白市水电厂计算机监控系统运行情况分析及改进

2015-04-05何田华

水电站机电技术 2015年8期

关键词：水电厂监控系统运行

何田华

（湖南五凌电力工程有限公司，湖南长沙 410004）

白市水电厂计算机监控系统运行情况分析及改进

何田华

（湖南五凌电力工程有限公司，湖南长沙 410004）

摘要：白市水电厂计算机监控系统自2011年12月投运以来，性能稳定，基本满足现场设备综合控制要求。该系统采用分层分布、开放式结构的冗余总线型网络系统，是一个完整、高可靠性水电站实时闭环控制系统，可满足水电厂“无人值班（少人值守）”和五凌“远程集控”对计算机监控系统的功能要求。文章主要介绍了白市水电厂监控系统的运行情况，对存在的问题提出改进措施。

关键词：水电厂；监控系统；运行；措施

1　概述

白市水电厂位于沅水干流上游河段清水江的下游，坝址位于贵州省黔东南苗族侗族自治州天柱县境内，为规划复核后沅水干流上的第4个梯级电站。电站以发电为主，兼有航运等综合利用效益，属二等大（2）型工程，且具有季调节性能，电站装有3台单机容量140MW混流式水轮发电机组，总装机容量420MW；3台额定容量160MVA主变；两回500 kV线路，一回连接距本厂67 km的三板溪水电厂，另一回接入距本厂32 km的艳山红开关站；设计年平均发电量12.36亿kW·h。电站建成后接入湖南省电网，承担调峰、调频及事故备用等任务。其计算机监控系统按“无人值班，少人值守”和五凌远程集控设计，并与500 kV开关站同时正式投运。

2　计算机监控系统简介

白市水电厂计算机监控系统由中南勘测设计研究院和北京中水科水电科技开发有限公司共同设计，其H9000系统具有数据采集与处理、控制、人机联系、打印制表、故障记录与自诊断、远程集控的功能。主要控制功能有:机组正常开停机、事故停机、紧急事故停机、机组负荷调节、断路器、隔离开关、刀闸、机组进水口闸门、各辅助设备控制等，同时还具有整个电站自动发电和电压控制功能（AGC／AVC）。

3　系统结构及特点

3.1系统结构

白市水电厂计算机监控系统采用分层分布、开放式结构的总线型网络系统，计算机监控内管理。系统设有通讯服务器，负责本系统同其它部各节点的数据采集、交换，采用了开放的以太网Ethernet总线联接，现地工业总线采用MOXA公司工业控制总线。所有监控设备都按IEEE802.3标准连接到冗余的以太网上，并采用GPS卫星时钟系统对监控系统的计算机进行时钟同步。网络通讯介质采用光纤。监控系统分为全厂控制层上位机（H9000）和现地控制层（LCU）.

（1）全厂控制层（H9000）硬件采用HPZ600工件站，操作系统为可靠性较高的UNIX。负责全站的自动化功能、历史数据处理以及全站的人机对话。在中控室设置双机冗余操作员工作站（A、B站），实现生产过程的监视与控制，实现对电站的自动管理。系统设有通讯服务器，负责本系统同其它系统的通讯，如网调、省调、五凌远程集控、以及电厂内部的其他智能数据采集功能装置等。事故语音报警站也设在中控室，可同电话系统联网。另外，还设置工程师工作站、数据采集工作站、五凌集控服务器等。系统配有2台Cisco Catalyst3560系列100Mb/s的网络交换机，用于连接操作员工作站、服务器以及全厂5套现地控制单元（LCU）等设备。

（2）现地控制单元层采用按单元分布的原则，3台发电机组各设一个LCU，开关站、公用系统各设一个LCU。白市水电厂监控系统现地单元LCU采用法国施耐德电气公司的QUANTUM自动化平台，系统内所有PLC均为QUANTUM系列模块。LCU采用双以太网，通过工业控制微机以100Mb/s带宽速率与主机(上位机)通信。各现地控制单元直接完成生产过程中的实时数据采集及预处理，完成单元状态的监视、调整和控制以及与上位机的通信联络等功能。

3.2系统特点

白市水电厂监控系统的硬件采用多层次的冗余措施，如数据库采集站、操作员站、通讯服务器、五凌远程集控服务器、网络交换机、网络通道、LCU的数据采集与控制器、CPU模块、通讯模块、I／O通道、现地总线、机箱电源、机柜电源等，全部实现了冗余配置，由软件实现冗余设备的检测与故障诊断，实现冗余部件的无扰动切换，确保系统中某一部件的故障不影响系统的正常运行。故障设备由消缺人员及时处理，不影响机组的正常运行。

（1）双机冗余。全厂控制层主控站采用双机配置，正常情况下A站为工作主控站，B站为备用监视站。全厂只有主控站对所控制的设备下达控制命令，如调整负荷、开停机、操作辅机设备等等，其余的均为监视站，没有控制权限。中控室所设置的A站和B站可以相互切换为工作主控站，当A站发生故障可自动切至B站为工作站。现地控制层LCU也采用双机（采用140CPU67160.586/266M）热备结构。每套LCU有2个独立的CPU机架，每个机架内有1块电源，1块CPU主板和1块热备模件，2个CPU机架的热备模件之间有光纤热备电缆连接，用以实现数据传送，保证主备无扰动切换。每台CPU机架都接入工业控制局域网络（Modbus Plus）。双CPU热备方式运行时，热备用控制单元仅仅接收主控制单元送来的信息，它不执行控制任务，也不干预主控制单元的运行，但一旦主控制单元出现故障，则热备用控制单元自动承担主控制单元的任务，使整个系统的控制流程不会发生停顿，实现无扰动切换。

