段文華，束炳芳，俞鴻飛

（國網(wǎng)浙江省電力公司緊水灘水力發(fā)電廠，浙江 麗水 323000）

緊水灘電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

段文華，束炳芳，俞鴻飛

（國網(wǎng)浙江省電力公司緊水灘水力發(fā)電廠，浙江 麗水 323000）

介紹了緊水灘電廠梯調(diào)及緊站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，并著重闡述了梯調(diào)及緊站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造方案與具體實(shí)施的技術(shù)特點(diǎn)。

水電站；監(jiān)控系統(tǒng)；改造；方案設(shè)計(jì)

1 前言

緊水灘電廠總裝機(jī)容量385.8 MW，下轄緊水灘水電站（以下簡稱緊站）和石塘水電站（以下簡稱石站），其中緊站裝機(jī)6×50 MW，石站裝機(jī)3×28.6 MW，以擔(dān)任系統(tǒng)調(diào)峰、頂事故出力為主要任務(wù)。梯級調(diào)度（以下簡稱梯調(diào)）系統(tǒng)設(shè)在麗水，石站與麗水相距37 km，緊、石兩站相距25 km。麗水梯調(diào)對緊、石兩站進(jìn)行遠(yuǎn)方監(jiān)控以及流域梯級經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和優(yōu)化調(diào)度管理，調(diào)度信息上送浙江省調(diào)及麗水地調(diào)，并實(shí)時(shí)接收省調(diào)AGC、AVC指令。本次改造前，緊水灘電廠梯調(diào)運(yùn)用的是2005年建設(shè)的南瑞NC2000水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，緊站運(yùn)用的是2005年改造升級的水科院H9000水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，石站為2005年改造升級的南瑞NC2000水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。緊水灘電廠監(jiān)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備已運(yùn)行10多年，上位機(jī)服務(wù)器、工作站運(yùn)行性能下降，硬件故障的風(fēng)險(xiǎn)增大。緊、石站采用以GE 9030 PLC為核心的現(xiàn)地控制單元（LCU），連續(xù)運(yùn)行多年（PLC主體模件運(yùn)行超過17年），模件及自動(dòng)化元器件老化嚴(yán)重，故障發(fā)生率高，備品備件采購困難。

本次改造內(nèi)容為：麗水梯調(diào)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)（以下簡稱梯調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)）改造、緊站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)（以下簡稱緊站監(jiān)控系統(tǒng)）改造、石站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)（以下簡稱石站監(jiān)控系統(tǒng)）改造，電站LCU盤柜全部更換并逐步接入新系統(tǒng)。因設(shè)備改造周期長，過程中梯調(diào)、站調(diào)新老兩套監(jiān)控系統(tǒng)需同時(shí)運(yùn)行。鑒于此特點(diǎn)，如何在改造過程中與原系統(tǒng)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的無縫連接，最小程度的減少對電廠運(yùn)行的干擾和避免調(diào)度數(shù)據(jù)的中斷成為本次改造的重點(diǎn)。本文主要闡述梯調(diào)及緊站監(jiān)控系統(tǒng)的改造方案及具體實(shí)施。

2 梯調(diào)及緊站監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)及改造方案

2.1 梯調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及改造方案

梯調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)總體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。緊水灘電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用全分布式一體化的全廠集中監(jiān)控方案，梯調(diào)監(jiān)控計(jì)算機(jī)與電站上位機(jī)、電站上位機(jī)與現(xiàn)地控制單元之間的通信聯(lián)系采用冗余星型交換式1 000 Mb/s光纖以太網(wǎng)的方式。在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和硬件布置方面嚴(yán)格按照電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)“安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離、縱向認(rèn)證”的原則要求。梯調(diào)改造方案如下：

（1）在麗水梯調(diào)新建一套完整的H9000 v4.0計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)設(shè)備，具備數(shù)據(jù)采集，運(yùn)行操作，歷史數(shù)據(jù)存儲及查詢等完整功能。緊站、石站調(diào)度系統(tǒng)由麗水梯調(diào)統(tǒng)一管理。同時(shí)，承擔(dān)與電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)接口的任務(wù)：上送兩站生產(chǎn)信息至電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，接收電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)下達(dá)的AGC、AVC命令，轉(zhuǎn)發(fā)到電廠監(jiān)控系統(tǒng)。

