大源渡水电站计算机监控系统改造

邓朝君

(湖南省大源渡航电枢纽管理处,湖南衡阳 421412)

1 原监控系统简介及存在的问题

1.1 系统结构

大源渡水电站原计算机监控系统采用奥地利VATECH集团 SAT公司上个世纪 90年代产品。整个监控系统采用分层分布式结构,由负责完成全厂集中监控任务的电站级控制层和负责完成 1～4号机组、开关设备、公用设备、模拟屏驱动及调度通信等监控任务的现地控制单元层以及网络设备组成。系统结构如图 1所示。

图 1 系统结构图

1.1.1 网络结构

监控系统主要有 2个独立的网络—总线式以太网和令牌环网。电站级控制层的上位机 A和 B站、工程师工作站、调度通信工作站、打印机由同轴电缆构成 10MB/S的总线式以太网;同时上位机 A和B站还通过令牌环网网卡连在令牌环网上。现地各控制单元 LCU通过各自主功能组 SK1703的令牌环网控制器 KR-TR连在以光纤为传输介质的令牌环网上。

1.1.2 电站控制层

包括上位机 A和 B站、工程师工作站、调度通信工作站、打印机、模拟屏、电力专用不间断电源 EUPS,GPS同步时钟等。

其中上位机 A和 B站采用冗余配置,兼做操作员工作站和服务器;其冗余切换板 SCA-RS的主要功能是监视 A和 B站的运行情况。工程师工作站的操作系统为 Windows NTWorkstation 4.0,主要用于上位机的日常维护。调度通信工作站的操作系统为 Windows NT server 4.0,网关软件为 SAT公司开发的 GKD;其串口接至 LCU10的串行通信处理板 CP2001,采集令牌环网上的信息,完成与衡阳地调的数据通信。模拟屏布置在中控室,可实现1～4号机组的并网和停机操作,以及电站相关开关的手动合闸、分闸操作。2台电力专用不间断电源 EUPS给电站级控制层的设备提供稳定可靠的220 V交流电源。GPS同步时钟给整个监控系统提供精确的卫星同步时钟。

1.1.3 现地控制单元层

包括 10个现地控制单元 LCU(1～10),其中机组的现地控制单元 LCU(1～4)由主功能组SK1703和子功能组 AM1703(顺控模块、安全模块)组成,主要完成水轮发电机组及其辅助设备的监控。电站 110k V开关配电装置监控单元 LCU5由 2个子功能组 AM1703组成。电站公用监控单元LCU6由 1个 AME1703子功能组组成。发电机10.5 kV配电装置监控单元 LCU7由 2个子功能组AM1703组成。11 kV近区配电装置监控单元 LCU8由 1个 AM1703子功能组组成。全厂通信控制监控单元 LCU9由配置完全相同的 2个 SK1703主功能组组成,它主要完成 LCU5,6,7,8与上位机及其它 LCU之间的通信。模拟屏驱动及调度通信监控单元 LCU10由 1个 SK1703主功能组组成,主要功能是驱动模拟屏的电测表计和 10.5 kV开关、刀闸的位置指示以及完成与衡阳地调的远动通信。

1.2 存在的问题

1.2.1 上位机 A和 B站硬件配置低且 SAT250软件本身不完善

上位机工作站 CPU为 Pentium pro 200 MHz,内存 128 MB,硬盘容量为 4.2G,主板的插槽为ISA插槽;主机连续运行近 10年,元器件均已老化,系统运行速度慢,且 2个工作站经常出现死机现象;ISA插槽的以太网卡及令牌环网网卡都已被淘汰,市面上已找不到此类网卡。主机的操作系统为低版本的 Solaris 2.5.1,对硬件的兼容性差;上位机软件 SAT250本身也有不完善的地方,VIS250经常出现实时事件丢失;组态软件报表的开发复杂,普通用户无法根据本电站的实际情况进行再开发。

1.2.2 调度通信工作站运行不稳定

本站与衡阳地调进行远动通信的网关工作站一直存在故障,运行不稳定,经常出现死机或数据无法刷新。

1.2.3 备件问题

随着计算机及网络技术的发展,本站监控系统所使用的部分产品已被市场淘汰,且下位机部分模块厂家已停止生产。这样在备件缺乏的情况下会直接影响到电站的安全运行。

2 监控系统改造

根据电站的实际情况及综合考虑,计算机监控系统采用部分改造的方案。电站级控制层设备除模拟屏、电力专用不间断电源 EUPS外,其它设备均升级改造;现地控制单元层只进行局部升级改造,屏柜的面数、外部端子连线、连接电缆均不变化;系统网络改为 100 MB/S工业以太环网,传输介质仍利用原监控系统的光缆。改造后的系统结构如图2所示。

图 2 改造后系统结构图

2.1 系统网络改造

改造后的监控系统网络采用传输速率为100MB/S的高速光纤以太环网结构,网络通信介质利用原系统多模光纤,遵循 TCP/IP规约。电站控制层与现地控制单元层之间通信采用国际标准化开放系统规约 IEC60870-5-104。

