谷振富，張 鑫，黃國平

（河北張河灣蓄能發(fā)電有限責任公司，河北 石家莊 050300）

張河灣公司計算機監(jiān)控系統(tǒng)國產(chǎn)化改造可行性研究

谷振富，張 鑫，黃國平

（河北張河灣蓄能發(fā)電有限責任公司，河北 石家莊 050300）

介紹了張河灣抽水蓄能電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀，通過綜合比較進口監(jiān)控系統(tǒng)與國產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的性能參數(shù)、功能配置，對張河灣抽水蓄能電站國產(chǎn)化改造可行性進行了研究論證，并給出了監(jiān)控系統(tǒng)國產(chǎn)化改造的思路及配置建議，分析總結(jié)了監(jiān)控系統(tǒng)國產(chǎn)化改造的意義。

計算機監(jiān)控系統(tǒng)；抽水蓄能電站；國產(chǎn)化；改造

1 概述

張河灣抽水蓄能電站位于河北省石家莊市井陘縣測魚鎮(zhèn)，電站裝機總?cè)萘繛? 000 MW，安裝4臺250 MW的單級混流可逆式機組，以單回500 kV線路接入河北南網(wǎng)，在系統(tǒng)中承擔調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相及事故備用等任務。

電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)招標采用隨主機捆綁式的招標方式，由法國阿爾斯通供貨，采用ALSTOM ALSPA P320型產(chǎn)品。電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)從安裝調(diào)試至全部投入商業(yè)運行，至今已運行了近10年，監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足電站日益提高的運行管理要求。目前，監(jiān)控系統(tǒng)在軟硬件平臺的可靠性、售后服務的及時性、監(jiān)控系統(tǒng)功能的擴充性、電站生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分析挖掘等方面存在問題，已經(jīng)對電站的生產(chǎn)運行產(chǎn)生較大影響。另外，原監(jiān)控系統(tǒng)主機設備已經(jīng)屬于早期淘汰產(chǎn)品，系統(tǒng)的軟硬件均已不能進行進一步的維護和更新，監(jiān)控系統(tǒng)的不穩(wěn)定運行已經(jīng)對電站的安全穩(wěn)定運行構成威脅。

對比其他抽水蓄能電站監(jiān)控系統(tǒng)性能配置（表1）可看出，無論從性能參數(shù)、電站應用業(yè)績方面，國產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)采用的PLC都具有明顯優(yōu)勢，且性價比突出。

張河灣抽水蓄能電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)自投產(chǎn)至今已有近10年時間，上、下位機設備故障率逐漸增高，陸續(xù)出現(xiàn)數(shù)據(jù)服務器故障、網(wǎng)關機工作站故障等問題，主機設備SUN工作站、LCU模板均已停產(chǎn)，且監(jiān)控系統(tǒng)存在維修售后困難，功能不能完全滿足生產(chǎn)運行需求等一系列問題，同時鑒于國產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)已廣泛應用在我國抽水蓄能電廠工程項目中，說明國產(chǎn)計算機監(jiān)控系統(tǒng)已能滿足蓄能電站控制的需要，在大、中型抽水蓄能電站采用國產(chǎn)化監(jiān)控系統(tǒng)是可行的，因此張河灣電廠亟需對監(jiān)控系統(tǒng)進行國產(chǎn)化改造。

2 監(jiān)控系統(tǒng)國產(chǎn)化改造研究

2.1 改造思路

張河灣監(jiān)控系統(tǒng)改造將遵循“統(tǒng)一規(guī)劃、分步實施、安全可靠、技術先進”的原則，監(jiān)控系統(tǒng)的技術升級以確保不影響電廠正常的安全生產(chǎn)為前提，新的監(jiān)控系統(tǒng)除具備原老系統(tǒng)的全部功能外，還應在數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、成組控制、畫面展示、培訓仿真等方面具備更出色的功能。

2.1.1 外部環(huán)境落實條件

監(jiān)控系統(tǒng)上位機改造可結(jié)合2017年張河灣公司上庫檢修計劃實施，3號機組的改造可根據(jù)3號機組A級檢修的計劃實施，剩余其他機組LCU的改造可結(jié)合每年機組檢修進行。公用系統(tǒng)LCU的改造可結(jié)合每年的春檢預試進行。

表1 抽水蓄能電站監(jiān)控系統(tǒng)PLC性能配置對比表

2.1.2 施工過渡措施

考慮到監(jiān)控系統(tǒng)整體改造不可能一蹴而就，需要分步實施，這就會出現(xiàn)新舊監(jiān)控系統(tǒng)并列運行的情況。阿爾斯通監(jiān)控系統(tǒng)的國產(chǎn)化改造過程可采取新老系統(tǒng)過渡運行的方式，并確保新系統(tǒng)在完成各項功能的離線測試后才接入監(jiān)控環(huán)網(wǎng)進行動態(tài)調(diào)試，因此不需獨立的退備時間。

