长潭水电厂计算机监控系统升级改造

陈 剑

(长潭水库管理局水电厂，浙江 台州 318020)

1 电厂概况

长潭水库是浙江省大(II)型水库，位于台州西部，距市区23 km，集雨面积441.3 km2，水域面积45 km2，总库容7.32亿m3，流域内年平均降雨量1935 mm.水库承担着下游三区两市6.93万ha2农田灌溉和200万城镇居民的生活用水和工业供水任务，是一座以灌溉、供水为主，综合防洪、发电、养殖的的大型水利工程.

长潭水电厂综合利用长潭水库的天然水资源发电，三台发电机组5000 kW×2+1800 kW，总装机容量为11.8 MW.1号、2号水轮发电机组由克瓦纳(杭州)公司制造，3号水轮发电机组由杭发厂制造，主阀等辅助设备由国内厂家制造.3台调速器均采用武汉三联水电控制设备公司制造，1号调速器型号为BWST—80;2号调速器型号为KZST—80;3号调速器型号为SLT—1800，3台调速器均采用PLC可编程控制器，可现地实现机组的自动或手动开、停机，并网运行，也可与上位机计算机进行通讯实现远动控制.

由于原通信服务器硬件配置低，技术落后，不仅通信速度不能满足要求，运行的稳定性也不尽人意，加上原系统的数据通讯方式是采用串口对接人工工控机模式，工控机的风扇等小毛病不断发生，导致LCU不断出现网络冗余等问题，监控系统升级改造势在必行.

2 监控系统改造

2.1 改造原则

(1)电厂按照“无人值班，少人值守”，以计算机监控为主、集中控制为原则进行总体设计.

(2)可靠性监控系统的局部故障不会影响现场设备的正常运行，监控系统高度可靠.

(3)经济性能长期安全运行，并可明显提高经济效益.

(4)开放性整个系统采用模块化、网络化的设计，能适应功能的增加和规模的扩充.

(5)系统具有实用性好、人机画面功能强大、操作方便等特点.

2.2 总体架构

长潭水电厂监控系统［1］(见图1)采用全开放分层分布式结构，由主控级和现地控制级组成.两层设备功能各自独立，网络冗余控制.主控层与现地层之间采用星型拓朴100/1000 M自适应以太网为主干网络，通过HUB(集线器)进行数据交换.网络内的所有计算机(操作员站、数据库服务器等)、LCU等均通过以太网接口接入主干网络，两层之间的通信规约为MODBUS TCP，现地PLC与外部智能设备(发电机保护屏、励磁装置、调速器、温度巡检装置、交流数采等)之间采用串口通讯［2］.监控系统在水电厂的应用中，集成了操作权限登陆、全厂运行监视、主接线和厂用电系统图、开停机画面流程、历史报表和工作票打印、事故曲线查询分析，简报报警记录等项目，其总体结构图(见图2).

图1 长潭水电厂监控系统

图2 长潭水电厂监控系统结构图

2.3 主要技改内容

2.3.1 厂站层

厂站层在原有的基础上进行更新换代，主要由操作员工作站、工程师工作站、厂长工作站等组成.

操作员工作站采用一体化工控机，淘汰原有的PC 兼容机(CPU 为 PII266、256 M 内存、6.4 GHD)、20英寸CRT显示器，报表打印服务器采用EPSONLQ-1600打印机，采用浪潮工控机(CPU为酷睿双核、4 G内存、2TB硬盘)、24英寸LCD显示器，激光打印机，软件平台采用支持UNIX、WINDOWS NT操作系统平台，网络软件为TCP/IP，传输速率10/100 Mbps总线型双以太网结构.运行值班人员通过显示器可以对电厂的生产、设备运行做实时监视，取得所需的各种信息，可以通过鼠标及键盘发出指令，通过以太网实现各现地控制层与主控层信息交互，对现地设备的监控及数据共享，具有对机组运行和安全监视、实时控制和调节权限.其主要功能包括对LCU及外部设备的数据采集与处理，对全厂设备的控制调整及运行监视，实现人机接口，历史数据库管理及生成报表、操作、运行指示，自动发电控制及自动电压控制、通信管理、实时状态监视、数据的采集分析、机组流程控制浏览、机组调节功能(AGC)(AVC)以及PQF控制、多媒体语音报警、光字牌简报提示、自诊断等功能.

