陳方毅

南京南瑞水利水電科技有限公司小水電與海外部，中國(guó)·江蘇 南京 210000

1 引言

所謂全分布是指數(shù)據(jù)庫(kù)、監(jiān)控功能分布在相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)機(jī)上。對(duì)系統(tǒng)而言節(jié)點(diǎn)功能，資源相對(duì)獨(dú)立而又便于為其他節(jié)點(diǎn)共享，并且為今后功能擴(kuò)充提供了較大的方便。網(wǎng)絡(luò)上的各部分設(shè)備中任一部分故障或不工作，不影響系統(tǒng)其他部分的運(yùn)行。

SJ-3000型全分布開放式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是南瑞集團(tuán)有限公司于1993年率先在中國(guó)獨(dú)立自主開發(fā)完成的符合國(guó)際開放系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)于1994年初開始在多個(gè)水電廠投運(yùn)，有全系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)行近10年的成功經(jīng)驗(yàn)。該產(chǎn)品已通過國(guó)家驗(yàn)收、網(wǎng)局驗(yàn)收和部級(jí)鑒定，目前已在全國(guó)100多個(gè)電廠中應(yīng)用。多年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展以及用戶需求的增加，SJ-3000型全分布開放式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能和軟件已進(jìn)一步完善和提高，特別是面向?qū)ο蟮腘C2000軟件系統(tǒng)在多個(gè)大型電站的成功應(yīng)用，使得SJ-3000成為中國(guó)水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)領(lǐng)域中的主導(dǎo)產(chǎn)品。

2 項(xiàng)目概況

中國(guó)貴州深能泓源、洋源電力有限公司目前擁有兩座水電站。兩座電站位于貴州羅甸縣、平塘縣，廣西南丹縣的二省三縣交界處曹渡河干流上，為曹渡河流域梯級(jí)規(guī)劃建設(shè)的最后兩級(jí)電站，每座電站裝機(jī)容量均為3×10MW，總裝機(jī)容量為60MW。設(shè)計(jì)、統(tǒng)一規(guī)劃的綜合一體化的思路，從全局高度對(duì)電站的所有自動(dòng)化系統(tǒng)的資源進(jìn)行整合，解決了兩電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)存式中存在的不足，提高了設(shè)備可靠性，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方控制，提升了水電站生產(chǎn)、管理和決策能力。

3 集控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

第一，按照“無人值班”（少人值守）的原則進(jìn)行計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)和系統(tǒng)配置。既可實(shí)現(xiàn)站內(nèi)監(jiān)控，又能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

第二，監(jiān)控系統(tǒng)通信服務(wù)器具備與電調(diào)、水調(diào)系統(tǒng)的調(diào)度中心之間進(jìn)行通信的功能。

第三，軟件應(yīng)采用模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，保證系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，并滿足功能增加及規(guī)模擴(kuò)充的需要。系統(tǒng)具有冗余容錯(cuò)設(shè)計(jì)，不會(huì)因局部的故障而引起系統(tǒng)誤操作或降低系統(tǒng)性能。各LCU能脫離主控級(jí)獨(dú)立運(yùn)行，并不受主控級(jí)故障影響。

第四，選用全開放、分布式的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)配置和設(shè)備選型應(yīng)適應(yīng)計(jì)算機(jī)發(fā)展迅速的特點(diǎn)，具有先進(jìn)性和向上兼容性。

第五，監(jiān)控系統(tǒng)必須響應(yīng)速度快，可靠性和可用率高，可維護(hù)性好。

第六，監(jiān)控系統(tǒng)具備與電站勵(lì)磁系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)、繼電保護(hù)系統(tǒng)、直流系統(tǒng)、工業(yè)電視、火災(zāi)報(bào)警等數(shù)字化設(shè)備系統(tǒng)地進(jìn)行通信的接口。

第七，監(jiān)控系統(tǒng)要求人機(jī)接口功能強(qiáng)，人機(jī)界面采用中文且操作方便，便于二次開發(fā)，其設(shè)計(jì)原則滿足：①具有漢字顯示和打印功能。漢字應(yīng)符合國(guó)家二級(jí)字庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)。②人機(jī)聯(lián)系操作方法應(yīng)簡(jiǎn)便、靈活、可靠，對(duì)話提示說明清楚準(zhǔn)確，在整個(gè)系統(tǒng)對(duì)話運(yùn)用中保持一致。③操作以鼠標(biāo)為主，鍵盤為輔的原則。

