江冬冬

（大唐陳村水力發(fā)電廠，安徽 涇縣242500）

0 引言

紀(jì)村水電站于1974年開始建設(shè)，1976～1977年2臺機組相繼投產(chǎn)運行，共安裝2臺17 MW軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機組，總裝機容量34 MW，運行期間雖然對主機設(shè)備進行了大修和技術(shù)改造，機組性能較以前有了很大提高。但是機組仍存在設(shè)計參數(shù)落后、繼電控制回路復(fù)雜、設(shè)備老化等問題，機組自動化水平整體較低。

2017～2018年期間對紀(jì)村水電站實施增效擴容改造，每臺機組增容到18 MW，增容機組及公用開關(guān)站計算機監(jiān)控系統(tǒng)，選定中國水科院自動化所開發(fā)的H9000 V4.0監(jiān)控系統(tǒng)作為紀(jì)村水電站的計算機監(jiān)控系統(tǒng)。目前相繼完成了1、2號機組與公用開關(guān)站計算機監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)和投運，使紀(jì)村水電站的自動化控制水平得到了進一步提高。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及主要功能

根據(jù)紀(jì)村電站的實際情況和計算機監(jiān)控系統(tǒng)分層分布的設(shè)計原理，H9000 V4.0計算機監(jiān)控系統(tǒng)分全廠控制層和現(xiàn)地控制層兩層。現(xiàn)地控制層采用單元分布的原則，設(shè)置3個現(xiàn)地控制單元（LCU）。LCU由觸摸屏、可編程控制器（PLC）、各種I/O通道及各種智能裝置（微機自動準(zhǔn)同期裝置、溫度巡檢裝置、交流采樣裝置、手動準(zhǔn)同期裝置、通信控制器等）組成。系統(tǒng)具有整體安全可靠、實用經(jīng)濟、易于維護等特點。紀(jì)村水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 計算機監(jiān)控系統(tǒng)的分層設(shè)計

紀(jì)村水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)按網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為2層：廠站層和現(xiàn)地層；按設(shè)備布置分為兩級：廠站級設(shè)備和現(xiàn)地級設(shè)備。監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為雙光纖交換式以太網(wǎng)，其機組LCU以太網(wǎng)連接圖如圖2所示。

現(xiàn)地控制層包括3套現(xiàn)地控制單元（LCU），其中：

機組現(xiàn)地控制單元共2套，每臺機組1套LCU按3面屏進行布置。分別為輸入量屏、輸出量屏和溫度測量（水機保護）屏。機組PLC選用施耐德Unity M580，配置為單CPU、雙網(wǎng)絡(luò)模塊，組成雙以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，保證與上位機系統(tǒng)可靠通信。每臺機組設(shè)置的水機保護與機組LCU的PLC系統(tǒng)完全獨立，由獨立電源、獨立后備水機保護PLC、獨立觸摸屏組成。機組手動緊急停機系統(tǒng)設(shè)有“事故停機按鈕”和“緊急停機按鈕”，按鈕均帶有防止誤操作保護罩。

LCU電源分別裝于各自的LCU柜中。LCU內(nèi)設(shè)備全部采用DC 24 V電源供電，其DC 24 V全部引自LCU所配的交/直流供電電源，交/直流采用冗余供電，當(dāng)LCU外部AC 220 V或DC 220 V任一路失電時，均可保證整個LCU的可靠供電。為保證電源系統(tǒng)安全性，每個LCU的電源輸入端均裝有避雷器進行防護。

每臺機組配置2套發(fā)電機溫度巡檢裝置和1套轉(zhuǎn)速測控裝置。發(fā)電機溫度巡檢裝置采用南京科明CM-448溫度巡檢裝置，將發(fā)電機組同一部件的測溫點，按奇數(shù)編號溫度測點和偶數(shù)編號溫度測點分別接入2套溫度巡檢裝置，即采用溫度測量冗余設(shè)計方式，保證了發(fā)電機組溫度測量的可靠性，提高了監(jiān)控系統(tǒng)的運行可靠性。轉(zhuǎn)速測控裝置采用南京科明CM-200轉(zhuǎn)速測控裝置，輸入包含兩路齒盤測速和一路PT殘壓測速；即轉(zhuǎn)速測量也采用了冗余設(shè)計方式，保證了發(fā)電機組轉(zhuǎn)速測量的可靠性。

圖1 紀(jì)村水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 機組LCU以太網(wǎng)連接圖

