何田華

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

白市水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行情況分析及改進(jìn)

何田華

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

摘要：白市水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)自2011年12月投運(yùn)以來，性能穩(wěn)定，基本滿足現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備綜合控制要求。該系統(tǒng)采用分層分布、開放式結(jié)構(gòu)的冗余總線型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是一個(gè)完整、高可靠性水電站實(shí)時(shí)閉環(huán)控制系統(tǒng)，可滿足水電廠“無人值班（少人值守）”和五凌“遠(yuǎn)程集控”對(duì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能要求。文章主要介紹了白市水電廠監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行情況，對(duì)存在的問題提出改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：水電廠；監(jiān)控系統(tǒng)；運(yùn)行；措施

1　概述

白市水電廠位于沅水干流上游河段清水江的下游，壩址位于貴州省黔東南苗族侗族自治州天柱縣境內(nèi)，為規(guī)劃復(fù)核后沅水干流上的第4個(gè)梯級(jí)電站。電站以發(fā)電為主，兼有航運(yùn)等綜合利用效益，屬二等大（2）型工程，且具有季調(diào)節(jié)性能，電站裝有3臺(tái)單機(jī)容量140MW混流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量420MW；3臺(tái)額定容量160MVA主變；兩回500 kV線路，一回連接距本廠67 km的三板溪水電廠，另一回接入距本廠32 km的艷山紅開關(guān)站；設(shè)計(jì)年平均發(fā)電量12.36億kW·h。電站建成后接入湖南省電網(wǎng)，承擔(dān)調(diào)峰、調(diào)頻及事故備用等任務(wù)。其計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)按“無人值班，少人值守”和五凌遠(yuǎn)程集控設(shè)計(jì)，并與500 kV開關(guān)站同時(shí)正式投運(yùn)。

2　計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介

白市水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院和北京中水科水電科技開發(fā)有限公司共同設(shè)計(jì)，其H9000系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集與處理、控制、人機(jī)聯(lián)系、打印制表、故障記錄與自診斷、遠(yuǎn)程集控的功能。主要控制功能有:機(jī)組正常開停機(jī)、事故停機(jī)、緊急事故停機(jī)、機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)、斷路器、隔離開關(guān)、刀閘、機(jī)組進(jìn)水口閘門、各輔助設(shè)備控制等，同時(shí)還具有整個(gè)電站自動(dòng)發(fā)電和電壓控制功能（AGC／AVC）。

3　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

白市水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布、開放式結(jié)構(gòu)的總線型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)監(jiān)控內(nèi)管理。系統(tǒng)設(shè)有通訊服務(wù)器，負(fù)責(zé)本系統(tǒng)同其它部各節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集、交換，采用了開放的以太網(wǎng)Ethernet總線聯(lián)接，現(xiàn)地工業(yè)總線采用MOXA公司工業(yè)控制總線。所有監(jiān)控設(shè)備都按IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)連接到冗余的以太網(wǎng)上，并采用GPS衛(wèi)星時(shí)鐘系統(tǒng)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)進(jìn)行時(shí)鐘同步。網(wǎng)絡(luò)通訊介質(zhì)采用光纖。監(jiān)控系統(tǒng)分為全廠控制層上位機(jī)（H9000）和現(xiàn)地控制層（LCU）.

（1）全廠控制層（H9000）硬件采用HPZ600工件站，操作系統(tǒng)為可靠性較高的UNIX。負(fù)責(zé)全站的自動(dòng)化功能、歷史數(shù)據(jù)處理以及全站的人機(jī)對(duì)話。在中控室設(shè)置雙機(jī)冗余操作員工作站（A、B站），實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的監(jiān)視與控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)電站的自動(dòng)管理。系統(tǒng)設(shè)有通訊服務(wù)器，負(fù)責(zé)本系統(tǒng)同其它系統(tǒng)的通訊，如網(wǎng)調(diào)、省調(diào)、五凌遠(yuǎn)程集控、以及電廠內(nèi)部的其他智能數(shù)據(jù)采集功能裝置等。事故語音報(bào)警站也設(shè)在中控室，可同電話系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。另外，還設(shè)置工程師工作站、數(shù)據(jù)采集工作站、五凌集控服務(wù)器等。系統(tǒng)配有2臺(tái)Cisco Catalyst3560系列100Mb/s的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，用于連接操作員工作站、服務(wù)器以及全廠5套現(xiàn)地控制單元（LCU）等設(shè)備。

