陳皓帆

（五凌電力有限公司 湖南長(zhǎng)沙 410000）

淺析水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造措施

陳皓帆

（五凌電力有限公司 湖南長(zhǎng)沙 410000）

當(dāng)前，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在水電廠中得到了有效應(yīng)用，為水電廠的安全運(yùn)行與管理提供了重要的技術(shù)支持，已經(jīng)逐漸成為整個(gè)水電廠的生產(chǎn)保障。水電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)必須具有較高的科技含量，才能夠適應(yīng)水電廠的不斷發(fā)展與進(jìn)步，本文即針對(duì)水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的改造進(jìn)行探討，以供參考。

水電廠；計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；改造

1 引言

根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)當(dāng)前的水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，其平均壽命通常為8年左右，最短甚至僅為5年。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)基本上已經(jīng)到了必須更行換代的時(shí)期，因此需要針對(duì)新型水電廠的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造進(jìn)行研究，明確改造基本思路，確定水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過(guò)升級(jí)改造后，能夠有效提高水電廠的運(yùn)行生產(chǎn)效益。

2 水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)組成和基本功能

2.1 水電廠計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成

現(xiàn)代化水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要由主站級(jí)、現(xiàn)地控制單元（LCU）等設(shè)備組成。主站級(jí)配有各種工作站、供電不間斷電源（UPS）、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)備、通信設(shè)備、全球定位系統(tǒng)（GPS），能夠代替人工值班。LCU由可編程邏輯控制器（PLC）、常規(guī)儀表、常規(guī)控制開(kāi)關(guān)、同期裝置、觸摸屏、溫度巡檢裝置、轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置、剪斷銷信號(hào)監(jiān)測(cè)裝置、交流采樣表、電能表、通信管理裝置等組成。LCU主要完成對(duì)全廠設(shè)備的監(jiān)視，對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)監(jiān)視、控制和調(diào)節(jié)，對(duì)高低壓斷路器、隔刀和地刀等合分和保護(hù)跳閘，以及對(duì)輔機(jī)的自動(dòng)控制。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用開(kāi)放式分層分布系統(tǒng)、全分布數(shù)據(jù)庫(kù)。系統(tǒng)按照功能而言，可分為上位機(jī)和下位機(jī)；兩個(gè)機(jī)位分別依靠不同的通信介質(zhì)、相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)連接，通過(guò)總線型、星形或環(huán)網(wǎng)等方式連接在一起，構(gòu)成總線形拓?fù)?、星形拓?fù)浠颦h(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

2.2 水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造的必要性

一般情況下，計(jì)算機(jī)設(shè)備的使用壽命為5～8年，超過(guò)這個(gè)年限，設(shè)備的現(xiàn)地LCU、主控級(jí)和網(wǎng)絡(luò)等就開(kāi)始老化，嚴(yán)重影響設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性，使得發(fā)生故障的可能性增大，從而影響設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。此外，因?yàn)樗姀S計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)絕大多數(shù)都是國(guó)外的系統(tǒng)，這就造成設(shè)計(jì)思路、操作習(xí)慣和后期服務(wù)上的種種弊端，所以對(duì)水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的改造勢(shì)在必行。

3 監(jiān)控系統(tǒng)改造的總體思路

3.1 監(jiān)控系統(tǒng)改造后應(yīng)具備的功能

（1）數(shù)據(jù)采集及處理。系統(tǒng)自動(dòng)定時(shí)采集重要設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)，且做相應(yīng)的預(yù)處理，然后實(shí)時(shí)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，完成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的各種控制計(jì)算、畫(huà)面顯示和制表打印等。對(duì)于現(xiàn)地的各種數(shù)據(jù)，完成各自的LCU采集過(guò)程。

（2）設(shè)備運(yùn)行指導(dǎo)與管理。改造后的監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)如下幾點(diǎn)：①能夠?qū)\(yùn)行時(shí)間、停機(jī)時(shí)間、停運(yùn)時(shí)間、機(jī)組工況轉(zhuǎn)換次數(shù)、事故動(dòng)作次數(shù)、被控設(shè)備動(dòng)作次數(shù)和峰谷負(fù)荷時(shí)的發(fā)電量分別進(jìn)行自動(dòng)統(tǒng)計(jì)；②能夠?qū)崿F(xiàn)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)；③對(duì)事故進(jìn)行指導(dǎo)并處理，防止誤操作現(xiàn)象。

（3）調(diào)節(jié)與控制。系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)電壓控制、自動(dòng)發(fā)電控制和一般的調(diào)節(jié)與控制，如機(jī)組的同期操作、機(jī)組開(kāi)/停機(jī)的順序控制、給定值控制、油/氣/水系統(tǒng)的自動(dòng)控制和點(diǎn)設(shè)備控制等；調(diào)節(jié)與控制隔離開(kāi)關(guān)、斷路器和接地刀閘；調(diào)節(jié)與控制集控及其配電的相關(guān)設(shè)備、溢洪閘門(mén)；控制并操作水電廠的用電設(shè)備等。