公用開關(guān)站設(shè)備現(xiàn)地控制單元用1套LCU，按3面屏進行布置。分別完成對2臺主變、110 kV母線、2條110 kV線路、3條35 kV線路、廠房2組220 V直流系統(tǒng)、廠房檢修和滲漏排水泵控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行監(jiān)視。對泄水道閘門控制、機組上游工作閘門控制采用硬接線方式接入LCU。對深井水泵、空壓機控制采用現(xiàn)地獨立控制模式，通過RS485與公用LCU進行通信，從而完成設(shè)備的現(xiàn)地監(jiān)控任務(wù)。公用設(shè)備PLC：施耐德Unity M580，配置為單CPU、雙網(wǎng)絡(luò)模塊，組成雙以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，保證與上位機系統(tǒng)可靠通信。

廠站級主控層包括操作員站、工程師站、通信站、歷史服務(wù)器站等。將工程師站（1套HP DL388 Gen9機架式服務(wù)器）、通信站（2套HP DL388 Gen9機架式服務(wù)器）、歷史服務(wù)器（1套HP DL388 Gen9 機架式服務(wù)器）、操作員站主機（2套HP Z640型機架式服務(wù)器）、打印機（1臺 HP LaserJet Pro M701n）、時鐘裝置、二次防護裝置等設(shè)備布置在紀(jì)村上位機房。

上位機房服務(wù)器機柜共兩面屏，裝有6臺工作站主機。操作員站的鼠標(biāo)、鍵盤、顯示器人機接口采用延長器引至中控室，操作員A/B站、通信機A/B站分別布置在兩面屏中，每個服務(wù)器機柜由2個完全獨立的逆變電源供電，保證了供電的可靠性；通信機A/B站是雙電源輸入，分別來自2個完全獨立的逆變電源供電，保證與省調(diào)通信的可靠性。

操作員A/B站二者為雙機冗余結(jié)構(gòu)，為主備用工作方式。2臺操作員工作站可同時工作，同時接收各種實時數(shù)據(jù)，當(dāng)主控操作員站發(fā)生故障可切至備用操作員站進行相關(guān)操作與監(jiān)視。

逆變電源設(shè)備屏中布置了2臺逆變電源裝置，2臺逆變電源完全獨立，1臺故障不影響另1臺正常運行。逆變電源的直流電源輸入采用電廠220 V直流系統(tǒng)，1臺逆變電源采用第1組220 V直流系統(tǒng)，另1臺逆變電源采用第2組220 V直流系統(tǒng)，大大提高了上位機房服務(wù)器電源的可靠性。正常情況下逆變電源均由廠用交流電源供電，交流電源消失時，由電廠直流系統(tǒng)供給逆變器。當(dāng)逆變電源的整流和逆變部分都發(fā)生故障而交流電源完好時，交流電源經(jīng)過旁路開關(guān)直接供給負(fù)荷。在交流、直流電源輸入端均裝有避雷器，保證了電源系統(tǒng)的安全性。

1.2 計算機監(jiān)控系統(tǒng)的分布設(shè)計

整個監(jiān)控系統(tǒng)的功能分布在不同層次設(shè)備之中：

現(xiàn)地控制層各LCU按被控對象單元分機組現(xiàn)地控制單元、公用設(shè)備及開關(guān)站控制單元。各控制單元完成其被控設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視及控制功能。監(jiān)控系統(tǒng)中各節(jié)點計算機均采用具有良好實時性、開放性、可擴充性和高可靠性等技術(shù)性能指標(biāo)的漢化Linux操作系統(tǒng)，僅工程師站采用中文Windows操作系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)配置H9000 V4.0系統(tǒng)應(yīng)用軟件，H9000-104規(guī)約通信軟件。

主站的監(jiān)控功能分布在廠站級主控層中，如操作員A/B站主要完成數(shù)據(jù)采集與處理、實時數(shù)據(jù)庫管理、監(jiān)控系統(tǒng)的人機聯(lián)系功能以及完成歷史數(shù)據(jù)庫管理等任務(wù)。完成對本廠的運行監(jiān)視和閉環(huán)控制、隨時接收遠(yuǎn)方控制中心的調(diào)度命令，發(fā)布現(xiàn)地操作控制命令、廠內(nèi)優(yōu)化運行AVC計算和處理，數(shù)據(jù)庫管理等功能。

工程師站由我廠檢修維護人員負(fù)責(zé)管理。用于系統(tǒng)開發(fā)、編輯和修改應(yīng)用軟件、建立數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)初始化和管理、檢索歷史記錄、系統(tǒng)故障診斷等工作，檢修人員可根據(jù)現(xiàn)場實際需要進行修改定值、增加和修改畫面，并可進行系統(tǒng)維護、軟件開發(fā)工作及遠(yuǎn)程診斷等。

1.3 計算機監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能

（1）實時采集電站機組等主要設(shè)備的各種數(shù)據(jù)，對電站各控制點和監(jiān)視點進行自動安全檢測、越限報警、事件順序記錄、事故故障原因提示與語音報警。