（2）在梯調(diào)改造過程中，采用新、老系統(tǒng)并列、獨(dú)立運(yùn)行的方式，老系統(tǒng)繼續(xù)承擔(dān)緊站、石站未改造LCU的數(shù)據(jù)采集與控制，并實(shí)現(xiàn)緊站、石站與省/地調(diào)的數(shù)據(jù)通訊；新系統(tǒng)通過擴(kuò)大廠站的方式承擔(dān)石站和緊站已改造LCU的數(shù)據(jù)采集與控制。

（3）待緊站、石站監(jiān)控系統(tǒng)全部改造完成后，梯調(diào)新系統(tǒng)接管老系統(tǒng)承擔(dān)緊站、石站監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與控制，并實(shí)現(xiàn)緊站、石站與省/地調(diào)的數(shù)據(jù)通訊。

2.2 緊站監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及改造方案

緊站監(jiān)控系統(tǒng)總體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

緊站廠站層改造方案為：采用新老系統(tǒng)并列運(yùn)行的方式，首先完整搭建新系統(tǒng)上位機(jī)平臺，與原系統(tǒng)并列運(yùn)行。機(jī)組現(xiàn)地控制單元逐臺改造并接入新系統(tǒng)，由新系統(tǒng)監(jiān)控；未改造機(jī)組由原系統(tǒng)監(jiān)控。其中，著重把握的有以下幾點(diǎn)：①過渡期新系統(tǒng)需將已改造完成機(jī)組數(shù)據(jù)通過IEC104規(guī)約通信傳輸給原系統(tǒng)；②過渡期AGC/AVC等應(yīng)用仍在原系統(tǒng)上位機(jī)運(yùn)行，對已改造機(jī)組的指令通過新系統(tǒng)上位機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)；③過渡期電廠與省/地調(diào)通信的任務(wù)由原梯調(diào)系統(tǒng)承擔(dān)。

緊站現(xiàn)地層改造方案為：結(jié)合設(shè)備檢修將原LCU屏柜完全拆除，安裝新LCU屏柜，依次接入新上位機(jī)。新LCU改造后的特點(diǎn)：①LCU采用GE PAC RX3i系列PLC，CPU模塊選用IC695CPE330，通訊總線采用Profinet，安全性及可靠性顯著提高；②設(shè)備控制采用順控流程，PID調(diào)節(jié)采用ST編程，邏輯清晰方便監(jiān)視；③LCU利用通訊管理裝置以串口方式與廠內(nèi)勵(lì)磁裝置、調(diào)速器、溫度巡檢裝置、交流采樣裝置及保護(hù)裝置等外部設(shè)備進(jìn)行通信，安全可靠；④LCU設(shè)置單獨(dú)水機(jī)保護(hù)PLC，采用獨(dú)立于主PLC的交、直流工作電源，為機(jī)組提供水機(jī)事故冗余保護(hù)，安全性能提高。

圖1麗水梯調(diào)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

圖2緊水灘電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2.3 梯調(diào)及緊站監(jiān)控系統(tǒng)改造期間的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及過渡方案

梯調(diào)及緊站監(jiān)控系統(tǒng)改造期間的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示，梯調(diào)及緊站監(jiān)控系統(tǒng)改造期間的過渡方案如下：

（1）緊站新系統(tǒng)上位機(jī)平臺搭建。在緊站架設(shè)新系統(tǒng)的主機(jī)、操作員站、工程師站，搭建新系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)平臺，安裝上位機(jī)H9000 V4.0系統(tǒng)，配置主干網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。

（2）緊站新系統(tǒng)上位機(jī)平臺與原系統(tǒng)上位機(jī)互聯(lián)。將新系統(tǒng)語音報(bào)警/報(bào)表工作站、歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器作為過渡通訊機(jī)，接入新系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，兩塊網(wǎng)卡接入原系統(tǒng)主干網(wǎng)絡(luò)，在原系統(tǒng)兩臺通信服務(wù)器及新系統(tǒng)語音報(bào)警/報(bào)表工作站、歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器上分別部署IEC104主站及子站通信程序，實(shí)現(xiàn)新系統(tǒng)數(shù)據(jù)向原系統(tǒng)的上傳，以及原系統(tǒng)指令向新系統(tǒng)的下發(fā)。