（4）人機(jī)接口。監(jiān)控系統(tǒng)具備優(yōu)良的報(bào)表編輯工具，以及交互式編輯畫(huà)面，操作簡(jiǎn)靈活、方便，可以通過(guò)鼠標(biāo)、鍵盤(pán)等人及接口設(shè)備管理并控制設(shè)備，還可以通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控畫(huà)面，完成數(shù)據(jù)刷新、故障事故報(bào)警和設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視等。

（5）自診斷與維護(hù)。監(jiān)控系統(tǒng)具備完整的硬件、軟件自診斷功能，如離線診斷、請(qǐng)求診斷和在線周期性診斷等。軟件還應(yīng)用了防火墻技術(shù)，防止病毒侵入監(jiān)控系統(tǒng)。

（6）水電廠改造的設(shè)計(jì)要按照按無(wú)人值班（少人值守）進(jìn)行設(shè)計(jì)和建設(shè)；設(shè)備選型時(shí)，要遵循實(shí)用、可靠、經(jīng)濟(jì)原則。根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的需求分析，應(yīng)該從以下方面來(lái)考慮：①4個(gè)層次，即現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化元件層、現(xiàn)地控制裝置及輔機(jī)控制裝置層、廠級(jí)計(jì)算機(jī)設(shè)備層、梯級(jí)及調(diào)度層；②3個(gè)接口，即：LCU的現(xiàn)場(chǎng)總線與通信接口模式、廠級(jí)計(jì)算機(jī)安全隔離信息交換接口、梯級(jí)或調(diào)度控制的信息交換接口；③2個(gè)界面，即：LCU的簡(jiǎn)單操作型人機(jī)界面、廠站級(jí)豐富人機(jī)界面。

（7）在硬件方面，各國(guó)的監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)硬件都是選用世界上知名計(jì)算機(jī)廠家的產(chǎn)品，LCU主要硬件均選用世界知名廠家的PLC，或國(guó)內(nèi)同等技術(shù)性能指標(biāo)PLC；從軟件來(lái)看，主站大都是以UNIX、Windows為操作系統(tǒng)。

3.2 監(jiān)控系統(tǒng)改造內(nèi)容

對(duì)于水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的改造，主要是更換網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、上位機(jī)全部設(shè)備和PLC升級(jí)等工作。具體的改造內(nèi)容如下：

（1）監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備改造。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備改造包括安裝并配置監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)主交換機(jī)；安裝標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜；鋪設(shè)監(jiān)控機(jī)房的雙絞線；鋪設(shè)監(jiān)控機(jī)房到中控室、主繼保室、機(jī)旁小室及線路保護(hù)室的光纜。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)硬件系統(tǒng)改造。主要包括安裝并調(diào)試各個(gè)工作站的設(shè)備；安裝并調(diào)試主機(jī)設(shè)備和員工操作站顯示器；接入監(jiān)控系統(tǒng)專用網(wǎng)絡(luò)；安裝基本應(yīng)用軟件。

（3）監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)軟件系統(tǒng)改造。上位機(jī)軟件改造包括安裝監(jiān)控系統(tǒng)支持軟件和主機(jī)操作系統(tǒng)；安裝并調(diào)試高級(jí)應(yīng)用軟件；安裝并調(diào)試數(shù)據(jù)庫(kù)；語(yǔ)音報(bào)警、報(bào)表、廠內(nèi)通信和調(diào)度遠(yuǎn)動(dòng)程序編寫(xiě)調(diào)試；調(diào)試監(jiān)控系統(tǒng)功能。

（4）監(jiān)控系統(tǒng)LCU的改造。LCU的改造包括安裝并調(diào)試PLC各模塊，確保下位機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)原有設(shè)備的控制與監(jiān)視；上位機(jī)和下位機(jī)正常的通訊；鋪設(shè)直流電源的電纜；安裝交直流雙供電源等。

4 水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造實(shí)例分析

4.1 水電廠當(dāng)前系統(tǒng)概況

某水電廠河床式水電廠，裝設(shè)了3臺(tái)單機(jī)容量為21MW的軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組，采用的是常規(guī)繼電器硬接線控制回路，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電設(shè)備的操作與控制。此類操作控制方式的維護(hù)量較大，可靠程度低，容易造成設(shè)備的誤動(dòng)或拒動(dòng)。該水電廠在運(yùn)行10多年后，設(shè)備已出現(xiàn)明顯的陳舊老化，嚴(yán)重影響電廠正常穩(wěn)定發(fā)電運(yùn)行。為了提高其自動(dòng)化程度與安全運(yùn)行水平，決定對(duì)電廠實(shí)施計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)化改造，由傳統(tǒng)的繼電器硬接線自動(dòng)控制方式改為計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)控制方式。