（2）實現(xiàn)水輪發(fā)電機組的自動順序啟、?？刂啤C組運行工況轉(zhuǎn)換及負(fù)荷調(diào)整，斷路器隔離開關(guān)等重要電氣設(shè)備的分、合閘操作以及其他自動控制功能。為了確保監(jiān)控系統(tǒng)操作的正確性，H9000 V4.0系統(tǒng)的所有控制操作均有嚴(yán)格的閉鎖條件。

（3）綜合計算與統(tǒng)計分析：監(jiān)控系統(tǒng)可根據(jù)實時采集到的數(shù)據(jù)進行周期、定時或召喚計算分析，形成各種計算數(shù)據(jù)庫與歷史數(shù)據(jù)庫，幫助運行人員對電廠主要設(shè)備的運行情況進行全面監(jiān)視與分析管理。

（4）機組事故停機處理：現(xiàn)地控制單元LCU中的PLC裝置具有機組保護功能，獨立完成采集事故信息，快速執(zhí)行事故停機流程。為提高系統(tǒng)的可靠性，我廠設(shè)置獨立的水機保護屏，與機組LCU的PLC系統(tǒng)完全獨立，由獨立電源、獨立后備水機保護PLC、獨立觸摸屏組成。該裝置確保在機組LCU的PLC系統(tǒng)功能喪失時，機組仍具備完整的水機事故保護功能，水機保護PLC與機組LCU的PLC并行，當(dāng)機組發(fā)生事故時，機組LCU的PLC事故流程啟動，水機保護PLC事故流程延時啟動。

（5）每臺機組LCU均是1套完整的計算機控制系統(tǒng)，與上位機系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)時，實現(xiàn)上位機系統(tǒng)指定的功能。而當(dāng)與上位機系統(tǒng)脫離時，則能獨立運行，實現(xiàn)LCU的現(xiàn)地監(jiān)控功能。

2 現(xiàn)場存在問題與改進

紀(jì)村水電站H9000 V4.0監(jiān)控系統(tǒng)自2017年投入運行以來，保證了機組的安全可靠運行，但還存在一些問題，具體問題及改進方法如下。

2.1 操作員A/B站黑屏問題查找解決

自投運以來操作員A/B站顯示器均出現(xiàn)瞬時黑屏又恢復(fù)的現(xiàn)象，在周圍工作人員打電話或發(fā)短信時，操作員A/B站顯示器出現(xiàn)瞬時黑屏又恢復(fù)現(xiàn)象的次數(shù)增加，偶爾嚴(yán)重時會出現(xiàn)顯示器黑屏無法恢復(fù)情況，其抗干擾性能差，給運行人員監(jiān)盤帶來諸多不便，后經(jīng)檢修人員檢查確認(rèn)系操作員A/B站延長器抗干擾性能差，使延長器發(fā)送端存在死機現(xiàn)象，不能滿足現(xiàn)場環(huán)境要求，更換延長器型號后設(shè)備運行至今，未出現(xiàn)上述現(xiàn)象。主副顯示屏的延長器是獨立的，不是一體式的，這樣設(shè)計不會造成因延長器故障造成主副顯示屏同時黑屏現(xiàn)象，設(shè)備的可靠性得到了提高。

2.2 對監(jiān)控畫面顯示進行優(yōu)化

運行人員多次反映在日常監(jiān)盤中由于紀(jì)村電站電氣主接線畫面整體太緊湊，畫面上潮流數(shù)據(jù)太多以及光字報警信息過于繁雜，長時間監(jiān)視會給人一種眼花繚亂的感受，不利于發(fā)現(xiàn)異常報警信息。

為改善此情況，我廠將原來的電氣主接線畫面拆分為2個畫面顯示，1張畫面是顯示潮流數(shù)據(jù)的運行監(jiān)視圖，在運行監(jiān)視圖中顯示重要的開關(guān)刀閘，不完全展現(xiàn)電氣主接線全貌；另外1張畫面不顯示潮流數(shù)據(jù)，僅顯示我廠電氣主接線全貌，通過運行人員與廠家多次溝通協(xié)調(diào)，畫面顯示優(yōu)化問題得以解決。對于光字報警信息過于繁雜的問題，由于當(dāng)時廠家在設(shè)計光字報警信息畫面時將數(shù)據(jù)庫中大部分的開入量、開出量的點均設(shè)置在光字報警信息畫面中，造成光字報警信息過于繁雜，為改善上述問題，根據(jù)紀(jì)村站現(xiàn)場實際情況，在運行人員配合下對光字報警信息進行重新布局，對于現(xiàn)場主要設(shè)備和重要的輔助設(shè)備存在的故障點均設(shè)置在光字報警信息畫面，對一般的開入點或開出點進行了刪減，為了優(yōu)化畫面，還將有些報警點做了合并處理，如推力冷卻水中斷、下導(dǎo)冷卻水中斷、水導(dǎo)冷卻水中斷、空冷冷卻水中斷、主軸密封冷卻水中斷5個光字報警信息綜合成一個“冷卻水中斷”光字報警信息，當(dāng)其中一個發(fā)生故障報警，光字報警信息報“冷卻水中斷”，具體故障信息可查看事件一覽表，事件一覽表反映數(shù)據(jù)庫中所有開入量、開出量、中斷量的動作復(fù)歸情況以及模擬量的越限報警信息，這樣設(shè)置既優(yōu)化了畫面內(nèi)容，也便于運行人員及時查找故障信息。

