沙湾水电站计算机监控系统的设计与实现

2010-05-16王香玲赵勇飞邓小刚李一宁王先政何国珍

水电站机电技术 2010年3期

关键词：沙湾工作站水电站

王香玲，赵勇飞，邓小刚，李一宁，王先政，何国珍

（1.北京中水科水电科技开发有限公司，北京 100038；2.沙湾水电站，四川乐山 614000）

沙湾水电站计算机监控系统的设计与实现

王香玲1，赵勇飞1，邓小刚1，李一宁1，王先政2，何国珍2

（1.北京中水科水电科技开发有限公司，北京 100038；2.沙湾水电站，四川乐山 614000）

主要介绍了四川大渡河沙湾水电站H 9000V 4.0计算机监控系统的设计原则、总体功能、系统构成与实现，并为沙湾水电站的“无人值班（少人值守）”奠定了坚实的基础。

沙湾水电站；计算机监控系统；设计；实现

沙湾水电站位于四川省乐山市沙湾区葫芦镇，距上游葫芦镇约1km，为四川大渡河干流下游梯级开发中的第一级电站，亦是中国水电集团新世纪投资建设大渡河上第一座水电站，属四川省重点工程。沙湾水电站工程以发电为主，该电站装有4台轴流转桨式机组，单机容量120MW，总装机480MW，设计水头24.5m，正常蓄水位432.0m，设计引用流量2203m3/s，保证出力151MW，年利用小时数5015h，年发电24.07亿kW·h。电站以220kV接入四川电网，在系统中担任调峰任务。厂房主体工程于2005年12月开工，计算机监控系统采用北京中水科水电科技开发有限公司研制开发的H9000V4.0计算机监控系统。第一台机组已于2009年4月投产，第二台机组已于2009年6月投产，第三台与第四台机组分别将于2009年9月及2009年12月投产。H9000V4.0计算机监控系统与首台机组同步投运。

1 沙湾水电站计算机监控系统设计原则

沙湾水电站的运行值班方式按“无人值班”（少人值守）的原则设计。计算机监控系统采用全开放式分层分布系统结构，系统功能和实时数据均分布到各个现地控制单元中，站内的各个现地控制单元通过交换机和光缆，构成一个可靠的双环形网络，当系统中任何一部分设备发生故障时，系统整体以及系统内的其它设备仍能继续正常工作且功能不受影响。

计算机监控系统能对全厂主要机电设备进行控制，并对所有机电设备的运行情况进行全面监视。电站的计算机监控系统还通过电力调度数据网实现与南充地方调度中心、成都远方集控中心和四川省调度中心的直接通信，并分别接收、执行成都集控中心及四川省调度中心下发的遥调、遥控命令。

计算机监控系统网络结构图如图1所示：

2 沙湾水电站计算机监控系统总体功能

电站计算机监控系统由站控级和现地控制单元构成。站控级主机、工作站及现地各LCU均使用实时多任务多窗口操作系统，监控软件采取国际上流行的模块化体系结构，实现监控数据处理、计算和储存的实时性和分布性。监控系统集成软件采用C/S或B/S架构，保证系统响应的实时性和稳定性。通过中控室及计算机房工作站上的集中监控画面对设备进行监视控制，并自动快速响应控制设备状态信息。

图1 网络结构图

计算机监控系统历史数据库软件采用商用数据库软件，在历史服务器主机内，用于监控系统秒级、分钟、小时等历史数据存储与查询。

计算机监控系统WEB服务器用于监控系统数据发布。

3 计算机监控系统实现

3.1 上位机系统实现

站控层由历史服务器主机1、主机服务器2、操作员站1、操作员站2、工程师站兼仿真培训站、调度通信服务器1、调度通信服务器2、厂内通信服务器、ONCALL站、WEB服务器、集控通信网关服务器等构成，实现监视控制现地设备等功能，形成全站监控中心。其中操作包括：机组操作、功率调节、断路器操作、隔离开关及刀闸操作、设备操纵及闸门升、降、停操作等。主要设备详细配置及实现功能如下：

历史服务器主机：采用HP DL380G5服务器，中文Windows 2000操作系统，安装有商用数据库软件及cluster双机管理软件，同时还配置有磁盘阵列，实现监控系统历史数据的管理功能，两台历史服务器主机互为热备用。该服务器上同时还安装有北京中水科水电科技开发有限公司研制开发的hista历史数据库管理软件及Hreport报表软件，为电站的历史数据查询提供了良好的操作平台。

