摘要：針對(duì)響蓄電站監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過多年運(yùn)行出現(xiàn)的缺陷，結(jié)合對(duì)水電廠現(xiàn)代化管理的系統(tǒng)要求，提出對(duì)現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)以保持本身具備的基本功能為基礎(chǔ)，在性能穩(wěn)定和功能擴(kuò)展上的改造設(shè)想。

關(guān)鍵詞：監(jiān)控系統(tǒng)；改造；設(shè)想

作者簡(jiǎn)介：趙宋萍（1978-），女，安徽蚌埠人，響洪甸水電站發(fā)電設(shè)備檢修公司，助理工程師。（安徽 金寨 237335）

中圖分類號(hào)：TM622 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）15-0251-02

響洪甸抽水蓄能電站是2000年投產(chǎn)的安徽省內(nèi)第一座抽水蓄能電站，裝機(jī)容量2×40MW。該站的監(jiān)控系統(tǒng)采用南瑞自控公司1997年開發(fā)研制并首次應(yīng)用于國(guó)產(chǎn)蓄能機(jī)組的SSJ-3000型計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。隨著現(xiàn)代化電網(wǎng)的發(fā)展要求，現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)在日常運(yùn)行中暴露出的性能不穩(wěn)、功能不完善等問題需要對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)換代和技術(shù)改造。改造的方向應(yīng)該既著眼于系統(tǒng)性能可靠性的大幅度提高，又要緊跟現(xiàn)代化水電廠管理的發(fā)展步伐進(jìn)行功能性完善和擴(kuò)充，以適應(yīng)未來“無人值班”、“狀態(tài)檢修”等新管理理念的需求。

一、現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)狀和存在的問題

1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

現(xiàn)有計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用全分布開放式結(jié)構(gòu)，分設(shè)主控級(jí)和現(xiàn)地單元控制級(jí)。[1]主控級(jí)為多機(jī)布置，2臺(tái)廠級(jí)計(jì)算機(jī)兼操作站，并互為冗余熱備用，另設(shè)一臺(tái)工程師工作站供培訓(xùn)和軟件維護(hù)調(diào)試用?，F(xiàn)地控制級(jí)分別為四套LCU，供兩臺(tái)發(fā)變組（1LCU、2LCU）、地下廠房公用設(shè)備（3LCU）、中控樓和220KV開關(guān)站公用設(shè)備（4LCU）操作監(jiān)視，其中1、2LCU之間和3、4LCU之間分別互為冗余。主控機(jī)、工控機(jī)、工程師工作站以及通信機(jī)通過以太網(wǎng)相連，利用各種軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)量的采集處理和檢測(cè)，對(duì)設(shè)備的狀況提供監(jiān)視、報(bào)警，負(fù)責(zé)機(jī)組各種工況轉(zhuǎn)換的流程控制及監(jiān)視，進(jìn)行自動(dòng)有功、無功調(diào)節(jié)，顯示和記錄有關(guān)數(shù)據(jù)、報(bào)表。

2.存在的問題

機(jī)組自動(dòng)啟停操作中出現(xiàn)過多次因死機(jī)導(dǎo)致的開停機(jī)不成功現(xiàn)象；輔助設(shè)備控制監(jiān)視信息不全面；缺少必要的備品備件；廠內(nèi)勵(lì)磁、調(diào)速器等裝置更換后出現(xiàn)的配合不協(xié)調(diào)；沒有考慮機(jī)組黑啟動(dòng)流程；缺乏足夠的數(shù)據(jù)量記憶功能；部分流程程序考慮得過于復(fù)雜；缺乏現(xiàn)代化電廠必需的相關(guān)自動(dòng)化功能。

二、系統(tǒng)技術(shù)改造的探討

對(duì)現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)的改造應(yīng)以現(xiàn)有的外部數(shù)據(jù)量和控制信號(hào)輸入輸出為基礎(chǔ)，著力于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的更新升級(jí)、功能的豐富與擴(kuò)展、現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)條件的完善三個(gè)方面的技術(shù)改造。

