

（中國(guó)水利水電科學(xué)研究院中水科技公司，北京 100038）

H9000系統(tǒng)在凌津?yàn)┧娬颈O(jiān)控改造中的應(yīng)用

周永濱，盧小芳，李清華，高 偉，羅 浩

（中國(guó)水利水電科學(xué)研究院中水科技公司，北京 100038）

隨著國(guó)內(nèi)水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的日漸成熟，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的監(jiān)控系統(tǒng)憑借其可靠的技術(shù)和優(yōu)質(zhì)的服務(wù)已經(jīng)成為水電廠在選擇計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)的首選，也促使一些原本使用國(guó)外監(jiān)控系統(tǒng)水的水電廠對(duì)其進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化改造。主要闡述了凌津?yàn)┍O(jiān)控系統(tǒng)改造方法以及帶給我們的啟示。

水電站；H9000；監(jiān)控系統(tǒng)；改造

0 引言

凌津?yàn)┧姀S位于湖南省沅水流域干流，距桃源縣城40km，是沅水流域最后一個(gè)梯級(jí)電站。安裝有9臺(tái)單機(jī)容量為30MW的燈泡貫流式機(jī)組，設(shè)計(jì)年發(fā)電量12.33億kW·h。5號(hào)機(jī)組與3號(hào)主變組成單機(jī)單變的單元接線，其余8臺(tái)機(jī)組和4臺(tái)主變組成兩機(jī)一變的4組擴(kuò)大單元接線，采用220kV單母線分段，5進(jìn)2出的主接線方式，由兩回220kV的出線接入系統(tǒng)。

凌津?yàn)┧姀S原計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由法國(guó)引進(jìn)，于1998年投運(yùn)。

1 問(wèn)題提出

電站監(jiān)控系統(tǒng)從設(shè)計(jì)到投產(chǎn)至今已運(yùn)行十余年，主機(jī)和網(wǎng)絡(luò)等設(shè)備都已淘汰或老化，設(shè)備的穩(wěn)定性大幅下降，故障率明顯升高。加上國(guó)外系統(tǒng)在設(shè)計(jì)理念、操作習(xí)慣、后期服務(wù)等方面都存在問(wèn)題，這使得電廠方面決定對(duì)其進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化改造。

1.1 廠站級(jí)系統(tǒng)設(shè)備已不滿足全廠控制要求

上位機(jī)設(shè)備老化嚴(yán)重，目前已屬淘汰產(chǎn)品，工作站頻頻出現(xiàn)死機(jī)、脫網(wǎng)現(xiàn)象，嚴(yán)重影響運(yùn)行值班人員對(duì)發(fā)電機(jī)組設(shè)備的監(jiān)視與控制。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)已經(jīng)落后，二次安全防護(hù)要求的入侵檢測(cè)系統(tǒng)IDS設(shè)備無(wú)法正常接入上位機(jī)網(wǎng)絡(luò)，病毒及網(wǎng)絡(luò)入侵將無(wú)法被系統(tǒng)檢測(cè)到，從而使上位機(jī)系統(tǒng)失去安全保障。上位機(jī)原有的鼠標(biāo)、鍵盤(pán)等設(shè)備均為廠家成套供應(yīng)，其他產(chǎn)品無(wú)法代替，由于長(zhǎng)期使用，靈活性已大大降低，給運(yùn)行人員帶來(lái)極大不便。此外，原系統(tǒng)供應(yīng)商被其他公司兼并，存在技術(shù)交接問(wèn)題，技術(shù)服務(wù)費(fèi)用十分昂貴。

1.2 現(xiàn)地層部分設(shè)計(jì)不完善

原系統(tǒng)公用LCU邏輯設(shè)計(jì)不完善，對(duì)公用系統(tǒng)的遠(yuǎn)方控制功能未能實(shí)現(xiàn)，400V廠用電系統(tǒng)等的操作均需運(yùn)行人員現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)操作。

2 總體設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)改造的平穩(wěn)銜接和過(guò)渡，電廠方面經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析比較選用了北京中水科水電科技開(kāi)發(fā)有限公司 （水科院自動(dòng)化所）研發(fā)的H9000V4.0分布開(kāi)放式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，在硬件和軟件上都進(jìn)行了升級(jí)改造。更換電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)全部設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，升級(jí)PLC等工作。僅保持現(xiàn)地控制單元（LCU）端子柜位置、盤(pán)面布置不變，以減少工作量，縮短施工工期。

監(jiān)控系統(tǒng)改造后的結(jié)構(gòu)配置圖如圖1：

3 廠站層的改造

廠站層的改造主要包括系統(tǒng)硬件設(shè)備的更換升級(jí)；上位機(jī)控制功能重新設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)；上位機(jī)監(jiān)控畫(huà)面、報(bào)表文件重新設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)；數(shù)據(jù)庫(kù)配置設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)；AVC經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等。

