凌津滩水电厂计算机监控系统改造

邓盛名，王 翔，韩 勇

(五凌电力有限公司凌津滩水电厂，湖南 桃源 415700)

凌津滩水电厂计算机监控系统改造

邓盛名，王 翔，韩 勇

(五凌电力有限公司凌津滩水电厂，湖南 桃源 415700)

说明了凌津滩水电厂计算机监控系统改造的必要性，论证了国外系统部分改成国产系统的可行性，并就改造过程中新旧两套系统同时运行，如何考虑安全、操作人员如何运行，如何实现平滑过渡等问题进行了阐述。

计算机监控系统；H 9000V 4.0；改造

凌津滩水电厂位于湖南省桃源县境内，位于沅水流域干流，上距五强溪电厂47.5km，下距桃源县城40km，距常德市80km，是沅水流域最后一个梯级电站，装机总容量为270MW（9×30MW），为灯泡贯流式机组。其计算机监控系统是从法国ALSTOM公司通过国际招标引进的，本系统于1998年正式投产，具有凌津滩水电厂270MW的发、变、输电设备全自动化监视、控制与调度操作的功能，采用开放式、分层分布式的系统结构，主控级采用总线型双以太网络方式，用两台互为备用的SUN公司64位SUN Ultra Sparc 1服务器作主机，用32位SUNUltra Sparc 5作为工作站操作员站，操作系统采用SUN公司的Solaris2.5.1网络操作系统。现地控制单元LCU采用法国ALSTOM公司从美国GE公司引进技术生产的可编程逻辑控制器PLC（Programmer Logic Contraller）——GE PLC90-30，所有LCU之间，LCU与主控级之间均采用双Fip网络通讯方式。整个系统包括设计到投产至今已运行10余年，主机设备和网络设备都已处于淘汰和老化的境地，备品备件难于购置，设备故障频发，严重影响监控系统的安全稳定运行。

1 改造必要性

计算机设备的设计寿命一般在5～8年，超过年限，设备的稳定性将大幅下降，故障率升高。而这样过了寿命的设备用在发电机组的控制上是很危险的。再加上国外系统在设计理念、操作习惯、后期服务方面都存弊端，凌津滩水电厂的计算机监控系统国产化改造势在必行。

1.1 主设备老化现象明显，上位机主设备目前已属淘汰产品

上位机运行值班员工作站（CVS）频繁出现宕机、脱网现象，此现象发生的次数自2004年以来逐年呈上升趋势，仅2005年上半年就出现了5次之多，严重影响了运行值班人员对发电机组设备的监视与控制。如果两台运行值班员工作站同时出现故障，所有运行机组将完全失控。此外，由于硬件问题工程师站（CCC）HDSR应用意外终止现象也屡次发生，致使运行值班人员无法进行历史事件记录查询，维护人员无法对设备出现的问题做出正确的分析判断。上位机与下位机进行数据交换与处理的主计算机（CIS）也曾多次出现宕机现象，这种故障可以发展到整个上位机系统瘫痪，全部机组及开关、刀闸将失去控制，后果不堪设想。

1.2 上位机系统网络结构已经落后

目前随着调度数据网络的建设，监控系统与外界数据连接扩展，对二次防护提出了很高的要求。由于目前我厂监控系统网络结构问题，二次安全防护要求的入侵检测系统IDS设备无法正常接入上位机网络，病毒及网络入侵将无法被系统检测到，从而使上位机系统失去了安全保障，网络安全问题严峻，最严重的后果可导致整个上位机系统瘫痪。

1.3 整个上位机的备份仅限于基本的LOG、HDSR数据备份，无系统级备份

系统的灾难性恢复功能没有实现，这就意味着任何一个工作站的一个系统级故障将导致整个工作站的瘫痪乃至整个上位机系统的瘫痪。

1.4 上位机系统软件可扩展、可维护性差

特别是下位机有改动时，上位机相应的配置增加、修改等操作均无法进行。报表的重新定义也是一大难题。

管理接口单一，如有出错只能看到系统级错误，维护变成了简单的重启恢复初始操作；并且系统依赖原有配置，容错能力差，稍做维护性修改，可能导致系统无法启动或者运行异常。

1.5 上位机系统人机接口设备通用性差

原有鼠标、键盘的设备均为厂家成套供应，其他产品无法替代。由于人机接口设备老化，其灵敏度大大降低，从而给运行值班人员的操作带来极大不便。为了维持系统的运行，只有将使用频率较低的通讯工作站的人机接口设备拿来替代。