工程师工作站和厂长工作站都是本次技改新增的项目，前者主要用于电厂监控系统再开发、功能完善编辑、数据库修改、记录备份管理、系统故障诊断和培训仿真等工作.工程师工作站还可作为操作员工作站的热后备，保证系统运行的可靠性和稳定性.工程师工作站是在线的系统监督、系统组态控制、系统维护的网络节点.同时作为历史数据库站后备使用.后者主要用来执行系统高级软件功能，当上位机工作站瘫痪时，可直接发指令控制LCU运转并监视现场运行过程以保证安全生产.

2.3.2 现地层

现地层主要是对原有的8套机组的LCU进行改造，新设立2套开关站.原来的现地层是通过双绞线有线网络为通讯主干，但由于原来的工控机运行多年，硬盘风扇等硬件毛病层出不穷，尤其是风扇冷却系统一旦出现故障，就会导致工控机烧毁，继而影响机组的正常运行，改造后采用改造后以PLC直接通讯为载体，LCU装置与PLC通讯通过SJ—30B—16通讯管理器实现，管理器共有16个RS485通讯接口，用于交流数采装置、温度巡检装置、微励调、微电调、发电机保护等设备通讯，从而将厂站层和现地层进行高效率通讯和交换数据，大大降低故障发生的概率.

(1)PLC改造

监控系统改造中始终遵循尽量利用原有设备的原则，在本次监控系统改造中，原系统中的主、备用PLC所采用的芯片是通用公司的IC693CPU360，此芯片虽然还能保持一定的计算效率，但是运算的速度特别是并行运算的效率已经难以适应系统多指令的操作模式，对其进行了升级，以扫描周期大得多的IC693CPU366进行替换，使之在通过网络载体接口中采集数据、执行指令、实施控制，实现监控和控制同步进行［3－4］.同时，为提升双网接口的通讯效率，在现在TCP/IP最新协议格式标准下，将每台PLC增加一个最新的TCP/IP网络接口模块，采用的模块为IC693PWR311，将PLC机箱的电源模块改为交直流双供模式，对电源的容量进行大幅度提升，采用了IC693 PWR331，采用此模块以后，可以将每个模块的负载提升到30 W以上，实现了供电电压为5 V、24 V自动调节，其最大的功率恒定不变，与技改前的效率指标相比，整整提高了96%，对于系统可靠性的提高提供强有力支撑.

系统改造中，下位机用触摸屏和通信控制器来替代原来使用的工控机，触摸屏作为监控数据的显示界面，通信控制器主要的担负的职责的是将现地设备所上传的数据准确送到给PLC，从而实现原来工控机要完成的与现地设备之间的交互，使用通信控制器后，消除了原来偶尔出现的因现地设备通信程序修改造成的机组紧急停机等故障，但对PLC没有丝毫的影响.改造中，LCU继续使用CPU模块，输入输出模块，同时增加光纤传输模块.在软件上，原来DOS环境下的操作软件LM90，存在着操作性很弱，指令复杂难记，英文模式不好掌握等不足，本次监控系统改造中，以WINDOWS NT为基本平台，使用在次平台上开发的PROFICY ME软件，交互性大大增强，界面亲和力强，指令一目了然，操作简单方便，软件的开发，尽量兼顾了两种编程之间的衔接和PLC软件编程规约上的不同，在原有系统上做到平稳升级.