3.1 廠站層硬件改造及配置

監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)更換PC工作站共9套，其中主機(jī)服務(wù)器2套，操作員工作站2套，工程師站1套，通信工作站4套。其中主機(jī)服務(wù)器采用SUN公司的Sun Fire V490Server每臺(tái)配置為2個(gè)64位UltraSPARC IV+處理器，8G內(nèi)存，4塊146G硬盤(pán)；操作員站和通信工作站為SUN公司的Sun Ultra45，配置為2個(gè)64位Sun UltraSPARC IIIi處理器，4G內(nèi)存，3塊146G硬盤(pán)；工程師站為HP公司的HP XW8600工作站，配置為2個(gè)Intel Xeon E5430處理器，8G內(nèi)存，3塊146G硬盤(pán)；

主機(jī)服務(wù)器用于在線備份監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并用以存儲(chǔ)監(jiān)控系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)。監(jiān)控系統(tǒng)和水調(diào)系統(tǒng)的通信通過(guò)廠外通訊服務(wù)器實(shí)現(xiàn)，廠外通訊服務(wù)器通過(guò)物理隔離裝置接入監(jiān)控系統(tǒng)，水調(diào)系統(tǒng)通過(guò)與廠外通訊服務(wù)器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊可獲得全廠機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行情況信息。

圖1 凌津?yàn)╇娬颈O(jiān)控系統(tǒng)配置框圖

和省調(diào)通信有兩條互備通道，一是通過(guò)通信服務(wù)器的RS232串口通過(guò)101規(guī)約由MODEM和省調(diào)相連；二是采用104規(guī)約通過(guò)光纖以太網(wǎng)和省調(diào)進(jìn)行通信，在服務(wù)器上安裝了104規(guī)約，進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)等功能。

監(jiān)控系統(tǒng)還配置了2臺(tái)網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)，按照運(yùn)行操作人員的管理和要求打印日志和報(bào)表。

3.2 上位機(jī)AVC功能的完善和實(shí)現(xiàn)

經(jīng)改造后，監(jiān)控系統(tǒng)能實(shí)時(shí)接收省調(diào)設(shè)定的母線電壓值，并根據(jù)電廠當(dāng)前的母線電壓給定值與電壓測(cè)量值進(jìn)行比較，根據(jù)該偏差，通過(guò)PI調(diào)節(jié)計(jì)算得出電站無(wú)功功率目標(biāo)值。無(wú)功功率目標(biāo)值及PI調(diào)節(jié)計(jì)算中的積分項(xiàng)均受到并網(wǎng)機(jī)組的無(wú)功負(fù)荷能力的限制。該無(wú)功功率目標(biāo)值將在參加聯(lián)合調(diào)節(jié)的機(jī)組間分配，經(jīng)過(guò)分配后得出電站每臺(tái)機(jī)組的無(wú)功功率目標(biāo)值。機(jī)組無(wú)功功率目標(biāo)值與無(wú)功功率測(cè)量值比較，根據(jù)比較的偏差，通過(guò)PI調(diào)節(jié)計(jì)算出機(jī)端電壓給定值，送給LCU執(zhí)行。該電壓給定值及PI調(diào)節(jié)計(jì)算中的積分項(xiàng)將受到勵(lì)磁調(diào)節(jié)器電壓給定最大和最小值的限制。

4 現(xiàn)地層的改造

各下位機(jī)（LCU）采用雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了完全的網(wǎng)絡(luò)備份。其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

4.1 PLC的改造

圖2 凌津?yàn)╇娬綥CU結(jié)構(gòu)框圖

原下位機(jī)PLC的CPU均采用GE公司的CPU351，現(xiàn)改為IC693CPU374，主要負(fù)責(zé)對(duì)機(jī)組實(shí)施控制，并且提供網(wǎng)絡(luò)接口，供上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，IC693CPU374具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，可以快速完成控制、監(jiān)視等工作。原下位機(jī)PLC為兩個(gè)獨(dú)立的站點(diǎn)單獨(dú)運(yùn)行，改造后更換一塊10槽底板IC694CHS392，設(shè)計(jì)成一個(gè)本地站兩個(gè)遠(yuǎn)程站的結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)的集成度和可靠性。為實(shí)現(xiàn)雙網(wǎng)改造，每套PLC增加一塊支持TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)模塊，型號(hào)為IC693CMM321CA。每個(gè)PLC底板的電源模塊改用大容量電源模塊IC693PWR331，這種模塊負(fù)載能力為30W，較以前提高了供電可靠性。

鑒于原系統(tǒng)電量采集裝置已經(jīng)老化，采集精度已經(jīng)不滿足控制要求，我們?cè)诿刻譒CU增加了IC693PTM100電量采集模塊，已完成對(duì)電壓、電流、功率、頻率、功率因數(shù)等電氣量的采集任務(wù)，并通過(guò)PLC的內(nèi)部總線直接將這些量的原碼值送到CPU，送到上位機(jī)供運(yùn)行人員監(jiān)視。