1.6 国外厂家售后服务差

凌厂计算机监控系统由原法国CEGELEC公司成套供应，后CEGELEC被法国ALSTOM兼并，存在技术交接的问题，部分问题ALSTOM也无法提出解决方案。厂家支持服务差，且费用十分昂贵，仅简单修改一个报警点就需几万元。

1.7 部分设计不完善

公用LCU逻辑设计不完善，对公用系统的远方控制功能未能实现，400V厂用电系统等的操作均需运行人员到现场手动操作，增加了运行人员的工作强度。

诸如以上原因，为了保证监控系统的继续稳定运行，确保全厂设备安全稳定运行，必须根据现有技术及产品对监控系统进行系统升级改造。

2 系统选型

为了解决监控系统存在的诸多难点问题，相关专业人员精心研究策划，在完成多次调研工作后制定如下改造思路。本次改造的原则是消除计算机监控系统的安全隐患，在确保改造成功的前提下，尽量节省投资。

2.1 合理搭配的上位机操作系统

Windows操作系统具备如下特点：工具软件、应用软件支持厂商较多；价格较低，技术更新快，计算机管理成本较低，支持多处理机和集群功能，支持强大服务器的能力不如UNIX，安全性较低。

UNIX操作系统的特点：在国际上作为大型服务器操作系统的首选，性能可靠，安全性等级较高，可高于美国国家C2级标准，处理能力强，支持多处理机和集群功能，价格较贵，工具软件的支持厂商比Windows少很多。

Linux操作系统的特点：开放源代码，可自主定制、消除某些刻意的安全后门，价格很低，支持多处理机和集群功能，处理复杂任务的有效性有待考验。

对比以上三个操作系统以及它们在其他电厂的应用可知，UNIX和Windows操作系统都是可以选用的，从安全、稳定、可靠方面考虑，监控系统主机服务器、操作员工作站选用UNIX操作系统。从价格及应用软件支持方面考虑，工程师站、通讯工作站选用Windows操作系统。

2.2 高性能SPARC处理器的主机服务器

由于凌津滩水电机组台数多，数据量大，可靠性和实时性要求高，应选择运行可靠的、速度高的电厂级服务器。考虑数据库服务器和历史数据服务器采用64位RISC多CPU服务器，并采用集群方式运行。

目前在国内电力系统自动化中广泛采用的64位的服务器有SUN公司SunFire V系列服务器和COMPAQ公司（现为新HP公司）的DS系列、ES系列服务器，考虑到COMPAQ公司已停止了服务器、工作站、包括ALPHA CPU的开发、研制、生产，可能影响其售后及产品升级服务。而SUN公司对其SPARC处理器的生产、研发仍一如既往，综合考虑我们选用SUN公司的SunFire V系列服务器。

2.3 简单、实用的GE90-30系列PLC

我们对Schneider Quantum、GE 90-30两种PLC从产品推出时间、100M网络冗余、CPU冗余、现地I/O网冗余、对外通讯等多方面进行比较。其中Quantum是1994年推出的产品，在技术和性能上更为优越。易于实现现场总线采用双冗余结构的双I/O网的结构。QuantumI/O模件可带电插拔，易于系统维护，支持100M的以太网，但价格较高。考虑到现有GE 90-30系列PLC的I/O模块的设计寿命一般在20～30年，且至今未出现过任何问题。经过试验验证，简单地升级CPU为IC693CPU374并增加一个以太网模块是可以实现其功能的。原有I/O模块的保留在满足系统改造要求的前提下大大节省了工程的投资。

3 改造内容及预期效果

凌津滩水电厂计算机监控系统改造工程，主要是更换电厂计算机监控系统上位机全部设备和网络设备，升级PLC等工作。工程保持现地控制单元(LCU)端子柜位置、盘面布置不变，以减少工作量，缩短施工工期。具体施工内容如下：