1.基于對(duì)象技術(shù)的分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的高速發(fā)展，軟件技術(shù)已發(fā)展到了除遵循開放系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)以外還應(yīng)遵循面向?qū)ο蠹夹g(shù)的標(biāo)準(zhǔn)。從系統(tǒng)設(shè)計(jì)、編程語(yǔ)言選擇到用戶界面等一系列過程都依據(jù)面向?qū)ο蟮募夹g(shù)，給用戶帶來使用和維護(hù)上的極大方便。可以實(shí)現(xiàn)集設(shè)備控制與調(diào)節(jié)、生產(chǎn)運(yùn)行管理系統(tǒng)、友好的圖形界面、報(bào)警系統(tǒng)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)等功能為一體的具有強(qiáng)大功能的監(jiān)控系統(tǒng)。因此采用面向?qū)ο蟮姆植际较到y(tǒng)結(jié)構(gòu)和高速以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是本監(jiān)控系統(tǒng)改造的首選。

2.提高系統(tǒng)可靠性的冗余方式

為了提高監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)采用多種在線冗余的方法，保證主要設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（1）電源冗余方式。監(jiān)控系統(tǒng)的電源部分主要包括對(duì)主機(jī)、現(xiàn)地控制器CPU、I/O模塊等設(shè)備的供電。這些設(shè)備的電源故障會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)工作中斷，造成重大后果。因此在電源設(shè)計(jì)上要考慮保證電源具有足夠的容量和提高電源工作的可靠性。主要是采用雙回路供電，分別取自廠用電分段400V母線和廠用交流逆變電源。正常工作時(shí)兩路互為備用，主電源故障時(shí)自動(dòng)切換至備用電源。切換裝置使用模塊化電源切換裝置或使用接觸器切換裝置串接UPS的方式，確保運(yùn)行機(jī)組不失控。現(xiàn)地控制單元中的直流電源采用雙路供電，分別供給互為備用的CPU，實(shí)現(xiàn)主控機(jī)、采集控制PLC及I/O模塊的冗余供電方式。

（2）主控級(jí)及現(xiàn)地控制設(shè)備的冗余方式。主控級(jí)采用2臺(tái)操作員工作站，主從冗余配置，主機(jī)故障時(shí)從機(jī)自動(dòng)投入工作。現(xiàn)地控制模塊采用N+1冗余方式，4臺(tái)LCU為主用控制模塊，負(fù)責(zé)2臺(tái)機(jī)組、地下廠房公用、中控樓及220kV開關(guān)站的操作監(jiān)視，1臺(tái)為備用控制模塊。4個(gè)LCU中任一臺(tái)出現(xiàn)故障能立即自動(dòng)切換到備用控制模塊，并發(fā)出故障信號(hào)。這樣可以解決在開停機(jī)和繁忙操作過程中出現(xiàn)的死機(jī)等故障。

3.系統(tǒng)的功能擴(kuò)展

（1）歷史數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。歷史數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是監(jiān)控系統(tǒng)的一部分，通過軟件對(duì)歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)處理，提供現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)、故障、事故的歷史數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)報(bào)表和曲線等記錄。[2]其中的事故追憶保存、事故重演以及報(bào)表和統(tǒng)計(jì)記錄的直觀查詢界面給事故的事后分析帶來極大方便。當(dāng)事故發(fā)生時(shí)，在數(shù)據(jù)庫(kù)中自動(dòng)保存事故追憶記錄，進(jìn)行事故查詢時(shí)可實(shí)現(xiàn)事故重演、播放，彌補(bǔ)機(jī)組保護(hù)缺少故障錄波裝置的不足，方便地進(jìn)行事故分析。存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)種類主要包括：模擬量和數(shù)字量記錄、越復(fù)限統(tǒng)計(jì)、開關(guān)量動(dòng)作及復(fù)歸統(tǒng)計(jì)、電度量記錄及統(tǒng)計(jì)等，根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)功能要求應(yīng)具備存儲(chǔ)容量足夠，信息種類齊全，查詢界面友好，查詢手段豐富，并能自動(dòng)進(jìn)行存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的維護(hù)清理。