1～4号机组现地控制单元 LCU(1～4)各装有 1台交换机,将 LCU1～LCU4连至以太环网上;中控室 +HA01屏内有 2台交换机,分别将上位机A/B、工程师站、网络打印机、GPS同步的网络时钟服务器、LCU9,LCU10连接至以太环网上。网络设备为 MOXA工业以太网交换机,所有交换机之间采用光缆串接并形成环网。

2.2 电站控制层改造

上位机 A和 B站仍采用冗余配置,主机选用高性能、多任务、多用户型的HPXW4600工作站;操作系统为 Windows XP,监控软件为 SAT公司的升级产品 SCALA 6.3。工程师站主机也采用 HP XW4600工作站,主要完成电站上、下位机的日常维护工作。GPS同步时钟升级为网络时钟服务器,向整个监控系统提供高精度的时钟。原打印机升级为网络打印机 HP LaserJet5200n,负责定时、召唤打印。

2.3 现地控制单元层改造

将现地控制单元 LCU(1～4,9,10)各主功能组的 SK1703机架升级为 AK1703机架,并升级内部的 CPU模块,保留原 SK的 I/O模块,各 AM模块均保留不变。原 LCU9配置完全相同的 2个SK机架升级为 1套 AK机架,取消原 LCU6,其功能由 LCU9 AK机架内新增加的 I/O模块完成。与衡阳调度的串口通信由 LCU10的通信处理模块CP2002完成,不再单独设置网关工作站。

3 目前监控系统仍然存在的问题及处理对策

通过部分升级改造,大源渡水电站计算机监控系统的性能和稳定性大大增强。但是由于最初的设计原因,目前监控系统仍然存在几个问题,要特别引起运行、维护人员的重视,以便在日常工作中做到心中有数,确保电站的安全、稳定运行。

3.1 当机组监控单元 LCU(1～4)AK主功能组的通信处理模块故障时,机组负荷的调整和停机流程执行问题

电站 1～4号机组现地 LCU仅由 AK主功能组直接连在以太环网上,AM子功能组 (顺控和安全模块)经 SIM-BUS总线与 AK通信。当 AK的通信处理模块故障时,中控室上位机无法控制相应的机组。此时要检查机组现地触摸屏是否可用,若正常则在触摸屏上实现机组负荷的调整和停机流程的执行;若触摸屏也不可用,应该在现地电调屏上实现对机组的控制。

在以后的改造中可考虑将 AM子功能组通过网卡也直接连在以太环网上,从而实现机组 AM子功能组与上位机的直接通信,从根本上消除因机组AK主功能组通信故障,上位机无法控制机组的隐患。

3.2 机组调速器为有功控制方式时,失去有功反馈值问题

电站 1～4号机组的实际有功值来自 LCU7,经过 SIM-BUS总线,传输到 LCU9,再由以太环网送至各机组现地 LCU,电调采集此值作为调整有功的反馈值。当 LCU7/LCU9故障或者是以太环网网络故障时,机组调速器系统因失去有功反馈值,其闭环控制变成开环控制,致使机组负荷一直往上升,从而出现机组过负荷甚至出现事故。

为彻底解决机组有功反馈值问题,可在每台机组现地 LCU控制屏内增加 1台功率变送器,通过电缆将来自 LCU7的机组实际有功值直接接至功率变送器;现地 LCU模块采集此值再送至电调。这样电调的有功反馈值不经过网络传输,直接从机组LCU采集,其可靠性增强,从根本上解决了机组调速器在有功控制方式时失去有功反馈值的问题。

3.3 全厂通信控制 LCU9无冗余配置问题

电站 LCU9的通信处理任务重大,一旦出现故障,将影响它的子功能组 LCU5,7,8与上位机及其它 LCU的通信。为确保 LCU9通信的可靠性,在以后的改造中可考虑将 LCU9与 LCU5,7,8通信处理的硬件、软件设置成冗余配置,两者互为热备用,从根本上消除因 LCU9故障从而影响 LCU5,7,8监控的隐患。

3.4 以太环网交换机及光电转换器电源问题

改造后连接各 LCU至以太环网的交换机及光电转换器没有单独的电源,一般与现地 LCU的 AK机架共用同一电源。这样,当断电处理现地某个LCU的 AK系统故障时,此 LCU的以太环网交换机及光电转换器电源便中断。本电站以太环网为双向自愈型环网,当网络上 1台交换机及光电转换器电源中断时,整个环网还可继续工作;但当同时有2台交换机及光电转换器电源中断时,整个环网便中断,不可工作。

为解决这一隐患,可考虑从电站 220V直流系统备用负荷开关处分别引单独的电源至各现地LCU屏柜内,供给各交换机及光电转换器备用电源。

4 结 语

大源渡水电站计算机监控系统部分升级改造从2008年 11月开始实施,至 2009年 4月全部竣工。从目前运行情况来看,采用部分升级改造的方案是成功的,改造后的系统采用了 VATECH集团 SAT公司最新的 SAT250 SCALA,从而保证了产品的连续性,便于日常维护及技术支持,同时整个系统的性能及可靠性大大增强。

由于监控系统最初设计原因,系统目前还存在一些问题,但随着电站技术改造的不断深入和完善,这些问题都将逐一解决,从而进一步提高计算机监控系统的可靠性和可用性。