4.2 改造方案

該水電廠在設(shè)備檢修期間，合理地安排了監(jiān)控系統(tǒng)的改造工作，添加的3臺(tái)機(jī)組LCU、開(kāi)關(guān)站LCU、公用LCU先后全部投入運(yùn)行。運(yùn)行期間，監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，狀況良好，極大提高了電廠生產(chǎn)效率與運(yùn)行管理水平。

4.3 改造工程的具體實(shí)施

該水電廠的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，其中的主接線圖如圖1所示。

圖1 電氣主接線圖

電廠內(nèi)裝設(shè)3臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組，其單機(jī)容量達(dá)到21MW，分別接在2段10kV的母線上；廠內(nèi)總共有2臺(tái)主變器，110kV的采用的是單母不分段接線方法，設(shè)置有2回110kV線路，1回為備用。此外還有2臺(tái)廠用變壓器。

在安裝調(diào)試的同時(shí)，還要求保證水電廠的發(fā)電運(yùn)行與設(shè)備安全，在工程項(xiàng)目實(shí)施前，技改小組需要根據(jù)實(shí)際的安裝、調(diào)試內(nèi)容，制訂詳細(xì)方案，根據(jù)統(tǒng)計(jì)出的I/O量，對(duì)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行走訪，繪制出二次接線圖與電纜圖。工程實(shí)施的過(guò)程中，技改領(lǐng)導(dǎo)小組還應(yīng)當(dāng)與技術(shù)人員團(tuán)結(jié)協(xié)作，運(yùn)用設(shè)備檢修停運(yùn)期間，合理安排技改工作進(jìn)程，同時(shí)確保電廠發(fā)電運(yùn)行。電廠技術(shù)骨干提前做好了安全措施，先從上位機(jī)系統(tǒng)入手，將監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、UPS設(shè)備和部分上位機(jī)安裝調(diào)試完畢后進(jìn)行#3機(jī)組下位機(jī)改造。利用#3機(jī)組檢修機(jī)會(huì)，拆除舊控制屏接線，撤去舊控制屏，將監(jiān)控系統(tǒng)LCU控制屏就位，焊接固定。沿電纜溝、橋架敷設(shè)電纜、對(duì)線，按設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行接線，同時(shí)與廠家技術(shù)人員共同進(jìn)行最后的設(shè)備、程序調(diào)試，在#3機(jī)組調(diào)試完畢接入新監(jiān)控系統(tǒng)且運(yùn)行穩(wěn)定后，再對(duì)開(kāi)關(guān)站和公用LCU進(jìn)行改造。最后進(jìn)行#1、#2機(jī)組LCU改造工作。在整個(gè)改造過(guò)程中，新舊監(jiān)控系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行，保障了改造工程中電廠發(fā)電設(shè)備和對(duì)外通信（上級(jí)調(diào)度）的穩(wěn)定運(yùn)行。

4.4 改造成果

新的監(jiān)控系統(tǒng)要求能夠?qū)崿F(xiàn)集中監(jiān)控、電站優(yōu)化運(yùn)行等功能，監(jiān)控系統(tǒng)改造對(duì)象包括：①3臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組1F、2F、3F及其調(diào)速器、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、保護(hù)裝置等其它機(jī)組附屬設(shè)備；②2臺(tái)主變壓器；③升壓站開(kāi)關(guān)設(shè)備、110kV出線及10.5kV母線；④水電廠的公用和輔助設(shè)備。主要有：技術(shù)供水系統(tǒng)、廠房滲漏排水系統(tǒng)，中、低壓空氣壓縮系統(tǒng)，400V廠用電系統(tǒng)、220V直流電源系統(tǒng)等。

該水電廠的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，采用的是全分布開(kāi)放式總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由電廠級(jí)計(jì)算機(jī)層、現(xiàn)地控制單元層組成。而電廠級(jí)的計(jì)算機(jī)層與現(xiàn)地控制單元層之間，設(shè)計(jì)采用100MB網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)進(jìn)行聯(lián)結(jié)，形成雙以太網(wǎng)通訊，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

5 結(jié)語(yǔ)

水電廠改造工作完成后，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該具備了良好的擴(kuò)充能力，能夠全面按照用戶的實(shí)際需求，進(jìn)行資源的配置與調(diào)整，排除冗余系統(tǒng)，同時(shí)在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)、分布軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)分布模塊等的處理工作上，能夠全面保障開(kāi)放性，確保監(jiān)控系統(tǒng)改造的順利進(jìn)行。

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TV736

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1004-7344（2016）15-0292-02

2016-5-10

陳皓帆（1988-），男，助理工程師，本科，主要從事水電二次監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)維工作。