◎劉靚

基于水電廠自動化運行的背景下，大量先進設(shè)備與儀器等被應(yīng)用，給計算機監(jiān)控系統(tǒng)運行帶來挑戰(zhàn)，部分水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)功能落后，難以達到安全穩(wěn)定運行要求，要進行系統(tǒng)改造升級。現(xiàn)結(jié)合馬跡塘水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造案例，進行系統(tǒng)改造的分析，總結(jié)改造經(jīng)驗，共享給相關(guān)人員參考借鑒。

水電廠的安全穩(wěn)定運行，對保障電力供應(yīng)有著巨大影響。近年來，建設(shè)的水電廠配套了高性能機組監(jiān)控系統(tǒng)與開關(guān)站控制系統(tǒng)等，實現(xiàn)對機組與設(shè)備運行的動態(tài)實時化監(jiān)控，保障系統(tǒng)安全運行。引入了開放化與模塊化設(shè)計，優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)滿足監(jiān)控需求。隨著機組改造與系統(tǒng)升級，馬跡塘水電廠原有的計算機監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)無法達到監(jiān)控需求，因此提出進行改造。

一、水電廠基本情況概述

馬跡塘水電廠為低水頭貫流式機組水電廠，配置了3臺水輪發(fā)電機組，單機容量為18.5MW。采用的計算機監(jiān)控系統(tǒng)，經(jīng)過了多次改造后，采用全開放式分層分布式以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。從計算機監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀分析，存在著以下問題：1.系統(tǒng)功能不完善。設(shè)計廠用配電系統(tǒng)與公用系統(tǒng)未設(shè)置獨立的計算機監(jiān)控單元，選擇將其整合到開關(guān)站監(jiān)控單元，按照方案設(shè)計預(yù)留測點與通道。系統(tǒng)應(yīng)用中若產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)癱瘓中斷事故，則會造成計算機監(jiān)控系統(tǒng)喪失功能。2.主設(shè)備老化，備品備件的采購周期長。系統(tǒng)運行中上位機操作員A站頻繁發(fā)生宕機脫網(wǎng)故障，影響著監(jiān)控功能的實現(xiàn)。系統(tǒng)主要設(shè)備老化問題突出，若采購備品備件需要較長的時間，影響著當(dāng)前的系統(tǒng)功能發(fā)揮。3.監(jiān)控系統(tǒng)事件處理能力不強。若發(fā)生系統(tǒng)故障，計算機面臨大量報警同時顯示的局面，監(jiān)控系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集與處理以及通信環(huán)節(jié)存在薄弱點，例如上位機采集SOE量數(shù)據(jù)不完整，難以提供可靠的事故診斷依據(jù)。4.系統(tǒng)故障頻發(fā)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)通信處于正常狀態(tài)，系統(tǒng)上位機發(fā)布指令后，機組LCU難以快速反應(yīng)，要經(jīng)過重新啟動電源或者其他方式才能夠有效處理，影響著系統(tǒng)的運行效益。上述問題的存在，影響著機組的運行，因此需要進行改造。

二、計算機監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

1.硬件構(gòu)成。此水電廠監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計為全開放式分層分布式結(jié)構(gòu)，主要分為上位機與LCU部分。其中，上位機系統(tǒng)的可靠性較高，實用的軟硬件與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等的安全可靠性較強。同時采用了分布處理技術(shù)與冗余技術(shù)，對于關(guān)鍵部位進行冗余配置，形成互為備用的效果。上位機配置了工程師站、操作員站以及調(diào)度通信工作站等。機組LCU與開關(guān)站以及公用LCU，采取的時PLC直接上網(wǎng)技術(shù)，具有較強的可靠性。LCU選擇的是RX3i產(chǎn)品，CPU型號為IC695CPU320；系統(tǒng)的PLC電源，采取的時雙電源模塊冗余供電方案。

2.軟件的構(gòu)成。基于保障系統(tǒng)安全性與穩(wěn)定性的目的，計算機監(jiān)控系統(tǒng)的操作員站系統(tǒng)，選用的是Solaris操作系統(tǒng)。其具有性能可靠以及安全性強等優(yōu)勢，能夠滿足系統(tǒng)應(yīng)用的要求。系統(tǒng)的工程師站與通訊工作站，配套Windows操作系統(tǒng)。

3.網(wǎng)絡(luò)通信構(gòu)成。按照設(shè)計方案，對于監(jiān)控系統(tǒng)的主干網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計為多模光纖雙以太網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu)。實際應(yīng)用時，上位機檢測到故障之后，能夠自動切換備用網(wǎng)絡(luò)，保證水電廠運行信息傳輸?shù)挠行?。設(shè)備交換機之間使用的通訊線，選擇高質(zhì)量屏蔽雙絞線介質(zhì)進行連接。對于監(jiān)控系統(tǒng)和公用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，采用的是Modbus協(xié)議，支持RS485接口。系統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)和外部信息系統(tǒng)接口，采用的是IEC80670-5-104協(xié)議，并且支持TCP/IP接口。