（2）機(jī)組黑啟動(dòng)功能。黑啟動(dòng)就是在220kV線路失電和400V廠用電完全消失的情況下，利用廠內(nèi)直流220V和交流220V逆變電源裝置迅速完成機(jī)組的自啟動(dòng)，并給220kV輸電線路充電，然后帶動(dòng)另一臺(tái)機(jī)組啟動(dòng)帶載運(yùn)行。由于當(dāng)初電站設(shè)計(jì)中沒有考慮黑啟動(dòng)運(yùn)行方式，必需對(duì)監(jiān)控、勵(lì)磁、調(diào)速器各系統(tǒng)進(jìn)行必要的改造和完善，保證機(jī)組一次性黑啟動(dòng)成功。

1）影響黑啟動(dòng)成功的關(guān)鍵因素。調(diào)速系統(tǒng)將機(jī)組零轉(zhuǎn)速升至額定轉(zhuǎn)速過程，調(diào)速系統(tǒng)油壓下降過快可能導(dǎo)致機(jī)組調(diào)節(jié)失敗。機(jī)組高壓減載泵在廠用電消失后能夠正常工作。通過廠內(nèi)逆變電源系統(tǒng)將蓄電池直流電源轉(zhuǎn)換為交流電源帶動(dòng)減載泵運(yùn)行，要求蓄電池容量能夠維持足夠的工作時(shí)間，逆變電源逆變性能良好且?guī)лd能力強(qiáng)。機(jī)組蝶閥油壓應(yīng)能保證失電狀態(tài)下成功開啟蝶閥。

2）由于線路為容性負(fù)載，在獨(dú)立充電過程中出現(xiàn)電壓上升現(xiàn)象，必需降低機(jī)組的出口電壓，可能會(huì)突破勵(lì)磁的低勵(lì)限制參數(shù)，因此要在試驗(yàn)中修改機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)的低勵(lì)限制值，避免充電時(shí)引起線路過電壓保護(hù)動(dòng)作導(dǎo)致啟動(dòng)失敗。勵(lì)磁建壓時(shí)要進(jìn)行轉(zhuǎn)子線圈充磁操作，確保勵(lì)磁在自并勵(lì)狀態(tài)建壓成功。

3）調(diào)速器系統(tǒng)在機(jī)組出口開關(guān)及220kV線路開關(guān)合閘后應(yīng)維持在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)工作方式，以滿足系統(tǒng)穩(wěn)定和負(fù)荷變化要求。帶部分有功負(fù)荷時(shí)應(yīng)能滿足開度調(diào)節(jié)動(dòng)作不被限制。

4）黑啟動(dòng)流程。監(jiān)控發(fā)出一臺(tái)機(jī)組黑啟動(dòng)命令后，檢查機(jī)組出口、變極、換相開關(guān)及220KV刀閘已合，控制設(shè)備電源正常等啟動(dòng)條件具備，置“黑啟動(dòng)發(fā)電”態(tài)；開蝶閥，送冷卻水、投高壓減載泵；機(jī)組升速、建壓至額定值并穩(wěn)定；機(jī)組減磁降壓至適當(dāng)值后發(fā)“220kV開關(guān)合閘”命令；對(duì)線路充電穩(wěn)定后調(diào)整機(jī)組及線路電壓穩(wěn)定在額定值要求范圍內(nèi)；恢復(fù)廠用電系統(tǒng)供電，進(jìn)入正常發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)。