(2)LCU改造

现地LCU控制层主要由SLC-500微机监控装置、测温装置 DAS-1型多功能温度巡检仪、3720ACM电力数采智能装置、DEP—561N型发电机微机保护装置、SJ-12C型双微机自动准同期装置、机组PLC可编程调速器、励磁装置等通过以太网络连接在一起.现地控制单元自动实时采集和分析发电机、水轮机、励磁及调速装置、机组附属设备信息数据的上送和接受，对各类信息进行数据封装后存放在实时数据库.运行人员通过现地控制屏上的触摸屏或控制开关、按钮，实现机组的自动运行和分步运行、顺序控制、设点控制、同期并网、功率调整、事件顺序记录，与上位机的实时时钟同步，完成监控系统对机组及其辅助设备的监控.现地控制单元有最高的优先权，不受上位机因控制权的设置而被闭锁.

为了保证监控系统安全稳定运行，每台LCU都配置有交直流双供电源，切换时间为0ms，具有冲击电压保护、短路保护、冲击电流保护等保护措施.机组LCU配置有合肥工业大学高新技术实业公司的温度巡检仪，每个装置可采集发电机绕组线圈、空冷器、上导、水导、励磁变等28个温度量信号，循环扫描并通过通讯管理器将数据上传到上位机.同期装置采用全封闭磁屏蔽，对输入信号光电隔离和数字滤波，对合闸多重闭锁，绝无误合闸可能.实现自准和手准切换，对合闸角进行预测计算，对选中的同期对象实行变参数跟踪调节，同期精度高并网速度快.每台机组LCU中同时安装有ACM3720智能交流量采集装置，具有电量测量、故障录波、事故记录、谐波分析、波形采集、数据记录以及远程通信.实时数据包括各相电压、电流、功率、电度、功率因数、频率、谐波等，便于上位机分析和控制.

3 改造效果及展望

水电厂机组监控系统更新后，系统的操作质量得到明显提升，改造后的系统达到了实时、封闭、控制的基本要求，在水电厂中控室，操作员就能轻而易举地点击鼠标，发出指令，实现对机电设备运行的实时控制和机组自动控制功能，若将网络接口与上级调度中心对接，就能实现远程监控.新系统以光缆为主要传输媒介，以高速PLC为交换设备，大幅度地减少了大量的交换介质，无论是系统的稳定性、可靠性都上升到一个较高水准.系统改造完成后，实现了电厂运行管理、安全监测、自动控制的计算机化，在电厂的安全运行、节水发电、降低人员劳动强度等方面取得了良好的效果，通过本次改造，监控系统运行稳定、功能完善、减轻了维护工作量，同时大大提高运行工作效率和管理水平，满足“无人值班”(少人值守)的运行要求和管理模式.

现代科技突飞猛进，随着新技术的不断涌现和实施，现有的监控系统也出现不少差距，如:现在使用的网络通信设备落后，集线器(HUB)进行数据交互，不具备协议翻译功能，传输带宽低;外部设备元件如传感器、压力变送器、压力开关等的运行受灰尘、温度、湿度等影响运行不稳定，温度巡检仪有些节点传感器温度出现失真或缺失;由于长期不间断运行，工控机时有死机现象;测速装置、测温装置、交流采集装置都是通过串口和一体化工控机通信，上送信号量少不能满足监控系统对设备的整个运行状况;有些报警信号合并成一个光字牌，影响了操作员对异常设备的快速判断和处理等，这些问题都有待以后的技改中加以解决.

［1］丁东华，黄剑锋.EC—2000在景洪水电站通风空调监控系统中的应用［J］.水电厂自动化，2011，23(1):29 －30，33.

［2］王 健.长潭水库水力发电机组自动化监控系统及升级设想［J］.广西水利水电，2011(1):61 －65.

［3］张 兴.大桥水库水力发电厂计算机监控系统［J］.水电厂自动化，2006(3):23－25.

［4］蔡守辉.水电厂计算机监控系统改造思路探究［J］.水电厂自动化，2012(2):35－39.