新老系統(tǒng)過渡運行的重要技術保障是國產(chǎn)化監(jiān)控系統(tǒng)與阿爾斯通核心控制器C80-75 PLC數(shù)據(jù)交互。阿爾斯通C80-75 PLC由通用電氣GE貼牌生產(chǎn)，新監(jiān)控系統(tǒng)設置2臺熱備冗余方式工作的GE PLC作為數(shù)據(jù)網(wǎng)關，通過GE專用通訊協(xié)議實現(xiàn)對C80-75 PLC各類型寄存器的讀取和置位，從而完成新監(jiān)控系統(tǒng)與阿爾斯通LCU的數(shù)據(jù)交互。

這種新老通訊實現(xiàn)方式的優(yōu)點是通訊安全可靠，數(shù)據(jù)實時性高。一方面，不需要對阿爾斯通的C80-75程序做任何改動就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互，完全保證現(xiàn)地控制單元的原廠狀態(tài)；另一方面，采用GE數(shù)據(jù)網(wǎng)關可以實現(xiàn)新老系統(tǒng)的無縫通訊，可靠性高而且也能提高新老系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互的實時性。

機組的升級改造保持原有機柜數(shù)量不變，將機柜、機柜內(nèi)部設備等全部更換，拆除后的機組PLC等設備可以作為未改造的LCU的備件使用。

2.1.3 工程實施計劃安排

（1）工期安排

結(jié)合張河灣抽蓄電站檢修計劃，計算機監(jiān)控系統(tǒng)整體升級改造內(nèi)容擬分為5個階段：

第1階段：項目前期，包括完成合同簽訂、提交初步設計方案；

第2階段：上位機廠內(nèi)調(diào)試及現(xiàn)場改造實施；

第3階段：3號機組廠內(nèi)調(diào)試及現(xiàn)場改造實施；

第4階段：剩余LCU廠內(nèi)調(diào)試及現(xiàn)場改造實施；

第5階段：項目整體驗收，包括消缺完善、SAT現(xiàn)場驗收、系統(tǒng)試運行。

2.2 國產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)配置原則

國產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構配置遵循原有系統(tǒng)的分層分布，并實現(xiàn)開放性、可移植性和可擴充性。作為抽水蓄能電站的控制核心，新系統(tǒng)重點強化其配置和功能以及數(shù)據(jù)的處理、存儲能力，所有硬件設備均采用最新的成熟產(chǎn)品和最新的設計技術。此外，國產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)應充分考慮LCU改造時的兼容性、可行性和便利性，以節(jié)約投資。

2.3 新上位機系統(tǒng)主要硬件配置建議

新上位機系統(tǒng)設備布置在電站中控室、遠控室和計算機室內(nèi)，冗余設備分開放置在不同機架內(nèi)，并采用雙獨立電源供電。

（1）數(shù)據(jù)服務器：計算機室設2套，冗余配置，每套使用1臺26″彩色液晶工業(yè)用監(jiān)視顯示器。采用機架式結(jié)構，分別放置在兩處機架式服務器盤柜內(nèi)，負責電站設備的數(shù)據(jù)處理和存儲。

（2）應用服務器：計算機室設2套，冗余配置，每套使用1臺26″彩色液晶工業(yè)用監(jiān)視顯示器。采用機架式結(jié)構，分別放置在兩處機架式服務器盤柜內(nèi)，作為應用邏輯處理核心，用于收集、處理和存儲過程數(shù)據(jù)。

（3）操作員站：中控室設2套，遠方控制室（生產(chǎn)辦公樓四樓）設2套，每套使用2臺26″彩色液晶工業(yè)用監(jiān)視顯示器。采用機架式結(jié)構，分別放置在中控室、遠控室機架式服務器盤柜內(nèi)，值班員可進行多畫面、實時監(jiān)控，且具備擴展功能，并能實現(xiàn)操作員站的新增。

（4）語音報警站：中控室設1套，使用1臺26″彩色液晶工業(yè)用監(jiān)視顯示器。采用機架式結(jié)構，放置在機架式服務器盤柜內(nèi)，報警音箱放置在中控臺，可通過音頻線連接至語音報警站，實現(xiàn)對電站設備狀態(tài)變化的語音警示。