三、計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造內(nèi)容

此水電廠監(jiān)控系統(tǒng)改造，主要圍繞更換設(shè)備與機房整改等內(nèi)容開展，具體情況如下：

1.基建工程改造。原來的系統(tǒng)上位機運行多年，不僅機房設(shè)施陳舊落后，而且控制臺結(jié)構(gòu)不牢固，難以保障計算機監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定運行。基于此，提出基建工程改造，整個監(jiān)控機房敷設(shè)防靜電地板，規(guī)格為3.5m×5m，并且制作高鐵架，將控制柜采取焊接的手段固定在其上面。按照設(shè)計機房里接地網(wǎng)和開關(guān)站接地網(wǎng)進行聯(lián)接，并且完善金屬屏蔽網(wǎng)，實現(xiàn)防止外部無線通信信號的干擾，使得監(jiān)控系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運行。改造工程中使用了新控制臺，滿足不同應(yīng)用場景的需求。

2.上位機改造。對上位機系統(tǒng)實施改造，要求保證2套監(jiān)控系統(tǒng)能夠平滑過渡，這需要圍繞設(shè)備布局與線路設(shè)計做好把控，確保改造后監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定運行。按照設(shè)計選擇機房地板鐵架位置安裝機柜，配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，例如以太網(wǎng)交換機等，同時將原來的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備，轉(zhuǎn)移到到機柜，例如遠東電力調(diào)制解調(diào)器等。按照設(shè)計的方案，落實此部分的改造施工。對于機房控制臺進行改造，重新設(shè)置工程師站與通訊工作站等；選擇中控室控制臺位置，設(shè)置2臺操作員站與語音報警報表工作站等，配套相應(yīng)的設(shè)備。施工作業(yè)中，進行各個主機工作站的安裝調(diào)試，保證上位機系統(tǒng)改造的質(zhì)量與效果。此次改造，考慮到冗余容量，配套了2套電力專用UPS電源，形成1+1模塊式冗余并機系統(tǒng)，同時每臺USP設(shè)計了獨立運行的旁路系統(tǒng)。

3.下位機改造。此次改造中LUC部分，為保證現(xiàn)地控制柜的外觀一致，維持原來的屏柜不懂，將柜內(nèi)的設(shè)備和接線拆除，進行布局設(shè)計，使得設(shè)備元件被整合到柜內(nèi)。施工作業(yè)中進行設(shè)備上架與設(shè)備接配線，比如電源與觸摸屏等，并且編寫了控制程序。對于110KV系統(tǒng)主設(shè)備改造，考慮到保證高壓開關(guān)設(shè)備穩(wěn)定運行，設(shè)計了開關(guān)站和公用LCU，選擇繼電保護室南瑞開關(guān)站LCU屏柜位置，重新設(shè)置系統(tǒng)，配置三個屏柜與相應(yīng)的設(shè)備，按照停電計劃安排具體的設(shè)備運行。規(guī)劃公用系統(tǒng)接入計算機監(jiān)控系統(tǒng)使用Modbus RTU通訊規(guī)約，選擇開關(guān)站與公用LCU位置設(shè)置UC7410通信機，支持系統(tǒng)接入。

四、系統(tǒng)平滑過渡

由于系統(tǒng)改造前后使用計算機監(jiān)控系統(tǒng)存在很大差異，因此會出現(xiàn)不同現(xiàn)地控制單元的監(jiān)視與控制情況，因此要做好系統(tǒng)平滑過渡。此次改造實踐中，采用的平滑過渡方案如下：選擇改造任務(wù)完成前，2套計算機監(jiān)控系統(tǒng)并列運行，分別負責(zé)不同的現(xiàn)地控制單元，后期逐漸將原來的系統(tǒng)監(jiān)控權(quán)限轉(zhuǎn)移給新監(jiān)控系統(tǒng)。采取此平滑過渡方案，能夠有效減少交互環(huán)節(jié)。在更換中控室控制臺之后，2套系統(tǒng)并列放置在監(jiān)盤位置的兩側(cè)，改造期間遠程集中控制為監(jiān)視模式，由電廠負責(zé)，當(dāng)完成改造與調(diào)試后改為試運行模式。

結(jié)語：綜上所述，計算機監(jiān)控系統(tǒng)在保障水電廠安全穩(wěn)定運行方面，占據(jù)著重要的地位。文中結(jié)合改造實例，分析了系統(tǒng)存在的運行問題，總結(jié)改造經(jīng)驗。為保障計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造的質(zhì)量與效果，要做好全面有力的把控。