（1）软件实施部分：包括上位机控制功能重新设计开发；上位机监控画面、报表文件重新设计开发；上位机数据库配置设计开发；上位机报警功能设计开发；LCU控制逻辑及程序重新设计开发；LCU现地工作台重新设计开发；与中调，五凌梯调系统的通讯开发；AGC、AVC、经济运行、人机接口；凌津滩电厂水调分中心建立后监控系统与之的通讯开发。

（2）计算机监控系统上位机改造：包括计算机监控主机的安装；计算机监控系统主机操作系统及支持软件安装；基本应用软件安装及调试；高级应用软件安装及调试；数据库安装及调试；监控系统功能调试。

（3）计算机监控系统网络改造：包括标准网络机柜的安装就位；监控网络主交换机的安装及配置；监控机房至中控室双绞线敷设；监控机房至1号～9号机机旁小室光缆敷设；监控机房至线路保护室光缆敷设；监控机房至主变继保室光缆敷设；监控机房至办公楼光缆敷设。

（4）计算机监控系统操作员工作站、工程师站及通讯工作站改造：包括各工作站主机设备的安装；操作员工作站显示器与主机设备的安装调试；操作系统软件及支持软件的安装调试；基本应用软件的安装；系统功能的调试。

（5）LCU部分的改造：包括PLC机架及模块的安装；PLC网络通讯模块的安装配置及调试，实现上位机与下位机的正常通讯；交直流双供电源的安装；直流电源电缆敷设等。

（6）系统集成及试运行：包括当各设备按照规范中指定组态接入时，软件运行操作是否正常；测试系统软件、平台软件、支撑软件及本技术规范中应用软件的所有功能，并对计算机监控系统关联的重要功能(如：系统维护、数据采集和计算机通信的信息处理等)进行测试；系统在规范书规定的环境条件下正常持续工作。

改造后监控系统硬件及网络设备将采用目前市场主流产品，插件模块化，可实现灵活组态，具有优异的动态扩展性、伸缩性。整个网络结构将采用全分布、开放式交换网络，便于现有入侵检测系统IDS的顺利接入，从而确保了监控系统上位机的网络安全。系统可以实现在系统级和应用级两个方面上的备份，真正实现系统的灾难性恢复功能。上位机系统组态软件可编辑能力强，软件测试和调整的程序简化，某个部分的修改对其他部分的影响很小，利于用户日后对系统界面的修改及功能的完善。

4 系统平滑过渡

新老系统的平滑过渡，一直以来都是计算机监控系统改造项目中的核心问题。为此，在改造前我们做了大量前期策划工作，以保证系统在改造时的平滑过渡。具体措施如下：

（1）新上位机系统设备的调试在监控机房内进行，所有工作的进行必须在确保老系统正常的情况下进行。

（2）首台机组LCU的接入选择在机组大修的期间进行，此时中控室内拆除一台老系统操作员工作站，布置一台新系统的操作员工作站，以保证对全部机组的运行监视。

（3）利用检修机会逐台接入全部9台机组LCU、开关站LCU、公用系统LCU。机组LCU接入新系统期间牵涉到开关站LCU信号量时，在确保安全的前提下以强制方式实现。

（4）对外数据传输方面，接入新系统的机组信息将通过省调通讯工作站以101或104规约上送至湖南省调，老系统的数据仍然采用RTU通讯至省调。传送至梯调、IMS系统的数据将经过防火墙的隔离后进入，以保证数据的安全性。

（5）过渡时期，两套上位机系统必须同时运行一段时间，直到新系统经过全面的考验之后才可以退出旧系统。

5 结束语

凌津滩水电厂监控系统的升级改造由北京中水科水电科技开发有限公司中标，将采用其具有完全知识产权、先进成熟的面向对象的分布式开放水电站计算机监控系统H9000V4.0。改造工程合同于2008年8月签订，目前项目已完成出厂验收，即将现场投运。凌津滩水电厂监控系统改造将对其它需进行监控系统改造的电厂起到良好的借鉴作用。

TP273+.5

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1672-5387（2010）03-0016-03

2010-04-28

邓盛名(1981-)，男，助理工程师，从事计算机监控系统的运行、开发、维护工作。（E-mail∶deng_dsm@wu-ling.com）