陳豪杰

（浙江華電烏溪江水力發(fā)電廠，浙江 衢州324000）

0 引言

阿薩漢一級水電站位于印尼北蘇省阿薩漢河上游河段，是水電規(guī)劃三級開發(fā)方案的一級電站，裝機(jī)容量為2×90 MW。該水電站是華電集團(tuán)實施“走出去”戰(zhàn)略的第一個海外電源項目，由華電香港公司投資、華電工程建設(shè)、華電運營承運。2010年6月并網(wǎng)發(fā)電至今，設(shè)備運行穩(wěn)定，極大地改善了當(dāng)?shù)厝彪娋置妫瑸橛∧岬胤浇?jīng)濟(jì)和社會發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。

HERC8000監(jiān)控系統(tǒng)是國電南自開發(fā)完成的新一代電力系統(tǒng)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)在阿薩漢一級水電站投運以來，各項技術(shù)指標(biāo)及性能參數(shù)均符合EPC合同要求，使用方便，可靠性高。

1 監(jiān)控系統(tǒng)特點

（1）監(jiān)控系統(tǒng)具有充分和良好的開放性，設(shè)計參考IEC（國際電工委員會）制定的IEC61970／IEC61968系列國際標(biāo)準(zhǔn)，遵循CIM模型開發(fā)。（2）監(jiān)控系統(tǒng)分層、分級、分布式管理的設(shè)計思想為系統(tǒng)進(jìn)行方便的擴(kuò)展提供了基礎(chǔ)。主站節(jié)點、站端設(shè)備、服務(wù)器、工作站及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等硬件、軟件模塊都可以方便地擴(kuò)充。（3）監(jiān)控系統(tǒng)可選用的硬件平臺包括HP、SUN、IBM等公司的服務(wù)器，UNIX工作站、PC工作站、工業(yè)控制PC機(jī)和其他高可靠性PC機(jī)。支持由UNIX、LINUX、WINDOWS等不同操作系統(tǒng)組成的異構(gòu)系統(tǒng)。

2 監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置

監(jiān)控系統(tǒng)采用全分布式的冗余雙網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)主網(wǎng)采用熱備用的雙網(wǎng)機(jī)制，把各個功能模塊分配到系統(tǒng)的各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上，保證了系統(tǒng)的可擴(kuò)充性。當(dāng)2個通信節(jié)點間的2個網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)發(fā)生變化時，系統(tǒng)將根據(jù)變化后的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)重新設(shè)置其通信路徑。

HERC8000監(jiān)控系統(tǒng)的硬件配置如圖1所示。

圖1 HERC8000監(jiān)控系統(tǒng)的硬件配置圖

2.1 監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)

上位機(jī)向運行維護(hù)人員提供了良好的人機(jī)界面，能夠方便地了解到設(shè)備的運行狀況。以語音報警、簡報窗口、光字牌的形式反映設(shè)備運行狀態(tài)變化及模擬量的越復(fù)限情況，還提供歷史數(shù)據(jù)庫、歷史曲線、報表等存儲和查詢功能。具體如下：（1）主機(jī)。主機(jī)采用雙機(jī)冗余工作方式，具有數(shù)據(jù)采集和處理、控制與調(diào)節(jié)、運行參數(shù)統(tǒng)計記錄與歷史數(shù)據(jù)記錄、系統(tǒng)自診斷與冗余切換等功能。（2）操作員工作站。操作員工作站具有監(jiān)控畫面顯示、全廠運行監(jiān)視和控制功能，還有發(fā)操作控制命令、作定值修改、設(shè)定與變更工作方式、報表曲線查詢等功能。（3）工程師及語音報警站。工程師及語音報警站具有數(shù)據(jù)庫順控流程、量程報警值修改、增加刪除數(shù)據(jù)庫、監(jiān)控畫面和報表完善等維護(hù)功能，同時還具備站內(nèi)報警信息的語音報警等功能。（4）通信工作站。通信工作站用于模擬屏系統(tǒng)、GPS系統(tǒng)的通信，并實現(xiàn)與下級電站SCADA系統(tǒng)的通信。

2.2 監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)