（2）双网冗余。监控系统采用了双光纤以太网。双光纤以太网工作方式采用同时工作（ALL INWORKING）的方式。这样，如果A网发生故障，B网可以零时间切换过去，增强可靠性能。

（3）与远程机箱的通讯连结冗余。LCU单元需要几个I／O扩展机箱，在Quantum系列PLC上，它有2种连接方式，一种是远程RIO（RemoteInput／Output）方式，一种是分布D10（Distributed.Input／Output）方式。白市水电厂采用的是RIO方式，它有多个扩展机箱，称为远程站（Remote.Drop），控制器与远程站I／O机箱采用双通讯通道，当任一通道故障或通道电缆断线，也能保证控制器与I／0机箱的正常数据交换通讯。

4　运行情况分析

白市水电厂监控系统投运以来，运行情况良好，取得了显著的效果，其表现在以下几个方面：

（1）减少了运行值班人员，改善了值班人员的工作环境，提高了值班人员的工作效率，实现了“减员增效”的目的，为实现“无人值班(少人值守)”和五凌远程集控创造了有利条件。

（2）监控系统采集的信息量大，实时性强，分辨率高，故障、事故、越限、状态变化、事故追忆等实时和历史事件能自动记录和打印，并记录各种操作和保护的动作顺序及时间，为值班人员及时发现设备缺陷，避免设备发生事故起到了积极的预防作用，为事故原因分析及消除事故隐患提供了充分的依据。

（3）对于值班人员的任何操作，系统都要检查命令的合法性和控制的闭锁条件，拒绝执行非法命令和不满足闭锁条件的控制操作命令，并提示拒绝执行的具体原因，对于满足条件的操作，还须进行确认，系统才执行操作任务。提高了操作的安全性和可靠性。

（4）白市监控系统开机仅需90 s，这不仅满足了电网调频调峰、事故处理的快速要求，同时也减少了开机过程中的水耗，提高了经济效益。白市水电厂监控系统自投运以来，极少发生主要设备损坏、系统“死机”等问题。系统连续工作时间长，利用率高，为安全生产提供了可靠的保障。系统的高可靠性、高稳定性使维护的工作量日趋减少，基本上达到免维护的要求。

5　系统完善措施

白市水电厂监控系统投运以来，经过多次流程和数据完善，稳定性和可靠性大大增强，完善后系统运行基本稳定。

5.1合理整定定值

由于部分模拟量越限值整定不当，致使监控越限报警频繁。通过合理整定模拟量限制参数，减轻监控系统控制单元的负担。

5.2强化信号回路反措

模拟量数据跳变、模拟量模块偶发性死机，使监控系统开停机受阻，原因为部分信号电缆的敷设不正确，信号电缆与动力电缆敷设在同一层桥架内，对数据采集处理系统的测量精度、系统稳定性和可靠性均有严重影响,有些现场干扰脉冲源可达千伏以上,致使计算机系统误动作，程序“飞掉”造成“死机”,甚至造成模拟量模块损坏。因此应按架空分层的原则进行敷设，动力电缆敷设于最上层,依次下来是电气控制、热控控制,最底层为仪表信号电缆。电力电缆与信号电缆间应保证有30 cm以上距离,用隔板隔离,而且避免平行走线。对模拟信号,特别是毫伏级低电平信号应采用带绝缘层的屏蔽双绞线，所有信号线的屏蔽层采用一点接地。

5.3加强系统定期检查维护

监控数据采集主要是实现现场过程和系统有关环境和控制信号的收集、处理和传输。系统所含数据主要由模拟量和开关量2大类，无论是模拟量还是开关量，其采样的准确性、可靠性和实时性对监控系统的主要性能指标都将产生直接的影响。为提高监控系统监视的准确性和控制的可靠性，专业人员采用通道测试仪器定期对计算机监控系统模拟量通道及电压值进行检查、测试，确实保障系统输入、输出通道的各项技术指标满足规程要求。

5.4提升自动化元件可靠性

外围自动化元件的好坏直接关系到监控系统能否准确反映机组状态，能否正确完成监控流程。实际运行中存在机组技术供水总阀、主轴密封供水电动阀动作不可靠，造成监控系统自动开停机时间延长或流程受阻。自动化元件的性能滞后直接影响了监控系统的总体性能的发挥，对电站自动化元件进行改造，消除自动化元件的异常和缺陷对监控系统造成的影响，使电站真正实现“无人值班（少人值守）”及五凌集控的可靠保证。

5.5硬件配置升级

网调、省调远动通信服务器经常中断、死机现象，是远动2台服务器配置较低、内存和磁盘空间不够，造成的操作系统与通讯协议兼容不稳定。为提高网调、省调远动上送数据的准确性、可靠性和实时性，升级改造服务器和操作系统（如五凌远程集控采用的HPDL380系列服务器和UNIX操作系统）。

5.6优化开机流程

在机组的顺序控制中为节省正常开机时间，提高开机效率，在机组开机流程中，同时开启技术供水、主轴密封供水主用阀；并判断技术供水、主轴密封供水示流信号；如主阀开启失败，进行逻辑判断后分别按顺序打开相应的备用阀。

5.7完善系统功能

在机组正常运行时，监控系统只监视各系统的运行状态，记录各种实时数据，接收各系统传来的故障信号，启动相应的控制程序和停机流程。对于机组保护、调速器系统和励磁系统，监控系统并不参与实时的系统内部控制，为保证机组在上述三个重要的系统完全失电失去控制时，在机组事故停机程序中增加机组A、B套保护、调速器、励磁主备系统交、直流操作电源同时失电等条件，让监控系统能启动事故停机流程，使机组安全停下来。