蔡丹 牛洪海 蔡金華 吳佳勝

【摘要】本文介紹了云南棉花山水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的改造情況，對(duì)改造過(guò)程中的注意事項(xiàng)及解決方案進(jìn)行了討論，提出改造主要配置及新系統(tǒng)的特點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；改造

引言

云南棉花山水電站電站裝機(jī)容量16MW，站內(nèi)布置臥式水輪發(fā)電機(jī)組4臺(tái)、主變壓器2臺(tái)，采用二機(jī)一變的擴(kuò)大單元接線。電站建于1987年，于2005進(jìn)行過(guò)一次擴(kuò)容改造，采用國(guó)內(nèi)某公司的水電監(jiān)控系統(tǒng)，目前該系統(tǒng)已投運(yùn)滿10年，為了適應(yīng)水電站“無(wú)人值班，少人值守”的要求，電站于2016年3月再次進(jìn)行系統(tǒng)改造。

為了充分利用以前的硬件設(shè)備投資，此次改造只改造二次設(shè)備，二次電纜基本要求保持不動(dòng)，故前期現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研時(shí)需要盡可能考慮到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置、二次電纜走線問(wèn)題，防患于未然。需要充分了解原屏柜的布置，尤其是端子的布置，改造的屏柜端子須參照原屏柜的端子布置順序。

1、原監(jiān)控系統(tǒng)不足

原計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是某公司的HSC2000監(jiān)控系統(tǒng)，于2005年完成設(shè)計(jì)投運(yùn)，采用分層分布式，共分2層，廠站監(jiān)控層和現(xiàn)場(chǎng)控制層，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1）廠站監(jiān)控層

廠站監(jiān)控層包含2臺(tái)主機(jī)兼操作員站，1臺(tái)廠內(nèi)通信工作站，1臺(tái)遠(yuǎn)動(dòng)工作站。

2）現(xiàn)地控制層

現(xiàn)地控制層共有5套LCU，分別為1～4號(hào)機(jī)組LCU，公用LCU。網(wǎng)絡(luò)采用雙星型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。各LCU具備較強(qiáng)的獨(dú)立運(yùn)行能力，在脫離上位機(jī)的狀態(tài)下能夠完成其監(jiān)控范圍內(nèi)設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集處理、設(shè)定值修改、設(shè)備工況調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換等任務(wù)?，F(xiàn)地控制層PLC采用美國(guó)GE公司的GE 90-30系列PLC。

原監(jiān)控系統(tǒng)主要存在以下不足之處：

1）由于這套監(jiān)控系統(tǒng)投運(yùn)時(shí)間已過(guò)10年，設(shè)備和自動(dòng)化元器件老化、過(guò)時(shí)，部分元器件已經(jīng)更新?lián)Q代，很難購(gòu)買(mǎi)備件，設(shè)備故障率逐漸上升。

2）GE PLC未配置SOE模件，事件分辨率較低。

3）機(jī)組LCU未配置單點(diǎn)同期裝置，導(dǎo)致在現(xiàn)地操作單元機(jī)組并網(wǎng)時(shí)，需要去公用LCU屏操作查看并網(wǎng)狀態(tài)（在公用LCU屏設(shè)置多點(diǎn)同期裝置）。

4）原機(jī)組LCU屏柜未配置串口通訊裝置，導(dǎo)致溫度巡檢儀等儀表顯示的溫度無(wú)法通訊送至操作員站監(jiān)視，增加了巡檢強(qiáng)度。

2、改造方案

改造方案基于新的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能全面實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值班，少人值守”進(jìn)行功能設(shè)計(jì)和設(shè)備配置，以安全可靠，技術(shù)先進(jìn)，經(jīng)濟(jì)合理為基本原則。

監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)仍分為2層，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

1）廠站監(jiān)控層

還是配置2臺(tái)主機(jī)兼操作員站，2臺(tái)主機(jī)互為冗余。工作站配置采用當(dāng)前主流配置。

取消廠家通訊工作站，改配置為1臺(tái)工程師站，專(zhuān)門(mén)用于維護(hù)下位機(jī)組態(tài)及上下機(jī)畫(huà)面、報(bào)表等功能，工程師站可兼做操作員站。勵(lì)磁、調(diào)速器、直流、溫度巡檢儀等需要通訊的設(shè)備通過(guò)PLC的串口板卡直接通訊。