操作员工作站：采用Sun Ultra 45工作站，Solaris 10操作系统，实现中控室运行人员监视与控制功能。两台操作员站互为热备用。

工程师站兼仿真培训工作站：采用Sun Ultra 45工作站，Solaris 10操作系统，实现仿真培训功能。

调度通讯服务器∶采用Sun Ultra 45工作站，Solaris 10操作系统，实现监控系统与南充地调及四川省调的数据通讯功能，并能实现数据的直采直送功能。该通讯机采用Solaris 10操作系统大大提高了通讯的安全可靠性。

厂内通讯服务器：采用HP XW4600工作站，中文Windows 2000操作系统，实现监控系统与水情及其它厂内系统的通讯功能。

ONCALL工作站：采用HP XW4600工作站，中文Windows 2000操作系统，实现电话及短信息报警功能。

WEB服务器：采用HP XW4600工作站，中文Windows 2000操作系统，实现WEB发布功能。

集控通信网关服务器：HP XW4600工作站，中文Windows 2000操作系统，实现监控系统与成都集控中心的数据通讯功能。

GPS时钟：实现全厂监控系统及其它监视设备时间一致功能。

计算机监控系统还配置一套入侵检测系统，采用探测器－控制台软硬件相结合的形态。实时捕获、分析所监控系统网络的所有数据报文，按照预定义的分析策略和安全知识对其进行分析比较，从中发现网络或系统中是否有违反安全策略的行为、被攻击的迹象、攻击企图，并进行适当的响应。根据事先制定的响应方式通知网络管理员、记录事件过程并自行采取保护措施。入侵检测系统采用分布式入侵检测系统构架，综合使用模式匹配、协议分析、异常检测、重点监视、内容恢复、网络审计等入侵分析与检测技术，全面监视和分析网络的通信状态，提供实时的入侵检测及相应的防护手段，为监控系统网络创造全面纵深的安全防御体系。

系统配置网络物理隔离设备1套，用于生产信息查询网与电厂信息网、生产信息查询网与电站其它相关系统网络之间的物理隔离，生产信息查询网上所有节点及所有外部节点通过该网络对电厂信息网的访问均被禁止。

系统配置防火墙设备一套，用于与上级调度的通讯，连接于调度通讯服务器与调度交换机之间，另外1台用于与安全区II的其它系统的通讯，该防火墙位于为厂内通讯服务器配置的外部交换机与厂内通讯服务器之间。

3.2 现地控制单元实现

LCU完成对监控对象的数据采集及数据预处理，负责向网络传送数据信息，并自动服从上位机的命令和管理。同时各LCU也具有控制、调节操作和监视功能，配备有人机触摸屏，当与上位机系统脱机时，仍具有必要的监视和控制功能。

现地单元由各现地控制单元LCU构成，包括：4套机组LCU、开关站LCU、公用系统LCU及闸门LCU共7套LCU设备。每套现地控制单元PLC均采用德国Siemens公司SIMATIC S7-400/414H冗余CPU，完成系统的数据采集、电厂主辅设备的控制及设备的调节与控制。进行全厂闭环控制与调节，保证全厂发电运行可靠。

现地控制单元LCU采用 SIMATIC S7-400/414H容错PLC，由2套互为全冗余容错热备控制器组成，它们通过冗余同步模块和100M光缆实现互连，冗余CPU与远程I/O通过冗余PROFIBUS-DP总线相连，每个CPU机箱通过工业以太网通讯接口模块与监控系统双以太网交叉连接，PLC的远程I/O站接口模块（IM153）具有SOE功能，通过配置快速的中断开关量采集模块，完成事件的顺序记录。各个LCU Siemens PLC除配有必需的I/O模块外，还通过LCU工业交换机，接有PLC智能通信控制器 (2个100M以太网口/8串行)。由智能通信控制器完成LCU与各现地设备，如交流采样装置、微机励磁调节装置、微机调速装置、微机保护装置、电能计量装置等其它设备的通信。

3.3 网络结构实现

监控系统局域网按IEEE 802.3设计，采用全开放的分层分布式结构，网络介质采用光纤电缆，通信规约TCP/IP，网络的传输速率不小于100Mbps。网络交换机采用魏德米勒100M工业以太网管理级主交换机及现地控制网络交换机，该网络设备满足多个输入输出，适应各种类型数据的传输要求，适应电力工业现场的电磁干扰、温度、振动等环境要求，在实现计算机监控系统功能的前提下满足数据实时性要求。