（3）設(shè)備“狀態(tài)檢修系統(tǒng)”接口預(yù)留。設(shè)備狀態(tài)檢修是以設(shè)備的實(shí)際狀態(tài)為基礎(chǔ)，使用新技術(shù)、新儀器，提高狀態(tài)監(jiān)測(cè)水平，準(zhǔn)確判斷設(shè)備的狀態(tài)和劣化程度，不僅能保證設(shè)備經(jīng)常處于完好狀態(tài)，且延長(zhǎng)設(shè)備壽命，比定檢更先進(jìn)、更科學(xué)。[3]狀態(tài)檢修系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)的有機(jī)集成可形成互補(bǔ)優(yōu)勢(shì)，因此利用現(xiàn)有監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)為將來“狀態(tài)檢修系統(tǒng)”預(yù)留接口，將機(jī)組的在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和現(xiàn)有的遙測(cè)、遙信數(shù)據(jù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)信息共享，減少重復(fù)投資，對(duì)企業(yè)科學(xué)管理具有重要意義。

（4）在線尋呼On-Call系統(tǒng)。On-Call系統(tǒng)以監(jiān)控自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)為基礎(chǔ)，保證值班維護(hù)人員和有關(guān)負(fù)責(zé)人在發(fā)生事故、故障時(shí)立即收到事故信息，緊急進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行事故、故障搶修和恢復(fù)生產(chǎn)的自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，利用移動(dòng)公用信息網(wǎng)實(shí)現(xiàn)將事先定制的對(duì)應(yīng)的各種故障情況的報(bào)警信息以手機(jī)中文短信的形式自動(dòng)傳遞至相應(yīng)級(jí)別的On-Call人員手機(jī)上，使處理人員及時(shí)了解具體情況，迅速進(jìn)行處理安排和工作準(zhǔn)備。這對(duì)電站在實(shí)行“無人值班，少人值守”模式下的安全運(yùn)行是必不可少的。

4.現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)條件完善

（1）機(jī)組勵(lì)磁、調(diào)速裝置及部分公用設(shè)備經(jīng)過更新后，與現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)的開關(guān)輸入、輸出量出現(xiàn)一些描述信息不對(duì)應(yīng)現(xiàn)象，導(dǎo)致運(yùn)行人員的誤判，不能快速、準(zhǔn)確地了解故障原因，影響對(duì)故障的查找和處理。在改造中需要改正、補(bǔ)充故障信息。

（2）廠用電備自投裝置長(zhǎng)期不能投入正常運(yùn)行，需要在改造過程中解決，確保廠用電系統(tǒng)的安全運(yùn)行。經(jīng)過改造后的新增廠用電系統(tǒng)缺少與監(jiān)控的接口，不能自動(dòng)工作。

（3）部分二次電纜在2000年10月的水淹廠房事故中進(jìn)水，絕緣下降，抗干擾能力差，需要在改造中檢查更換。

（4）智能操作票系統(tǒng)不工作，要補(bǔ)充完備，以利于生產(chǎn)運(yùn)行管理。

三、改造方案的實(shí)施

為了讓新系統(tǒng)盡快發(fā)揮作用，解決好新老監(jiān)控系統(tǒng)的安全過渡問題，在改造實(shí)施上應(yīng)一次性完成新老系統(tǒng)的切換和調(diào)試。實(shí)施前全面進(jìn)行外圍系統(tǒng)的技術(shù)統(tǒng)計(jì)和記錄，確保準(zhǔn)確無誤；實(shí)施過程中做好過渡階段的設(shè)備巡檢管理工作，防止危及設(shè)備安全的事故發(fā)生。

四、結(jié)語(yǔ)

對(duì)響蓄電站監(jiān)控改造工作僅僅從以上方面進(jìn)行設(shè)想，并沒有涉及具體的改造細(xì)節(jié)，也沒有考慮各監(jiān)控廠家產(chǎn)品的定型功能及性價(jià)比等因素?？傊O(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)電廠的心臟，性能優(yōu)越和功能全面是基本要求，同時(shí)還要具備持續(xù)改進(jìn)升級(jí)的軟硬件基礎(chǔ)。改造要符合現(xiàn)場(chǎng)、符合需求，最終目的是確保各種工況下開停機(jī)成功率和設(shè)備的安全優(yōu)質(zhì)運(yùn)行。

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（責(zé)任編輯：王祝萍）