第八，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的通信必須滿足國(guó)家能源局頒布的《電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)總體方案》、國(guó)家電監(jiān)會(huì)頒布的《電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)規(guī)定》、電力系統(tǒng)有關(guān)“發(fā)電廠二次系統(tǒng)安全防護(hù)指南”和“電力二次系統(tǒng)安全防護(hù)總體方案”的最新文件和規(guī)定的要求進(jìn)行軟、硬件隔離。電力調(diào)度數(shù)據(jù)設(shè)備技術(shù)要求應(yīng)滿足接入系統(tǒng)報(bào)告要求。

第九，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)局域網(wǎng)按IEEE802.3設(shè)計(jì)，采用星型結(jié)構(gòu)的交換式以太網(wǎng)，全開放的分布式接口，局域網(wǎng)通信規(guī)約TCP/IP，網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)采用光纖或超五類雙絞線，介質(zhì)訪問控制方式為帶有碰撞檢測(cè)的載波監(jiān)聽多路訪問（CSMA/CD），生產(chǎn)控制網(wǎng)絡(luò)、生產(chǎn)非控制網(wǎng)絡(luò)及生產(chǎn)管理網(wǎng)主干網(wǎng)的傳輸速率1000Mbps，接入網(wǎng)及數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率100Mbps。

第十，系統(tǒng)支持在線及離線編程，遠(yuǎn)程維護(hù)和全網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)信息交換。

系統(tǒng)配置和設(shè)備選型符合計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展迅速的特點(diǎn)，充分利用計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，采用向上兼容的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)達(dá)到當(dāng)前的中國(guó)領(lǐng)先水平。

第十一，為了滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求和保證系統(tǒng)具有良好的開放性，系統(tǒng)硬件與軟件平臺(tái)將采用現(xiàn)在具有成熟運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)且嚴(yán)格遵守當(dāng)今工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的具有較好資歷的廠商的產(chǎn)品。

第十二，集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)支持各種應(yīng)用軟件及功能的開發(fā)應(yīng)用，支持第三方軟件在系統(tǒng)上無縫集成和可靠運(yùn)行，支持?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信，并能方便地與其他系統(tǒng)通信。

第十三，系統(tǒng)為分布開放系統(tǒng)，既便于功能和硬件的擴(kuò)充，又能充分保護(hù)應(yīng)用資源和投資，分布式數(shù)據(jù)庫(kù)及軟件模塊化、結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)能適應(yīng)功能的增加和規(guī)模的擴(kuò)充，并能自診斷[1]。

4 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與控制調(diào)節(jié)

4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)將分為兩個(gè)層次：

電站層：通過以太網(wǎng)通道構(gòu)成的整個(gè)監(jiān)控的主干網(wǎng)，在該主干網(wǎng)上連接電站監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備和現(xiàn)地LCU設(shè)備。電站監(jiān)控中心服務(wù)器可以直接對(duì)現(xiàn)地層LCU相關(guān)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和指令下達(dá)。

現(xiàn)地層：現(xiàn)地設(shè)備控制層，可采用現(xiàn)場(chǎng)總線或以太網(wǎng)。

集控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 集控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.2 控制調(diào)節(jié)

按上述計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)架劃分，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)方式有如下三種：電網(wǎng)調(diào)度中心調(diào)度調(diào)控方式、遠(yuǎn)控中心調(diào)控方式和現(xiàn)地調(diào)控方式。

控制、調(diào)節(jié)權(quán)限按現(xiàn)地層、遠(yuǎn)控層、調(diào)度層的順序從高到低，控制、調(diào)節(jié)的權(quán)限通過切換開關(guān)或軟功能鍵切換，有相應(yīng)的閉鎖條件。原則上，上一層可以要求下一層切換控制、調(diào)節(jié)權(quán)，下一層應(yīng)按上一層的要求切換控制、調(diào)節(jié)權(quán)，只有當(dāng)下一層的控制、調(diào)節(jié)權(quán)切換到上一層，上一層才能進(jìn)行控制、調(diào)節(jié)。電網(wǎng)調(diào)度的方式相對(duì)較為靈活，調(diào)控權(quán)限最高，在遠(yuǎn)控層均設(shè)置與電網(wǎng)調(diào)度控制、調(diào)節(jié)的權(quán)限切換開關(guān)或軟功能鍵切換，可按電網(wǎng)調(diào)度部門的要求對(duì)電站進(jìn)行調(diào)控[2]。

