范建強

（國網(wǎng)新源華東天荒坪抽水蓄能有限責任公司，浙江 安吉 313302）

0 引言

天荒坪抽水蓄能電站共裝設6臺單機容量為300 MW的可逆式水泵水輪機組，承擔著華東電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻、填谷及事故備用任務，有效緩解了華東電網(wǎng)各省市用電緊張局面，機組具有容量大、起?？斓奶攸c，在華東電網(wǎng)中發(fā)揮著重要作用[1-2]。

電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用ABB Bailey INFI-90 DCS（集散控制系統(tǒng)）[3]。系統(tǒng)分為兩部分，一部分是由商用微機和網(wǎng)絡組成的操作監(jiān)視系統(tǒng)，用于面向生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)集中監(jiān)視，已于2004年進行了改造。另一部分是由MFP（多功能處理器）構(gòu)成的LCU（現(xiàn)地控制單元），主要功能是過程數(shù)據(jù)采集處理、邏輯處理、順序控制等。

由于LCU已運行了近15年，機組和公用系統(tǒng)現(xiàn)地控制單元以及UCB（現(xiàn)地控制屏）中的電子模件、器件及連接件逐漸暴露出隨機故障增多、運行不穩(wěn)定和備品備件缺失等諸多問題，面臨著升級改造。

升級改造以提高機組安全穩(wěn)定運行水平、確保電站在改造期間的正常經(jīng)營為目標，按計劃逐臺進行。在保留系統(tǒng)原有控制策略的基礎上，借鑒其他新建抽水蓄能電站的先進控制理念，對技術(shù)落后、存在重大缺陷的設備和回路進行升級改造，優(yōu)化調(diào)整各LCU配置、完善硬件布置和分配，以及與現(xiàn)場設備接口的設計。

1 改造原則與范圍

1.1 監(jiān)控系統(tǒng)升級改造原則

為了順利完成改造項目，必須研究在原系統(tǒng)的基礎上進行改造設計，包括各LCU硬接線回路的改造設計、LCU的I/O設計、組態(tài)修改的要求等，改造原則按以下要求進行：

（1）UCB和LCU盤柜的數(shù)量和安裝位置保持不變，仍然使用原來的盤柜，整體布置方式不變。

（2）保留原系統(tǒng)的可取之處，新老兼顧，在盡可能利用原有資源的基礎上，通過改造彌補原系統(tǒng)的不足。

（3）外部供電電源及供電方式保持不變。

（4）機組LCU的核心流程、控制組態(tài)沿用改造前功能，只對新增功能增補組態(tài)。

（5）改造后機組LCU能與原監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡完全融合，滿足原監(jiān)控系統(tǒng)上位機的數(shù)據(jù)通信要求，實現(xiàn)與原有監(jiān)控系統(tǒng)的無縫連接。改造后機組LCU接入原有計算機監(jiān)控系統(tǒng)，整個監(jiān)控系統(tǒng)的安全性、可靠性、實時性不受影響。

1.2 監(jiān)控系統(tǒng)升級改造的范圍

監(jiān)控系統(tǒng)升級改造的主要項目有：

（1）INFI-90系統(tǒng)LCU設備模件和TU端子板全部更換。

（2）事件記錄單元SOE系統(tǒng)改造，取消原獨立于INFI-90網(wǎng)路的Harris SOE系統(tǒng)。

（3）機組現(xiàn)地控制柜UCB設備改造主要是常規(guī)控制部分，如：機組電量變送器、溫度智能巡檢裝置、機械跳閘矩陣。

（4）LCU組態(tài)優(yōu)化設計。

（5）INFI-90控制環(huán)網(wǎng)與相鄰機組通信部分由光纖通信改為同軸電纜通信。

2 監(jiān)控系統(tǒng)改造難點

2.1 改造難點

由于改造時間緊，只能在設備停電檢修時進行，要求前期工作準備充分。本次計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造最大的難點是：