下位機(jī)主要由現(xiàn)地控制單元（LCU）組成。各LCU分別完成各自監(jiān)控對象的數(shù)據(jù)采集及處理，并向網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)，接受上位機(jī)的命令和管理。同時單個LCU具有獨立的控制、調(diào)節(jié)和監(jiān)視功能。當(dāng)與上位機(jī)通訊中斷時，仍可進(jìn)行必要的控制調(diào)節(jié)和監(jiān)視。整個現(xiàn)地控制單元結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2 現(xiàn)地控制單元結(jié)構(gòu)框圖

（1）PLC。機(jī)組LCU的PLC采用施耐德的 Modicon Quantum Unity熱備系統(tǒng)，完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集及設(shè)備的調(diào)節(jié)與控制（包括順控）。PLC通過標(biāo)準(zhǔn)的雙TCP／IP以太網(wǎng)接口連到監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)上。PLC具有掉電保護(hù)功能和電源恢復(fù)自啟動功能，不會導(dǎo)致誤開出。具體如下：1）CPS模件：向底板供電。2）CPU模件：對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，通過所編寫的各種程序?qū)崿F(xiàn)對上位機(jī)及其他設(shè)備的通訊，接收上位機(jī)的控制命令，啟動相應(yīng)流程來實現(xiàn)對外圍設(shè)備的控制。根據(jù)某些重要狀態(tài)量的變化自啟動流程，實現(xiàn)控制。3）CHS模件：由它實現(xiàn)雙CPU之間的無擾動切換。4）遠(yuǎn)程I／O模件：包括遠(yuǎn)程I／O的 HEAD模件（CRP）、DROP模件（CRA），以此實現(xiàn)各I／O模件與CPU之間的通訊。5）NOE模件：實現(xiàn)上位機(jī)和LCU之間的通信。提供RJ45口和ST口2種通訊方式。6）DDI模件：采集各開關(guān)量的變化情況。7）DDO模件：向繼電器提供電壓脈沖，從而控制繼電器的吸合，以控制外回路設(shè)備。8）AI模件：通過外圍變送器提供的4～20 m A電流計算出模擬量值。9）RTD模件：通過外圍的Pt100測溫電阻來采集各溫度值。（2）觸摸屏。采用12.1寸威倫 MT8121T觸摸屏。在上位機(jī)故障或以太網(wǎng)故障時，給運行人員提供了一個監(jiān)控的界面。（3）通信服務(wù)器。SDX800通信服務(wù)器將具有不同通信協(xié)議的設(shè)備通過編程實現(xiàn)統(tǒng)一，然后將現(xiàn)場設(shè)備的采樣數(shù)據(jù)傳送到PLC，最后各個LCU裝置將所采集的信息上送到上位機(jī)數(shù)據(jù)庫，從而完成對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時采樣。（4）水機(jī)保護(hù)回路。為防止監(jiān)控系統(tǒng)對機(jī)組失去控制，專門提供一套常規(guī)保護(hù)回路。該回路只能在PLC硬件故障時起作用，并用于機(jī)組事故停機(jī)和緊急事故停機(jī)。

3 監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)

HERC8000系統(tǒng)的組態(tài)和維護(hù)工具包括監(jiān)控節(jié)點配置工具、數(shù)據(jù)庫組態(tài)工具、畫面生成工具、順序控制程序生成和調(diào)試工具、報表編輯工具等。具體如下：（1）根據(jù)各監(jiān)控節(jié)點的機(jī)器名和網(wǎng)絡(luò)IP地址來配置節(jié)點，使得監(jiān)控系統(tǒng)能夠正確識別本系統(tǒng)內(nèi)配置的計算機(jī)的工作狀態(tài)。（2）監(jiān)控系統(tǒng)與所有設(shè)備通訊及其交換的數(shù)據(jù)都需要在數(shù)據(jù)庫中組態(tài)。其功能塊可實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的創(chuàng)建、修改、查詢、保存、加載等功能。（3）圖形組態(tài)軟件通過圖形表示實時控制生產(chǎn)過程的設(shè)備狀態(tài)和現(xiàn)場運行情況，直接、生動，讓人一目了然。（4）運用Java編程語言，采用面向?qū)ο蟮姆椒ǎ_發(fā)了一套用流程圖進(jìn)行編程的順序控制系統(tǒng)。在電站應(yīng)用中，使用這種編程方法實現(xiàn)順序控制更加方便。（5）監(jiān)控系統(tǒng)的報表系統(tǒng)包括2種狀態(tài)：運行狀態(tài)和編輯狀態(tài)。運行狀態(tài)可以查看報表的歷史數(shù)據(jù)，編輯狀態(tài)可以編輯、修改或刪除報表。