4.2 工控機(jī)的改造

為節(jié)約工程成本，改造方案保留了原系統(tǒng)的工控機(jī)，為了提高其響應(yīng)速度，方便維護(hù)人員進(jìn)行組態(tài)，把工控機(jī)與PLC的連接方式改為以太網(wǎng)方式。

重新對(duì)工控機(jī)進(jìn)行了組態(tài)設(shè)計(jì)，增加了重要點(diǎn)的報(bào)警點(diǎn)，使現(xiàn)地LCU即使在完全脫網(wǎng)的情況下也能對(duì)機(jī)組進(jìn)行監(jiān)視和控制。

4.3 LCU電源的改造

由于原LCU電源系統(tǒng)設(shè)備老化，出現(xiàn)了數(shù)次LCU斷電事故，使現(xiàn)地控制單元完全處于失控狀態(tài)，電源系統(tǒng)的改造尤其重要。

改造后的電源系統(tǒng)包括3臺(tái)交直流雙供電電源，其中2臺(tái)容量分別為150W和400W的電源均是輸入AC220V/DC220V，輸出DC24V，兩臺(tái)電源為互備，給盤(pán)內(nèi)交換機(jī)、觸摸屏、光耦隔離板等設(shè)備供電；1臺(tái)容量為150W輸入AC220V/DC220V，輸出DC48V，供給外部I/O使用。設(shè)備電源和外部I/O電源隔離，即使外部I/O回路出現(xiàn)短路或接入強(qiáng)電等故障，也不會(huì)影響盤(pán)柜內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行。此外，1臺(tái)電源故障熄火或者1條輸入斷電都不影響電源系統(tǒng)的正常供電，極大的提高了電源系統(tǒng)的可靠性，使因電源系統(tǒng)引起的系統(tǒng)失控的概率降到最低。

5 改造后的系統(tǒng)功能

新的監(jiān)控系統(tǒng)繼承了原系統(tǒng)的一切優(yōu)點(diǎn)，并兼?zhèn)淞艘恍┬碌奶攸c(diǎn)，綜合起來(lái)實(shí)現(xiàn)了以下功能：

（1）控制功能：現(xiàn)地和遠(yuǎn)方自動(dòng)開(kāi)停機(jī)、刀閘分合、開(kāi)關(guān)、設(shè)備啟閉等操作；

（2）監(jiān)視功能：運(yùn)行工況監(jiān)視（開(kāi)關(guān)量、中斷量、模擬量、事故點(diǎn)、溫度量等），語(yǔ)音報(bào)警；

（3）事故追憶：開(kāi)關(guān)動(dòng)作順序和時(shí)間、電氣量、非電氣量和溫度值記錄等；

（4）統(tǒng)計(jì)功能：開(kāi)停機(jī)次數(shù)、刀閘分合閘次數(shù)等；

（5）報(bào)表打印功能：生產(chǎn)日?qǐng)?bào)、月報(bào)，一覽表打??；

（6）遠(yuǎn)程通信：與省調(diào)、MSI通信等；

（7）數(shù)據(jù)儲(chǔ)存：歷史數(shù)據(jù)庫(kù)在歷史數(shù)據(jù)站自動(dòng)存檔；

（8）調(diào)節(jié)功能：AVC等。

6 結(jié)束語(yǔ)

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)改造是一個(gè)很復(fù)雜的系統(tǒng)工程，回顧整個(gè)改造過(guò)程，以下幾點(diǎn)是改造成功的關(guān)鍵所在：

（1）施工前協(xié)助廠方定好安全施工方案，施工過(guò)程中精心組織、調(diào)試。

（2）邀請(qǐng)電站方面技術(shù)人員直接參與開(kāi)發(fā)調(diào)試，使維護(hù)人員熟悉開(kāi)發(fā)過(guò)程，為以后進(jìn)一步掌握系統(tǒng)打下基礎(chǔ)。

（3）盡量掌握原系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、控制程序，保留其運(yùn)行成熟的可靠的部分，尊重原系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

（4）實(shí)施監(jiān)控系統(tǒng)的過(guò)渡方案。使得在整個(gè)改造過(guò)程中，由新舊系統(tǒng)組合而成的過(guò)渡系統(tǒng)始終可用，最大限度保證運(yùn)行生產(chǎn)不受影響。

[1]田啟榮.凌津?yàn)╇姀S計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)AGC/AVC的技術(shù)改造[J].水電廠自動(dòng)化,2003.

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1672-5387（2011）03-0045-03

2011-04-11

周永濱（1983-），男，助理工程師，從事水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的研究和調(diào)試工作。