HERC8000监控系统在阿萨汉一级水电站的应用

陈豪杰

（浙江华电乌溪江水力发电厂，浙江 衢州324000）

0 引言

阿萨汉一级水电站位于印尼北苏省阿萨汉河上游河段，是水电规划三级开发方案的一级电站，装机容量为2×90 MW。该水电站是华电集团实施“走出去”战略的第一个海外电源项目，由华电香港公司投资、华电工程建设、华电运营承运。2010年6月并网发电至今，设备运行稳定，极大地改善了当地缺电局面，为印尼地方经济和社会发展做出了贡献。

HERC8000监控系统是国电南自开发完成的新一代电力系统计算机监控系统。该系统在阿萨汉一级水电站投运以来，各项技术指标及性能参数均符合EPC合同要求，使用方便，可靠性高。

1 监控系统特点

（1）监控系统具有充分和良好的开放性，设计参考IEC（国际电工委员会）制定的IEC61970／IEC61968系列国际标准，遵循CIM模型开发。（2）监控系统分层、分级、分布式管理的设计思想为系统进行方便的扩展提供了基础。主站节点、站端设备、服务器、工作站及网络设备等硬件、软件模块都可以方便地扩充。（3）监控系统可选用的硬件平台包括HP、SUN、IBM等公司的服务器，UNIX工作站、PC工作站、工业控制PC机和其他高可靠性PC机。支持由UNIX、LINUX、WINDOWS等不同操作系统组成的异构系统。

2 监控系统硬件配置

监控系统采用全分布式的冗余双网体系结构，系统主网采用热备用的双网机制，把各个功能模块分配到系统的各个网络节点上，保证了系统的可扩充性。当2个通信节点间的2个网络状态发生变化时，系统将根据变化后的网络状态重新设置其通信路径。

HERC8000监控系统的硬件配置如图1所示。

图1 HERC8000监控系统的硬件配置图

2.1 监控系统上位机

上位机向运行维护人员提供了良好的人机界面，能够方便地了解到设备的运行状况。以语音报警、简报窗口、光字牌的形式反映设备运行状态变化及模拟量的越复限情况，还提供历史数据库、历史曲线、报表等存储和查询功能。具体如下：（1）主机。主机采用双机冗余工作方式，具有数据采集和处理、控制与调节、运行参数统计记录与历史数据记录、系统自诊断与冗余切换等功能。（2）操作员工作站。操作员工作站具有监控画面显示、全厂运行监视和控制功能，还有发操作控制命令、作定值修改、设定与变更工作方式、报表曲线查询等功能。（3）工程师及语音报警站。工程师及语音报警站具有数据库顺控流程、量程报警值修改、增加删除数据库、监控画面和报表完善等维护功能，同时还具备站内报警信息的语音报警等功能。（4）通信工作站。通信工作站用于模拟屏系统、GPS系统的通信，并实现与下级电站SCADA系统的通信。

2.2 监控系统下位机

下位机主要由现地控制单元（LCU）组成。各LCU分别完成各自监控对象的数据采集及处理，并向网络传送数据，接受上位机的命令和管理。同时单个LCU具有独立的控制、调节和监视功能。当与上位机通讯中断时，仍可进行必要的控制调节和监视。整个现地控制单元结构框图如图2所示。

图2 现地控制单元结构框图

（1）PLC。机组LCU的PLC采用施耐德的 Modicon Quantum Unity热备系统，完成系统数据采集及设备的调节与控制（包括顺控）。PLC通过标准的双TCP／IP以太网接口连到监控系统的网络交换机上。PLC具有掉电保护功能和电源恢复自启动功能，不会导致误开出。具体如下：1）CPS模件：向底板供电。2）CPU模件：对采集的数据进行处理，通过所编写的各种程序实现对上位机及其他设备的通讯，接收上位机的控制命令，启动相应流程来实现对外围设备的控制。根据某些重要状态量的变化自启动流程，实现控制。3）CHS模件：由它实现双CPU之间的无扰动切换。4）远程I／O模件：包括远程I／O的 HEAD模件（CRP）、DROP模件（CRA），以此实现各I／O模件与CPU之间的通讯。5）NOE模件：实现上位机和LCU之间的通信。提供RJ45口和ST口2种通讯方式。6）DDI模件：采集各开关量的变化情况。7）DDO模件：向继电器提供电压脉冲，从而控制继电器的吸合，以控制外回路设备。8）AI模件：通过外围变送器提供的4～20 m A电流计算出模拟量值。9）RTD模件：通过外围的Pt100测温电阻来采集各温度值。（2）触摸屏。采用12.1寸威伦 MT8121T触摸屏。在上位机故障或以太网故障时，给运行人员提供了一个监控的界面。（3）通信服务器。SDX800通信服务器将具有不同通信协议的设备通过编程实现统一，然后将现场设备的采样数据传送到PLC，最后各个LCU装置将所采集的信息上送到上位机数据库，从而完成对现场数据的实时采样。（4）水机保护回路。为防止监控系统对机组失去控制，专门提供一套常规保护回路。该回路只能在PLC硬件故障时起作用，并用于机组事故停机和紧急事故停机。