紀(jì)村中控室由原來的燈光儀表返回屏改造為DLP投影大屏幕顯示，信號由操作員A站副屏延長器經(jīng)視頻分配器接入至DLP大屏幕進行顯示。

2.3 數(shù)據(jù)庫存在問題的處理

數(shù)據(jù)庫存在的問題主要集中在與現(xiàn)地LCU的點不對應(yīng)，現(xiàn)地LCU改接線以后，要針對現(xiàn)地LCU動過的點，在上位機的數(shù)據(jù)庫及時進行定義。部分上位機的點，在數(shù)據(jù)庫中沒有中文描述，連在畫面上以后，運行人員點開相應(yīng)點的信息發(fā)現(xiàn)是“備用”，后對數(shù)據(jù)庫中的所有點進行了仔細(xì)核實和修改。運行人員在查看監(jiān)控信息時發(fā)現(xiàn)有一些開入量的點不動作或復(fù)歸的情況，后經(jīng)檢查是因現(xiàn)場實際設(shè)備未能提供其動作接點給現(xiàn)地LCU，在運行人員建議下將這些開入量的點修改為備用點，以便于正確監(jiān)視信息。

2.4 紀(jì)村站五防閉鎖微機系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)后臺實現(xiàn)規(guī)約對接和遙控操作功能

五防閉鎖微機系統(tǒng)通信應(yīng)用CDT串口通信規(guī)約，自行編譯了一個進程，做了遙信和虛遙信點表，虛遙信的點在上位機里做了虛點，用“五防閉鎖”進行了標(biāo)注?？偣灿?5個虛遙信點，并且在上位機對需要五防閉鎖功能的開關(guān)和刀閘做了閉鎖，在五防閉鎖庫里也進行了相同的標(biāo)注，最終實現(xiàn)了五防閉鎖的功能。

上位機在五防閉鎖沒有開出操作票的情況下，五防閉鎖不會返回虛遙信點給上位機，所以不滿足閉鎖條件，在這種情況下，在上位機上對開關(guān)和刀閘進行分合操作不能實現(xiàn)。當(dāng)五防閉鎖對某個開關(guān)或者刀閘進行開出操作票操作，則會返回一個相應(yīng)的虛遙信點給監(jiān)控系統(tǒng)，此時在事件一覽表中會有事件報出來，數(shù)據(jù)一覽表中的五防閉鎖虛點相應(yīng)的也會動作，此時滿足閉鎖條件，就可以對開關(guān)進行相應(yīng)的分閘或合閘操作。當(dāng)上位機進行分閘或合閘操作完成以后，五防閉鎖對其進行確認(rèn)，則完成了五防閉鎖功能。開關(guān)或刀閘變位以后，相應(yīng)狀態(tài)則會通過遙信點表將監(jiān)控中的狀態(tài)送給五防閉鎖。延時約10 s左右，在上位機中相應(yīng)的虛遙信點會自動復(fù)歸。

但在實際運行過程中，微機五防閉鎖系統(tǒng)可能會出現(xiàn)死機或者通信中斷現(xiàn)象，如果此時現(xiàn)場有事故發(fā)生，將不能及時在上位機操作相應(yīng)開關(guān)或者刀閘進行事故處理，為了解決上述問題，我們在上位機系統(tǒng)設(shè)置直接操作權(quán)限，在監(jiān)控畫面中設(shè)置了按鈕，使其投入，使所有的五防虛遙信點動作，這樣保證在五防閉鎖系統(tǒng)不滿足閉鎖條件情況下可以進行直接操作，為運行人員進行事故處理節(jié)省了時間，也符合現(xiàn)場實際處理事故的操作要求。

3 結(jié)束語

H9000 V4.0計算機監(jiān)控系統(tǒng)在紀(jì)村水電站得到了很好的應(yīng)用，通過對監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)場存在的問題加以改進，使監(jiān)控系統(tǒng)對機組的運行狀態(tài)可控在控，查找異常和故障點也比以前方便了很多，滿足了機組運行監(jiān)控各方面的需求，提高了紀(jì)村水電站運行的可靠性和安全性，自2017年運行以來取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益，為紀(jì)村水電站實現(xiàn)無人值班（少人值守）的目標(biāo)奠定了堅實的基礎(chǔ)。