（1）機械跳閘矩陣改為軟件實施。

（2）取消溫度智能卡，改為直接由監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)視。

（3）取消大量電氣量變送器，改為微機型多功能電氣量采集裝置。

（4）LCU組態(tài)優(yōu)化設計涉及大量的組態(tài)調(diào)整，如跳閘矩陣邏輯軟件化組態(tài)設計、冗余信號組態(tài)優(yōu)化、SOE組態(tài)。

2.2 前期準備

改造期間其他機組能否安全運行關系到改造工作能否正常實施，而充分的前期準備工作是機組改造成功的重要保證。

（1）從安全運行的角度考慮，在機組改造實施前，將改造機組LCU網(wǎng)絡從主網(wǎng)獨立出來，形成能保持電站正常運行的INFI-90環(huán)網(wǎng)和改造機組的小環(huán)網(wǎng)兩部分，安全隔離電站改造設備和運行設備，待改造部分調(diào)試基本完成后再納入主網(wǎng)，以保證機組改造的安全環(huán)境和條件。

（2）前瞻性的方案設計。本次改造涉及范圍廣，調(diào)整的設備多，修改的監(jiān)控組態(tài)量大，機組需核對的信號點達3 000個，由于準備充分、設計合理，在實際施工中十分順利。

（3）在項目實施前制定周密可行的改造方案，包括項目實施的詳細技術(shù)措施、組織措施、安全措施、實施作業(yè)指導書和周密的進度計劃。

3 監(jiān)控系統(tǒng)改造后的效果

3.1 現(xiàn)地LCU設備優(yōu)化改造

通過改造，將機組LCU柜共12塊監(jiān)控盤柜（UL01—UL12）中的控制器模件，包括控制器供電電源裝置、控制器模塊、電源模塊、網(wǎng)絡模塊、通信模塊、I/O模塊、網(wǎng)絡設備等，以及I/O信號TU端子板全部進行更換。

將原機組LCU盤柜內(nèi)的控制器供電電源裝置由Ⅰ型電源裝置改為Ⅲ型電源裝置，該裝置具有電源質(zhì)量監(jiān)視和自動無擾切換功能，確保控制器供電電源的連續(xù)性和可靠性。

新增1組控制器用于微機型多功能電氣量采集裝置與監(jiān)控的通信處理，新增2組控制器用于機械跳閘軟件化組態(tài)控制。

改造機組與相鄰機組的INFI-90網(wǎng)絡以同軸電纜直接連接方式代替原有的光電轉(zhuǎn)換裝置連接，提高了INFI-90環(huán)網(wǎng)的安全可靠性和維護便利性，同時解決了因原廠光電轉(zhuǎn)換裝置停產(chǎn)帶來的備品備件缺乏問題。

3.2 SOE系統(tǒng)改造

SOE系統(tǒng)改造后，原信息點全部通過I/O直接接至機組監(jiān)控系統(tǒng)LCU中的SOE輸入模塊，取消原SOE采集裝置。

本次改造在機組現(xiàn)地LCU上共添加了18塊監(jiān)控SOE模件，在數(shù)據(jù)庫中新增288個SOE點，將組態(tài)中各SOE信號對應連接到數(shù)據(jù)庫中，將會引起機組機械跳閘的信號、重要告警和狀態(tài)信號直接送入SOE模塊，由SOE模塊和控制器直接進行時標處理和事件排序，與改造機組相關的SOE信息直接通過機組LCU進入INFI-90系統(tǒng)，由INFI-90系統(tǒng)的SOE處理控制器單元來完成改造機組的SOE事件分析和處理，簡化了監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，降低了后期運行維護工作量。

3.3 以微機型多功能電參數(shù)采樣裝置替代電氣量變送器

機組電氣量一直采用分布式電量變送器和指針式盤表來測量，單臺機組使用6只電流變送器、2只電壓變送器、5只有功變送器、2只無功變送器。改造后，機組現(xiàn)地常規(guī)控制柜UCB采用微機型多功能電參數(shù)采樣裝置ION7550來替換原有的電氣量表計和變送器。