3 监控系统软件设计

3.1 监控系统上位机

HERC8000系统的组态和维护工具包括监控节点配置工具、数据库组态工具、画面生成工具、顺序控制程序生成和调试工具、报表编辑工具等。具体如下：（1）根据各监控节点的机器名和网络IP地址来配置节点，使得监控系统能够正确识别本系统内配置的计算机的工作状态。（2）监控系统与所有设备通讯及其交换的数据都需要在数据库中组态。其功能块可实现数据库的创建、修改、查询、保存、加载等功能。（3）图形组态软件通过图形表示实时控制生产过程的设备状态和现场运行情况，直接、生动，让人一目了然。（4）运用Java编程语言，采用面向对象的方法，开发了一套用流程图进行编程的顺序控制系统。在电站应用中，使用这种编程方法实现顺序控制更加方便。（5）监控系统的报表系统包括2种状态：运行状态和编辑状态。运行状态可以查看报表的历史数据，编辑状态可以编辑、修改或删除报表。

3.2 监控系统下位机

机组的控制流程根据设计院提供的流程图来编写，PLC程序是用施耐德公司提供的Unity Pro软件编写，主要由硬件配置、自定义数据类型、自定义功能块、变量与功能块声明、通讯配置、程序部分和观察表组成。

4 监控系统应用中的完善

（1）监控系统上位机。投运初期主机和操作员站安装在同一台服务器上，运行过程中经常出现死机等异常现象。通过增加2台高配置服务器，将操作员站1、2和主机1、2分开，减少服务器运行进程，降低CPU使用率，使得二者可以轻松完成各自的任务，提高监控系统上位机的稳定性。（2）监控系统组态软件。1）对上位机数据库一览表中开关量动作性质（状变、故障、事故）进行分类定义，对数据库中描述错误的点名进行修改，使之和现场设备一一对应；根据实际情况对部分模拟量的上、下限值和量程进行重新整定，使之更符合实际情况和运行人员的监控要求。2）通过画面文件的链接，修改相应的名称、颜色，便于运行人员查询和操作。另外还根据实际需要增加新的画面文件，方便运行监视。3）将顺控对象的属性、名称和链接点与现场实际进行核对，并进行修改，防止运行操作过程中误动其他设备。4）按照运行实际需要，增加机组工况报表。日报表包含2台机组1天中每小时平均负荷、流量、最大负荷、最小负荷、消能阀流量等，月报表还包含2台机组1个月中最大、最小负荷等。5）根据对实际情况的分析，对部分语音报警信号进行增加或删除。（3）机组PLC程序。1）原机组主轴密封水中断控制回路中，未考虑机组主轴密封水压力低这一判断条件。完善后需要同时具备主轴密封水示流器中断、非停机状态、非开机过程、主轴密封水压力低的条件才动作出口，避免了由于示流器误动造成机组事故停机。2）原机组各部轴瓦温度过高控制回路中，没有轴瓦温度判断子程序。增加了轴瓦温度4取2的判断子程序，来确认轴瓦温度是否过高，避免了由于温控器误动造成机组事故停机。3）原电气事故情况下，停机令没有送励磁调节器。在电气事故控制回路中增加了停机令送励磁的语句，使得其能及时逆变灭磁。4）在模拟量处理子程序中人工强制品质好坏，使得变送器异常输出时监控画面仍然能够正常显示。

5 结语

HERC8000监控系统自投运以来，实现了信号监视与诊断、数据采集与处理、实时控制和调节等功能。通过对监控系统的完善，能够迅速、准确、有效地完成监控系统的各项功能，极大地提高系统运行的安全性和可靠性，为阿萨汉一级水电站的安全稳定运行奠定了坚实的基础，提高了机组的年发电小时，增强了印尼当地电网的稳定性，取得了较好的经济效益和社会效益。

［1］国电南京自动化股份有限公司.SD8000水电自动化系统使用、操作、维护手册

［2］国电南京自动化股份有限公司.HERC8000监控系统组态手册