（3）新系統(tǒng)主從互備。將舊系統(tǒng)兩臺通信服務(wù)器設(shè)定為互備通信主站，新系統(tǒng)將語音報(bào)警及報(bào)表工作站、歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器設(shè)定為互備通信從站，從而實(shí)現(xiàn)通信主、從站的冗余互備功能。

（4）緊站新系統(tǒng)接入梯調(diào)新系統(tǒng)。將緊站新系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與梯調(diào)新系統(tǒng)主干網(wǎng)直連；將梯調(diào)新系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集服務(wù)器配置為對緊站LCU主采集服務(wù)器，緊站側(cè)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器為后備，完成擴(kuò)大廠站功能。

（5）LCU改造接入。結(jié)合機(jī)組檢修逐臺改造現(xiàn)地LCU，LCU改造完畢后，除了需完成與新系統(tǒng)上位機(jī)平臺聯(lián)調(diào)外，還應(yīng)完成新系統(tǒng)對舊系統(tǒng)的過渡數(shù)據(jù)通訊以及AGC/AVC相關(guān)控制/調(diào)節(jié)功能。

（6）新系統(tǒng)與省/地調(diào)通訊調(diào)試。待緊站和石站LCU全部完成改造后，新系統(tǒng)接管老系統(tǒng)對緊、石站所有LCU單元實(shí)施數(shù)據(jù)采集和控制，并將完成新系統(tǒng)與省/地調(diào)通訊調(diào)試，將緊水灘電廠與省/地調(diào)通訊功能全部轉(zhuǎn)移到新系統(tǒng)上。

（7）新系統(tǒng)AGC/AVC試驗(yàn)。LCU改造完畢，省/地調(diào)業(yè)務(wù)倒換正常后，在新系統(tǒng)上進(jìn)行整體AGC/AVC試驗(yàn)。

（8）原系統(tǒng)設(shè)備全部退出運(yùn)行。

圖3緊水灘電站及梯調(diào)過渡期間計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 梯調(diào)及緊站監(jiān)控系統(tǒng)改造實(shí)施的技術(shù)特點(diǎn)

（1）計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)軟件采用基于UNIX/LINUX安全操作系統(tǒng)的監(jiān)控軟件，嚴(yán)格遵循電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)要求。

（2）計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用開放式分層、全分布的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)庫實(shí)行全分布管理方式。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)按網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為3層：梯調(diào)控制層、廠站控制層和現(xiàn)地控制層。設(shè)備分別布置在麗水梯調(diào)、緊水灘站調(diào)及各現(xiàn)地控制單元。

（3）在廠站監(jiān)控機(jī)房里面設(shè)置2套冗余的工業(yè)級網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，用以連接梯調(diào)、廠站控制級計(jì)算機(jī)設(shè)備以及各現(xiàn)地控制級LCU，保證數(shù)據(jù)在1 000 M冗余雙星型網(wǎng)絡(luò)中高效、快速通訊。 每個(gè)交換機(jī)上配置千兆RJ45電口，用于連接系統(tǒng)中主要工作站及系統(tǒng)中各服務(wù)器；千兆光口用于連接系統(tǒng)中各現(xiàn)地LCU及梯調(diào)。

（4）監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備按雙網(wǎng)雙電源配置?，F(xiàn)地控制單元內(nèi)的PLC選用高性能、高可靠性的國際主流品牌產(chǎn)品，由冗余電源供電，保證系統(tǒng)可靠性。

（5）在梯調(diào)監(jiān)控機(jī)房設(shè)置2套冗余的工業(yè)級網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，用于梯調(diào)各服務(wù)器/工作站、調(diào)度通訊以及電站級網(wǎng)絡(luò)間數(shù)據(jù)交互。設(shè)置2套冗余路由器、接入交換機(jī)，經(jīng)縱向加密認(rèn)證裝置連接省調(diào)接入網(wǎng)、地調(diào)接入網(wǎng)，完成緊站、石站生產(chǎn)控制大區(qū)信息業(yè)務(wù)傳輸。