（2）現(xiàn)地控制單元層采用按單元分布的原則，3臺(tái)發(fā)電機(jī)組各設(shè)一個(gè)LCU，開關(guān)站、公用系統(tǒng)各設(shè)一個(gè)LCU。白市水電廠監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地單元LCU采用法國(guó)施耐德電氣公司的QUANTUM自動(dòng)化平臺(tái)，系統(tǒng)內(nèi)所有PLC均為QUANTUM系列模塊。LCU采用雙以太網(wǎng)，通過工業(yè)控制微機(jī)以100Mb/s帶寬速率與主機(jī)(上位機(jī))通信。各現(xiàn)地控制單元直接完成生產(chǎn)過程中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集及預(yù)處理，完成單元狀態(tài)的監(jiān)視、調(diào)整和控制以及與上位機(jī)的通信聯(lián)絡(luò)等功能。

3.2系統(tǒng)特點(diǎn)

白市水電廠監(jiān)控系統(tǒng)的硬件采用多層次的冗余措施，如數(shù)據(jù)庫(kù)采集站、操作員站、通訊服務(wù)器、五凌遠(yuǎn)程集控服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通道、LCU的數(shù)據(jù)采集與控制器、CPU模塊、通訊模塊、I／O通道、現(xiàn)地總線、機(jī)箱電源、機(jī)柜電源等，全部實(shí)現(xiàn)了冗余配置，由軟件實(shí)現(xiàn)冗余設(shè)備的檢測(cè)與故障診斷，實(shí)現(xiàn)冗余部件的無擾動(dòng)切換，確保系統(tǒng)中某一部件的故障不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。故障設(shè)備由消缺人員及時(shí)處理，不影響機(jī)組的正常運(yùn)行。

（1）雙機(jī)冗余。全廠控制層主控站采用雙機(jī)配置，正常情況下A站為工作主控站，B站為備用監(jiān)視站。全廠只有主控站對(duì)所控制的設(shè)備下達(dá)控制命令，如調(diào)整負(fù)荷、開停機(jī)、操作輔機(jī)設(shè)備等等，其余的均為監(jiān)視站，沒有控制權(quán)限。中控室所設(shè)置的A站和B站可以相互切換為工作主控站，當(dāng)A站發(fā)生故障可自動(dòng)切至B站為工作站?，F(xiàn)地控制層LCU也采用雙機(jī)（采用140CPU67160.586/266M）熱備結(jié)構(gòu)。每套LCU有2個(gè)獨(dú)立的CPU機(jī)架，每個(gè)機(jī)架內(nèi)有1塊電源，1塊CPU主板和1塊熱備模件，2個(gè)CPU機(jī)架的熱備模件之間有光纖熱備電纜連接，用以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送，保證主備無擾動(dòng)切換。每臺(tái)CPU機(jī)架都接入工業(yè)控制局域網(wǎng)絡(luò)（Modbus Plus）。雙CPU熱備方式運(yùn)行時(shí)，熱備用控制單元僅僅接收主控制單元送來的信息，它不執(zhí)行控制任務(wù)，也不干預(yù)主控制單元的運(yùn)行，但一旦主控制單元出現(xiàn)故障，則熱備用控制單元自動(dòng)承擔(dān)主控制單元的任務(wù)，使整個(gè)系統(tǒng)的控制流程不會(huì)發(fā)生停頓，實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)切換。

（2）雙網(wǎng)冗余。監(jiān)控系統(tǒng)采用了雙光纖以太網(wǎng)。雙光纖以太網(wǎng)工作方式采用同時(shí)工作（ALL INWORKING）的方式。這樣，如果A網(wǎng)發(fā)生故障，B網(wǎng)可以零時(shí)間切換過去，增強(qiáng)可靠性能。

（3）與遠(yuǎn)程機(jī)箱的通訊連結(jié)冗余。LCU單元需要幾個(gè)I／O擴(kuò)展機(jī)箱，在Quantum系列PLC上，它有2種連接方式，一種是遠(yuǎn)程RIO（RemoteInput／Output）方式，一種是分布D10（Distributed.Input／Output）方式。白市水電廠采用的是RIO方式，它有多個(gè)擴(kuò)展機(jī)箱，稱為遠(yuǎn)程站（Remote.Drop），控制器與遠(yuǎn)程站I／O機(jī)箱采用雙通訊通道，當(dāng)任一通道故障或通道電纜斷線，也能保證控制器與I／0機(jī)箱的正常數(shù)據(jù)交換通訊。