取消遠(yuǎn)動(dòng)工作站，改配置為電力專(zhuān)用的遠(yuǎn)動(dòng)裝置PCS-9799，遠(yuǎn)動(dòng)裝置為無(wú)硬盤(pán)無(wú)風(fēng)扇的專(zhuān)用裝置，數(shù)據(jù)直采直送，通過(guò)專(zhuān)用通道點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式以及站內(nèi)的數(shù)據(jù)網(wǎng)接入設(shè)備向各級(jí)調(diào)度傳送遠(yuǎn)動(dòng)信息，滿足調(diào)度自動(dòng)化的要求，能同時(shí)適應(yīng)通過(guò)專(zhuān)線通道和調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)通道與各級(jí)調(diào)度端主站系統(tǒng)通信的要求。同時(shí)PLC具備直接接收遠(yuǎn)動(dòng)裝置下發(fā)的各個(gè)調(diào)度中心的遙控/遙調(diào)指令。

2）現(xiàn)地控制層

現(xiàn)地控制層仍配置5套LCU，分別為1～4號(hào)機(jī)組LCU，公用LCU。網(wǎng)絡(luò)采用雙星型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。增加1面遠(yuǎn)動(dòng)柜，用于放置遠(yuǎn)動(dòng)裝置及GPS對(duì)時(shí)裝置。

各LCU配置南瑞繼保自主研發(fā)的PCS-9150系列PLC，取消原屏柜上眾多狀態(tài)指示燈和操作按鈕，增加1臺(tái)10”觸摸屏，實(shí)現(xiàn)就地LCU的現(xiàn)地控制，使屏面布置簡(jiǎn)潔明了。保留遠(yuǎn)方/就地切換把手及緊急停機(jī)按鈕。

增加操作層級(jí)控制權(quán)限，操作層級(jí)分為3層，優(yōu)先級(jí)從高到低依次為現(xiàn)地控制層，廠站監(jiān)控層，遠(yuǎn)動(dòng)控制層。在LCU屏柜上設(shè)置遠(yuǎn)方/就地切換把手，用于現(xiàn)地控制層與廠站監(jiān)控層的控制權(quán)限切換。在廠站控制層的監(jiān)控后臺(tái)畫(huà)面設(shè)置廠站控制/遠(yuǎn)動(dòng)控制軟切換把手。只有在遠(yuǎn)動(dòng)控制模式下，遠(yuǎn)動(dòng)控制層下發(fā)遙控/遙調(diào)指令才有效。

機(jī)組LCU增加PCS-9659D自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置及手動(dòng)同期，公用LCU仍然配置多點(diǎn)自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置（用于線路同期），把機(jī)組的同期功能移至機(jī)組LCU的單點(diǎn)同期裝置實(shí)現(xiàn)。

PCS-9150系列PLC是南瑞繼保歷經(jīng)多年研究開(kāi)發(fā)的一種全新的智能分布式過(guò)程控制器，控制器自身集成兩個(gè)上位機(jī)百兆網(wǎng)口（無(wú)需像GE PLC一樣需要額外配置1塊網(wǎng)卡），自動(dòng)支持GPS/北斗對(duì)時(shí)（網(wǎng)絡(luò)NTP對(duì)時(shí)、串口B碼對(duì)時(shí)、光口B碼對(duì)時(shí)等），無(wú)需額外配置。

PCS-9150 PLC支持雙電源配置（AC/DC 110V～220V寬壓設(shè)計(jì)），無(wú)需配置交直流雙供電裝置。

DI板卡和SOE板卡采用同一塊板卡，僅通過(guò)軟件設(shè)置板件類(lèi)型，減少現(xiàn)場(chǎng)板卡種類(lèi)。SOE時(shí)標(biāo)由板卡產(chǎn)生，時(shí)間更精確，SOE精度<1ms。