（6）調(diào)度自動(dòng)化信息采用一體化模式。基于同一平臺，通過光纖網(wǎng)絡(luò)從梯調(diào)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器直接對緊站現(xiàn)地控制單元采集數(shù)據(jù)信息，經(jīng)骨干網(wǎng)交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，梯調(diào)通過通訊服務(wù)器將信號傳送至省調(diào)和地調(diào)，完成調(diào)度對緊站的綜合監(jiān)控功能，并能有效滿足數(shù)據(jù)上送實(shí)時(shí)性要求。

4 改造過程中典型問題及解決

4.1 新舊系統(tǒng)時(shí)鐘一致性問題

在機(jī)組LCU改造調(diào)試過程中，遇到了從舊系統(tǒng)向新系統(tǒng)下達(dá)AGC/AVC調(diào)節(jié)指令時(shí)，新系統(tǒng)收到指令但不執(zhí)行的情況。通過檢查發(fā)現(xiàn)，過渡通訊服務(wù)器的同步時(shí)鐘對時(shí)進(jìn)程中斷，新老系統(tǒng)的時(shí)鐘不一致，造成新系統(tǒng)下發(fā)的AGC/AVC調(diào)節(jié)指令校驗(yàn)無效，沒有執(zhí)行。通過升級過渡通訊服務(wù)器對時(shí)程序，保持新老系統(tǒng)時(shí)鐘同步，解決了問題。

4.2 數(shù)據(jù)采集站主從站間頻繁切換問題

緊水灘電廠監(jiān)控系統(tǒng)采用的是擴(kuò)大廠站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方式，在梯調(diào)和廠站端各有兩個(gè)數(shù)據(jù)采集站，正常情況下數(shù)據(jù)采集主站在梯調(diào)，當(dāng)廠站數(shù)據(jù)采集站判斷梯調(diào)兩個(gè)數(shù)據(jù)采集站都故障或站調(diào)與梯調(diào)網(wǎng)絡(luò)全部中斷時(shí)，數(shù)據(jù)采集功能從梯調(diào)切到站調(diào)。在改造調(diào)試過程中出現(xiàn)梯調(diào)數(shù)據(jù)采集站與站調(diào)數(shù)據(jù)采集站權(quán)限頻繁切換問題。經(jīng)檢查此現(xiàn)象主要與網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)診斷相關(guān)，當(dāng)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器檢測網(wǎng)絡(luò)通道全斷時(shí)，就會進(jìn)行備用系統(tǒng)切換，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)恢復(fù)又切回默認(rèn)主采。通過優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)診斷邏輯，明確網(wǎng)絡(luò)實(shí)際狀態(tài)判斷，有效避免了服務(wù)器異常切換問題。

5 結(jié)語

緊水灘電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造從2016年初開始實(shí)施，截至目前，機(jī)組部分已基本改造完成投運(yùn)，從運(yùn)行情況來看，升級改造的方案是成功的，改造后的系統(tǒng)可靠性大大增強(qiáng)。過渡通信方案的實(shí)施也保證了調(diào)度數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性，可有效減少聯(lián)調(diào)次數(shù)。另一方面，由于采用過渡通信方案也增加了網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)沫h(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)傳輸過程中相應(yīng)的產(chǎn)生了一定的時(shí)間延遲。但隨著電廠技術(shù)改造的不斷推進(jìn)和后續(xù)完善，這些問題都將逐一解決，從而進(jìn)一步提高計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性和可用性。同時(shí)也希望本次電站監(jiān)控系統(tǒng)的改造方法和經(jīng)驗(yàn)可以得到同行的借鑒與交流。

[1]DL/T 5065—2009水力發(fā)電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

TV736

B

1672-5387（2017）11-0039-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.11.015

2017-08-30

段文華（1978-），男，高級工程師，從事水電廠自動(dòng)化技術(shù)管理工作。