4　運(yùn)行情況分析

白市水電廠監(jiān)控系統(tǒng)投運(yùn)以來，運(yùn)行情況良好，取得了顯著的效果，其表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）減少了運(yùn)行值班人員，改善了值班人員的工作環(huán)境，提高了值班人員的工作效率，實(shí)現(xiàn)了“減員增效”的目的，為實(shí)現(xiàn)“無人值班(少人值守)”和五凌遠(yuǎn)程集控創(chuàng)造了有利條件。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)采集的信息量大，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，分辨率高，故障、事故、越限、狀態(tài)變化、事故追憶等實(shí)時(shí)和歷史事件能自動(dòng)記錄和打印，并記錄各種操作和保護(hù)的動(dòng)作順序及時(shí)間，為值班人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，避免設(shè)備發(fā)生事故起到了積極的預(yù)防作用，為事故原因分析及消除事故隱患提供了充分的依據(jù)。

（3）對(duì)于值班人員的任何操作，系統(tǒng)都要檢查命令的合法性和控制的閉鎖條件，拒絕執(zhí)行非法命令和不滿足閉鎖條件的控制操作命令，并提示拒絕執(zhí)行的具體原因，對(duì)于滿足條件的操作，還須進(jìn)行確認(rèn)，系統(tǒng)才執(zhí)行操作任務(wù)。提高了操作的安全性和可靠性。

（4）白市監(jiān)控系統(tǒng)開機(jī)僅需90 s，這不僅滿足了電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰、事故處理的快速要求，同時(shí)也減少了開機(jī)過程中的水耗，提高了經(jīng)濟(jì)效益。白市水電廠監(jiān)控系統(tǒng)自投運(yùn)以來，極少發(fā)生主要設(shè)備損壞、系統(tǒng)“死機(jī)”等問題。系統(tǒng)連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)，利用率高，為安全生產(chǎn)提供了可靠的保障。系統(tǒng)的高可靠性、高穩(wěn)定性使維護(hù)的工作量日趨減少，基本上達(dá)到免維護(hù)的要求。

5　系統(tǒng)完善措施

白市水電廠監(jiān)控系統(tǒng)投運(yùn)以來，經(jīng)過多次流程和數(shù)據(jù)完善，穩(wěn)定性和可靠性大大增強(qiáng)，完善后系統(tǒng)運(yùn)行基本穩(wěn)定。

5.1合理整定定值

由于部分模擬量越限值整定不當(dāng)，致使監(jiān)控越限報(bào)警頻繁。通過合理整定模擬量限制參數(shù)，減輕監(jiān)控系統(tǒng)控制單元的負(fù)擔(dān)。

5.2強(qiáng)化信號(hào)回路反措

模擬量數(shù)據(jù)跳變、模擬量模塊偶發(fā)性死機(jī)，使監(jiān)控系統(tǒng)開停機(jī)受阻，原因?yàn)椴糠中盘?hào)電纜的敷設(shè)不正確，信號(hào)電纜與動(dòng)力電纜敷設(shè)在同一層橋架內(nèi)，對(duì)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的測(cè)量精度、系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性均有嚴(yán)重影響,有些現(xiàn)場(chǎng)干擾脈沖源可達(dá)千伏以上,致使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)誤動(dòng)作，程序“飛掉”造成“死機(jī)”,甚至造成模擬量模塊損壞。因此應(yīng)按架空分層的原則進(jìn)行敷設(shè)，動(dòng)力電纜敷設(shè)于最上層,依次下來是電氣控制、熱控控制,最底層為儀表信號(hào)電纜。電力電纜與信號(hào)電纜間應(yīng)保證有30 cm以上距離,用隔板隔離,而且避免平行走線。對(duì)模擬信號(hào),特別是毫伏級(jí)低電平信號(hào)應(yīng)采用帶絕緣層的屏蔽雙絞線，所有信號(hào)線的屏蔽層采用一點(diǎn)接地。

5.3加強(qiáng)系統(tǒng)定期檢查維護(hù)