電網(wǎng)調(diào)度的控制調(diào)節(jié)方式為：電網(wǎng)調(diào)度發(fā)調(diào)控命令和設(shè)定值到遠(yuǎn)控中心，由遠(yuǎn)控中心對(duì)電站進(jìn)行遠(yuǎn)方實(shí)時(shí)控制調(diào)節(jié)、安全監(jiān)視，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和統(tǒng)一調(diào)度管理。

5 硬件配置

集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)硬件配置如下。

5.1 應(yīng)用程序服務(wù)器

應(yīng)用程序服務(wù)器主要采集梯級(jí)各電站監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以及集控中心內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

5.2 歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器

歷史數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器將梯級(jí)各電站監(jiān)控系統(tǒng)、集控中心監(jiān)控系統(tǒng)所有設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行長(zhǎng)期保存，并提供對(duì)這些歷史數(shù)據(jù)的查詢、提取等任務(wù)。服務(wù)器采用集群工作工作方式，并且配置了1臺(tái)光纖接口的磁盤陣列，歷史數(shù)據(jù)存放在磁盤陣列中，數(shù)據(jù)庫(kù)軟件及磁盤陣列管理軟件等均安裝在2套冗余服務(wù)器中，任何一臺(tái)服務(wù)器故障，系統(tǒng)仍可正常運(yùn)行，提高了系統(tǒng)的安全可靠性。

5.3 操作員站

操作員工作站的功能包括圖形顯示、定值設(shè)定及變更工作方式等。運(yùn)行值班人員通過彩色液晶顯示器可以對(duì)電廠的生產(chǎn)、設(shè)備運(yùn)行做實(shí)時(shí)監(jiān)視，取得所需的各種信息。電廠所有的操作控制都可以通過鼠標(biāo)器及鍵盤實(shí)現(xiàn)。

5.4 工程師/編程員站

工程師/編程員站的功能既作為整個(gè)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行管理維護(hù)和故障診斷的人機(jī)接口，又作為開發(fā)系統(tǒng)的有效測(cè)試平臺(tái)。

5.5 廠內(nèi)通訊工作站

廠內(nèi)通訊工作站主要負(fù)責(zé)與電站內(nèi)其他自動(dòng)化系統(tǒng)通訊[3]。

5.6 調(diào)度遠(yuǎn)動(dòng)通信工作站

調(diào)度通信工作站用于與電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)通訊。該通信工作站主要將各電廠的數(shù)據(jù)上送調(diào)度、將電網(wǎng)調(diào)度下發(fā)的指令傳輸?shù)郊刂行牡木W(wǎng)絡(luò)中，供集控中心的SCADA/歷史服務(wù)器、值班員工作站等計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算、存儲(chǔ)、操作等。

5.7 ONCALL、語(yǔ)音報(bào)警及打印工作站

語(yǔ)音報(bào)警及ON-CALL系統(tǒng)工作站主要完成語(yǔ)音/電話報(bào)警、電話查詢、事故自動(dòng)尋呼（ON-CALL）及手機(jī)短信報(bào)警等功能。

5.8 Web服務(wù)器

主要用于接收并保存電站監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，用于web顯示以及與其他自動(dòng)化系統(tǒng)通信。

5.9 時(shí)鐘同步裝置

配置一套采用雙主時(shí)鐘冗余配置的時(shí)鐘同步系統(tǒng)，能接收GPS及北斗星系統(tǒng)時(shí)間信號(hào)。

5.10 冗余逆變電源

雙重配置的兩套UPS以并行方式工作，任何一套UPS故障，不影響集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)及相關(guān)系統(tǒng)所有設(shè)備的正常運(yùn)行。

6 結(jié)語(yǔ)

集控中心正式投入試運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了流域電站遠(yuǎn)程集中監(jiān)控，有利于提升深能水電公司的生產(chǎn)管理水平，統(tǒng)籌利用資源，優(yōu)化人力資源配置，形成精干高效的生產(chǎn)運(yùn)行隊(duì)伍，為打造一流水電開發(fā)公司奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)；有利于流域水庫(kù)優(yōu)化調(diào)度和電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，提高水能資源利用率，充分發(fā)揮流域綜合經(jīng)濟(jì)效益，確保流域梯級(jí)電站安全、優(yōu)質(zhì)、高效運(yùn)行。