（5）工程師站：計算機室設1套，使用2臺26″彩色液晶工業(yè)用監(jiān)視顯示器。采用機架式結(jié)構，放置在機架式服務器盤柜內(nèi)，用于監(jiān)控系統(tǒng)在線和離線測試、參數(shù)設置、整定和軟件更改；能完成上位機系統(tǒng)各個設備的管理；能完成監(jiān)控系統(tǒng)各種變量的編輯、新增、刪除等管理功能。

（6）遠動通訊機：計算機室設2套，采用機架式結(jié)構，用于與華北網(wǎng)調(diào)和河北省調(diào)的遠動通信。

（7）廠內(nèi)通訊機：計算機室設1套，采用機架式結(jié)構，實現(xiàn)與廠內(nèi)（如五防系統(tǒng)）、廠外（如生產(chǎn)實時系統(tǒng)）其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊。

2.4 新現(xiàn)地控制單元主要硬件配置建議

（1）PLC CPU模塊：現(xiàn)地LCU配置2塊熱備冗余的CPU。兩個CPU模塊一個為主機運行，一個為從機運行，兩個CPU模塊通過高速內(nèi)部總線實時備份數(shù)據(jù)。主CPU完成梯形邏輯的執(zhí)行，并且向從CPU實時備份數(shù)據(jù)。當主CPU模件出現(xiàn)故障時，從CPU能夠自動升為主機運行，保證系統(tǒng)運行不受影響。

（2）通訊管理模塊：串口通訊模塊用于PLC和現(xiàn)地其他智能設備的通訊，很好地解決了傳統(tǒng)現(xiàn)地控制裝置通訊功能弱的問題。該模塊應獨立完成串口通訊任務，僅與CPU完成數(shù)據(jù)交換，不占用CPU資源。1塊串口通訊模塊內(nèi)置不少于8個RS-232/RS-485串口接口，一套系統(tǒng)中最多可配置4個通訊模塊，最多支持32個通訊對象。

（3）SOE模塊：SOE輸入模塊應為具有32路通道數(shù)的開入模塊，用于將現(xiàn)場重要的事故、故障、報警等信號狀態(tài)轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部測點的1/0狀態(tài)。

（4）開入模塊：開入模塊應為具有32路通道數(shù)的開入模塊，用于將現(xiàn)場狀態(tài)等開關的ON/OFF信號轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部測點的1/0狀態(tài)。該模件的各個通道都應有指示其輸入狀態(tài)的指示燈。

（5）開出模塊：開出模塊應為具有32路通道數(shù)的開出模塊，可以將PLC內(nèi)部測點的1/0狀態(tài)轉(zhuǎn)換為對外部設備如繼電器、指示燈等的ON/OFF控制信號。

（6）模入模塊：模入模塊用于把來自傳感器、變送器等設備的諸如壓力、液位、溫度等模擬量信號轉(zhuǎn)換為PLC可以處理的數(shù)字量信號。

（7）模出模塊：模出模塊用于把PLC的設定值數(shù)字量轉(zhuǎn)換為電流或電壓信號并通過電氣回路輸出。

（8）溫度量模塊：溫度量模塊用于將測溫電阻的電阻值轉(zhuǎn)換為PLC能夠處理的數(shù)字量信號。

（9）同期裝置：選用國產(chǎn)品牌自動準同期裝置，該裝置應基于DSP和超大規(guī)模集成在線可編程技術的硬件平臺。整體大面板、全封閉機箱，硬件電路采用后插拔式的插件式結(jié)構，強弱電分離，CPU電路板和MMI電路板采用四層板，表面貼裝技術。

表2 改造個LCU模塊數(shù)量表

（10）現(xiàn)地觸摸屏工控機：配置1臺一體化工控機，具備自適應功能，即當上位機與PLC通訊正常時，現(xiàn)地工控機只作為操作員站完成相關監(jiān)視控制功能。而當上位機與PLC通訊中斷后，現(xiàn)地工控機自動升級為通訊機完成與PLC通訊，并實現(xiàn)所有監(jiān)控功能。

（11）根據(jù)測點情況，建議改造各LCU模塊數(shù)量如表2所示（括號內(nèi)為PLC模塊數(shù)量）。

2.5 國產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)技術特點

國產(chǎn)計算機監(jiān)控系統(tǒng)應基于分布式對象計算技術，從系統(tǒng)的規(guī)劃、設計、軟件實現(xiàn)到提供給用戶的組態(tài)工具、應用界面都使用了面向?qū)ο蠛涂缙脚_的技術。遵循 TCP/IP、SQL、ODBC、JDBC、Java RMI、OPC等國際標準和被廣泛使用的軟件工具，具有充分的開放性、可擴展性和異構平臺適應性，其主要特點有：