ION7550的現(xiàn)場接線如圖1所示。TA和TV二次回路直接接入ION7550。在工作電源（48VDC）正常供電時，裝置對采集的電壓、電流信號進行運算分析，輸出有功模擬量信號至電調(diào)控制，輸出有功、無功模擬量信號至DCS，用于監(jiān)測控制邏輯判斷。另外，裝置通過RS-232接口輸出數(shù)字信息，應用Modbus通信規(guī)約在采樣裝置和DCS系統(tǒng)間傳遞數(shù)據(jù)和信息。經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后，各電氣參數(shù)實時顯示在畫面上，方便自動化監(jiān)視。

圖1 ION7550現(xiàn)場應用

3.4 取消溫度智能巡檢裝置

改造后取消UCB盤柜30塊溫度智能卡，將溫度RTD信號直接接入監(jiān)控系統(tǒng)RTD輸入模塊，改造后推力瓦、上導瓦、下導瓦、定子繞組、主軸密封、推力油封、水導瓦、上/下迷宮等溫度信號通過監(jiān)控組態(tài)軟件設置報警和跳閘溫度閥值，當溫度過高時，采用N選3或N選2方式保護動作。同時每個溫度測點還附設有梯度閉鎖和質(zhì)量好壞判斷閉鎖，防止因溫度采集回路故障引起測量值突變而造成溫度保護誤動，從而提高了溫度保護的安全性和可靠性。

3.5 機械跳閘矩陣改為軟件實施

機組現(xiàn)地控制柜UCB中原含有2組冗余的機械跳閘矩陣硬接線回路，每組矩陣輸入128點，通過矩陣二極管選擇后輸出動作信號至出口繼電器回路。

改造后取消了這2組跳閘矩陣，在機組監(jiān)控系統(tǒng)LCU的2組獨立模件柜中各增加1對獨立的控制器及其開關量輸入/輸出模件，通過監(jiān)控軟件組態(tài)編程分別實現(xiàn)2組跳閘矩陣的功能，跳閘矩陣原有的輸入信號通過轉(zhuǎn)接端子直接接至相應的新增獨立控制器輸入模塊，通過獨立控制器輸出模塊驅(qū)動新增跳閘矩陣的出口繼電器回路，矩陣原有的出口繼電器回路保持不變，各信號的跳閘邏輯也保持不變。實現(xiàn)了用2對獨立的控制器及其輸入/輸出模塊來代替原有的2組機械跳閘矩陣硬接線回路，同時設立1個獨立且簡化的常規(guī)緊急停機硬接線回路，當控制器故障（包括冗余系統(tǒng)全部故障、工作電源全部失去等）或發(fā)生重要的水機事故時（過速、軸承瓦溫過高、事故低油壓時按下緊急落尾水閘門按鈕、按下事故停機按鈕等），啟動機組安全裝置。

3.6 有效改善系統(tǒng)負載

改造前，電站DCS控制器CPU負荷率始終高達80%～90%，未滿足設計指標。經(jīng)過改造后，系統(tǒng)負載得到有效改善，CPU負荷率降低至約30%，達到了控制器在滿足控制對象要求的運算處理周期條件下，負荷率最高不超過60%、平均不超過40%的技術(shù)要求。

4 結(jié)語

首臺機組監(jiān)控自動控制系統(tǒng)自2011年11月完成改造以來，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，未發(fā)生危及機組安全運行的故障、缺陷，較好地解決了原監(jiān)控自動控制系統(tǒng)存在的不足，降低了系統(tǒng)負荷率，提高了機組安全運行能力，也極大方便了運維人員的操作維護。整個改造過程設備結(jié)構(gòu)設計合理，施工組織得當，改造達到了預期的效果。

[1]徐得潛，韓志剛，瞿國壽，等.抽水蓄能電站與火電站配合運行優(yōu)化模型研究[J].水利發(fā)電學報，1996（4）:11-20.

[2]羅予如，袁麗麗.抽水蓄能電站參與的電網(wǎng)短期經(jīng)濟運行探討[J].水力發(fā)電，2007，33（7）:80-81.

[3]王常力，羅安.分布式控制系統(tǒng)（DCS）設計與應用實例[M].北京：電子工業(yè)出版社，2010.