PCS-9150系列PLC控制器相比西門(mén)子、施耐德等PLC有以下特點(diǎn)：

1）一體化設(shè)計(jì)，機(jī)箱式結(jié)構(gòu)，工業(yè)級(jí)防護(hù)外殼，抗干擾能力強(qiáng)；

2）配套標(biāo)準(zhǔn)算法模塊，包括各種PID、自整定控制模塊、算術(shù)邏輯運(yùn)算、模擬量/開(kāi)關(guān)量手操器、操作器、超前滯后、數(shù)字邏輯等，可定制生成其它特殊算法，如狀態(tài)變量和模糊算法；

支持功能塊圖組態(tài)，所見(jiàn)即所得。在線監(jiān)視時(shí)功能塊有背景色指示狀態(tài)，方便快捷；

3、改造系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

南瑞繼保的PCS-9150水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)具備靈活開(kāi)放的體系結(jié)構(gòu)，實(shí)時(shí)、海量數(shù)據(jù)庫(kù)，全面支持IEC61850/103/ModbusTCP/OPC等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約，圖模庫(kù)一體化建模，友好的人機(jī)界面，支持離線維護(hù)、在線無(wú)擾更新等高級(jí)功能。

主機(jī)可設(shè)置為多節(jié)點(diǎn)互為備用，值班節(jié)點(diǎn)故障，備用節(jié)點(diǎn)自動(dòng)切換為值班狀態(tài)。

系統(tǒng)功能模塊可方便的進(jìn)行裁剪和擴(kuò)充，“即插即用”，適合多種用戶需求。

監(jiān)控系統(tǒng)支持廠級(jí)AGC發(fā)電控制及自動(dòng)電壓控制，根據(jù)系統(tǒng)對(duì)電站的要求，如調(diào)功、調(diào)頻等運(yùn)行方式，對(duì)系統(tǒng)的頻率、穩(wěn)定極限進(jìn)行監(jiān)視，自動(dòng)進(jìn)行有關(guān)電站機(jī)組起、?？刂?，機(jī)組有功/無(wú)功功率自動(dòng)調(diào)整，減輕運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高電能生產(chǎn)質(zhì)量，滿足新型電力市場(chǎng)對(duì)電力生產(chǎn)單位電能質(zhì)量的要求。

監(jiān)控系統(tǒng)預(yù)留WEB信息發(fā)布系統(tǒng)接口。隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，水電站ONCALL功能逐漸被WEB發(fā)布功能所替代。通過(guò)WEB信息發(fā)布服務(wù)器，管理信息系統(tǒng)不再需要與監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)規(guī)約轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)通訊，也不需要存儲(chǔ)和管理這些數(shù)據(jù)，客戶端只需采用IE瀏覽器，建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)鏈接，運(yùn)行管理人員便可訪問(wèn)WEB服務(wù)器，瀏覽查詢現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備及系統(tǒng)的運(yùn)行情況。

手機(jī)APP應(yīng)用作為WEB發(fā)布的補(bǔ)充，目前也逐步推廣到小水電站的遠(yuǎn)程監(jiān)視中。通過(guò)Web發(fā)布，安全分區(qū)隔離，可定制水電站監(jiān)控系統(tǒng)手機(jī)APP應(yīng)用，通過(guò)手機(jī)APP應(yīng)用瀏覽，運(yùn)行管理人員可實(shí)時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，為“無(wú)人值班，少人值守”提供更為便捷的瀏覽方式。

4、結(jié)束語(yǔ)

南瑞繼保PCS-9150系統(tǒng)在棉花山水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的成功改造，為同類(lèi)型的機(jī)組改造工作提供了豐富的經(jīng)驗(yàn)。棉花山水電站改造從2016年3月開(kāi)始改造，僅化了20天時(shí)間就完成了4臺(tái)機(jī)組LCU、公用LCU，以及上位機(jī)監(jiān)控、通訊等全部軟硬件的改造工作。目前系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。在如此短的時(shí)間內(nèi)完成水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造的經(jīng)驗(yàn)可為其它同類(lèi)水電站改造提供經(jīng)驗(yàn)與借鑒。

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