（1）安全可靠的系統(tǒng)平臺

系統(tǒng)采用各系列高性能的服務器和開放性的UNIX操作系統(tǒng)，例如SUN公司的SPARC平臺服務器、IBM公司的AIX系統(tǒng)服務器、HP公司的HP-UX服務器等，同時新監(jiān)控系統(tǒng)也可在當前的開源操作系統(tǒng)上安全穩(wěn)定運行，例如美國Redhat Advanced-Server平臺等。

（2）面向?qū)ο蟮脑O計思路

系統(tǒng)以對象為單位進行數(shù)據(jù)組織。主要對象有發(fā)電機、閘門、開關、輔助設備等；按對象直觀方便的控制操作，減少誤操作；按對象信息查詢，能迅速判斷和分析事故；按對象計算各種二次計算量、狀態(tài)量；按對象處理相關事件，并綜合分析處理；按對象設置設備狀態(tài)（檢修、報警、投退）；按對象進行各種歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析。

（3）豐富多彩的圖形界面

系統(tǒng)采用Java 2D技術，建立藝術級的圖形效果；具有豐富的電力系統(tǒng)專業(yè)圖符元件庫；支持GIF、JPG、AVI等格式的第三方圖形；支持按對象生成設備控制操作菜單；支持按對象的前景連接和替換功能；采用矢量繪圖，實現(xiàn)無失真的無級縮放；自適應屏幕分辨率顯示；支持單屏、雙屏、三屏、四屏等多種模式；支持動態(tài)潮流顯示、功率圓顯示等儀表顯示；支持多層圖形顯示，有效利用屏幕空間；支持屏幕畫面拷貝輸出、打印，所見即所得；支持監(jiān)控圖形的無縫Web展示。

（4）形式多樣的報表系統(tǒng)

系統(tǒng)采用電子表格方式組織、顯示報表，美觀大方；兼容Execl報表格式（99%），通用方便；支持運行日志、月、年統(tǒng)計以及各種特殊統(tǒng)計表格；根據(jù)行業(yè)報表特點，設計專業(yè)數(shù)據(jù)連接，制作快速簡潔；以棒圖、餅圖等模式直觀顯示，圖文并茂；支持各種公式計算，便于二次處理；支持召喚打印和定時打印輸出；支持報表數(shù)據(jù)離線查詢。

（5）智能化的報警處理

系統(tǒng)光字畫面可自動生成，不同級別的光字可定義不同的顏色；提供按不同的對象及不同的光字級別查詢光字的手段；提供光字牌多種確認方法：按對象確認、逐個確認，全屏確認具有對象光字報警提示功能，用對象樹圖標的顏色區(qū)分有無光字報警。提供面向?qū)ο蟮亩喾N查詢方法，既可按對象，也可按事件類型查詢。

（6）全面支持Web瀏覽

系統(tǒng)采用J2EE架構和面向服務的思想設計，支持異構環(huán)境；支持利用XML技術和SOAP協(xié)議進行對外的數(shù)據(jù)交互，支持各種國際標準數(shù)據(jù)接口，如JDBC、ODBC、TCP/IP等；有效數(shù)據(jù)流量控制，具有動態(tài)負載均衡能力；多級用戶訪問權限，實現(xiàn)統(tǒng)一認證管理；監(jiān)控系統(tǒng)與Web系統(tǒng)實現(xiàn)無縫連接；支持防火墻配置，滿足電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護要求，確保系統(tǒng)安全。

3 結(jié)論

我國早期大型抽水蓄能電站基本采用的都是國外廠商計算機監(jiān)控系統(tǒng)，目前來看，外方監(jiān)控廠家在售后服務和備品備件價格、服務的質(zhì)量和響應速度、技術的開放性及系統(tǒng)功能的擴展方面均存在明顯的短板。

張河灣抽水蓄能電站作為國網(wǎng)新源首個進行監(jiān)控系統(tǒng)國產(chǎn)化改造的大型抽水蓄能電站，其改造經(jīng)驗可為新源公司其他蓄能電站的國產(chǎn)化改造提供寶貴的技術積累和豐富的實施經(jīng)驗。監(jiān)控系統(tǒng)國產(chǎn)化改造后，將明顯降低電站的運行維護成本，提高電站的整體管控能力，消除原來存在的生產(chǎn)和安全方面的諸多隱患。

TV736

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1672-5387（2016）12-0009-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.12.004

2016-08-29

谷振富（1981-），男，高級工程師，從事抽水蓄能電站運維管理工作。