3.2 監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)

機(jī)組的控制流程根據(jù)設(shè)計院提供的流程圖來編寫，PLC程序是用施耐德公司提供的Unity Pro軟件編寫，主要由硬件配置、自定義數(shù)據(jù)類型、自定義功能塊、變量與功能塊聲明、通訊配置、程序部分和觀察表組成。

4 監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用中的完善

（1）監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)。投運初期主機(jī)和操作員站安裝在同一臺服務(wù)器上，運行過程中經(jīng)常出現(xiàn)死機(jī)等異?，F(xiàn)象。通過增加2臺高配置服務(wù)器，將操作員站1、2和主機(jī)1、2分開，減少服務(wù)器運行進(jìn)程，降低CPU使用率，使得二者可以輕松完成各自的任務(wù)，提高監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)的穩(wěn)定性。（2）監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)軟件。1）對上位機(jī)數(shù)據(jù)庫一覽表中開關(guān)量動作性質(zhì)（狀變、故障、事故）進(jìn)行分類定義，對數(shù)據(jù)庫中描述錯誤的點名進(jìn)行修改，使之和現(xiàn)場設(shè)備一一對應(yīng)；根據(jù)實際情況對部分模擬量的上、下限值和量程進(jìn)行重新整定，使之更符合實際情況和運行人員的監(jiān)控要求。2）通過畫面文件的鏈接，修改相應(yīng)的名稱、顏色，便于運行人員查詢和操作。另外還根據(jù)實際需要增加新的畫面文件，方便運行監(jiān)視。3）將順控對象的屬性、名稱和鏈接點與現(xiàn)場實際進(jìn)行核對，并進(jìn)行修改，防止運行操作過程中誤動其他設(shè)備。4）按照運行實際需要，增加機(jī)組工況報表。日報表包含2臺機(jī)組1天中每小時平均負(fù)荷、流量、最大負(fù)荷、最小負(fù)荷、消能閥流量等，月報表還包含2臺機(jī)組1個月中最大、最小負(fù)荷等。5）根據(jù)對實際情況的分析，對部分語音報警信號進(jìn)行增加或刪除。（3）機(jī)組PLC程序。1）原機(jī)組主軸密封水中斷控制回路中，未考慮機(jī)組主軸密封水壓力低這一判斷條件。完善后需要同時具備主軸密封水示流器中斷、非停機(jī)狀態(tài)、非開機(jī)過程、主軸密封水壓力低的條件才動作出口，避免了由于示流器誤動造成機(jī)組事故停機(jī)。2）原機(jī)組各部軸瓦溫度過高控制回路中，沒有軸瓦溫度判斷子程序。增加了軸瓦溫度4取2的判斷子程序，來確認(rèn)軸瓦溫度是否過高，避免了由于溫控器誤動造成機(jī)組事故停機(jī)。3）原電氣事故情況下，停機(jī)令沒有送勵磁調(diào)節(jié)器。在電氣事故控制回路中增加了停機(jī)令送勵磁的語句，使得其能及時逆變滅磁。4）在模擬量處理子程序中人工強(qiáng)制品質(zhì)好壞，使得變送器異常輸出時監(jiān)控畫面仍然能夠正常顯示。

5 結(jié)語

HERC8000監(jiān)控系統(tǒng)自投運以來，實現(xiàn)了信號監(jiān)視與診斷、數(shù)據(jù)采集與處理、實時控制和調(diào)節(jié)等功能。通過對監(jiān)控系統(tǒng)的完善，能夠迅速、準(zhǔn)確、有效地完成監(jiān)控系統(tǒng)的各項功能，極大地提高系統(tǒng)運行的安全性和可靠性，為阿薩漢一級水電站的安全穩(wěn)定運行奠定了堅實的基礎(chǔ)，提高了機(jī)組的年發(fā)電小時，增強(qiáng)了印尼當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的穩(wěn)定性，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

［1］國電南京自動化股份有限公司.SD8000水電自動化系統(tǒng)使用、操作、維護(hù)手冊

［2］國電南京自動化股份有限公司.HERC8000監(jiān)控系統(tǒng)組態(tài)手冊