監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集主要是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)過程和系統(tǒng)有關(guān)環(huán)境和控制信號(hào)的收集、處理和傳輸。系統(tǒng)所含數(shù)據(jù)主要由模擬量和開關(guān)量2大類，無論是模擬量還是開關(guān)量，其采樣的準(zhǔn)確性、可靠性和實(shí)時(shí)性對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)都將產(chǎn)生直接的影響。為提高監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)視的準(zhǔn)確性和控制的可靠性，專業(yè)人員采用通道測(cè)試儀器定期對(duì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)模擬量通道及電壓值進(jìn)行檢查、測(cè)試，確實(shí)保障系統(tǒng)輸入、輸出通道的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足規(guī)程要求。

5.4提升自動(dòng)化元件可靠性

外圍自動(dòng)化元件的好壞直接關(guān)系到監(jiān)控系統(tǒng)能否準(zhǔn)確反映機(jī)組狀態(tài)，能否正確完成監(jiān)控流程。實(shí)際運(yùn)行中存在機(jī)組技術(shù)供水總閥、主軸密封供水電動(dòng)閥動(dòng)作不可靠，造成監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)開停機(jī)時(shí)間延長(zhǎng)或流程受阻。自動(dòng)化元件的性能滯后直接影響了監(jiān)控系統(tǒng)的總體性能的發(fā)揮，對(duì)電站自動(dòng)化元件進(jìn)行改造，消除自動(dòng)化元件的異常和缺陷對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)造成的影響，使電站真正實(shí)現(xiàn)“無人值班（少人值守）”及五凌集控的可靠保證。

5.5硬件配置升級(jí)

網(wǎng)調(diào)、省調(diào)遠(yuǎn)動(dòng)通信服務(wù)器經(jīng)常中斷、死機(jī)現(xiàn)象，是遠(yuǎn)動(dòng)2臺(tái)服務(wù)器配置較低、內(nèi)存和磁盤空間不夠，造成的操作系統(tǒng)與通訊協(xié)議兼容不穩(wěn)定。為提高網(wǎng)調(diào)、省調(diào)遠(yuǎn)動(dòng)上送數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性和實(shí)時(shí)性，升級(jí)改造服務(wù)器和操作系統(tǒng)（如五凌遠(yuǎn)程集控采用的HPDL380系列服務(wù)器和UNIX操作系統(tǒng)）。

5.6優(yōu)化開機(jī)流程

在機(jī)組的順序控制中為節(jié)省正常開機(jī)時(shí)間，提高開機(jī)效率，在機(jī)組開機(jī)流程中，同時(shí)開啟技術(shù)供水、主軸密封供水主用閥；并判斷技術(shù)供水、主軸密封供水示流信號(hào)；如主閥開啟失敗，進(jìn)行邏輯判斷后分別按順序打開相應(yīng)的備用閥。

5.7完善系統(tǒng)功能

在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)只監(jiān)視各系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，記錄各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，接收各系統(tǒng)傳來的故障信號(hào)，啟動(dòng)相應(yīng)的控制程序和停機(jī)流程。對(duì)于機(jī)組保護(hù)、調(diào)速器系統(tǒng)和勵(lì)磁系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)并不參與實(shí)時(shí)的系統(tǒng)內(nèi)部控制，為保證機(jī)組在上述三個(gè)重要的系統(tǒng)完全失電失去控制時(shí)，在機(jī)組事故停機(jī)程序中增加機(jī)組A、B套保護(hù)、調(diào)速器、勵(lì)磁主備系統(tǒng)交、直流操作電源同時(shí)失電等條件，讓監(jiān)控系統(tǒng)能啟動(dòng)事故停機(jī)流程，使機(jī)組安全停下來。

6　結(jié)論

通過將近3年的運(yùn)行、改進(jìn)和完善，不斷發(fā)現(xiàn)問題解決問題，監(jiān)控系統(tǒng)可靠性不斷提高，功能日趨完善、操作更加方便，但系統(tǒng)還存在一些不如意的地方，需在以后工作中不斷改進(jìn)，使之真正成為“電腦值班員”。

參考文獻(xiàn)：

[1]王德寬，王桂平，涂少峰，等.H 9000分布開放式水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)拉系統(tǒng)[J].水利水電技術(shù)，1996（05）.

中圖分類號(hào)：TP273+.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-5387（2015）08-0039-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.08.011

收稿日期：2015-05-04

作者簡(jiǎn)介：何田華（1982-），男，助理工程師，從事水電廠運(yùn)行維護(hù)工作。