NC3.0计算机监控系统在亭子口水电厂的应用

金 鹏

(嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川 苍溪，628400)



NC3.0计算机监控系统在亭子口水电厂的应用

金 鹏

(嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川 苍溪，628400)

亭子口水电厂计算机监控系统，采用南京南瑞自动控制有限公司研制、开发的NC3.0监控系统。该系统自2013年8月投运以来，运行稳定，功能扩展便利。文中从NC3.0监控系统在亭子口水电厂的实际应用出发，介绍了系统结构、特点、配置以及功能实现。

水电厂主控层 现地控制单元 南瑞NC3.0监控系统

计算机监控系统的普及，是实现电厂无人值班(少人值守)的前提之一。构架可靠的控制系统和安全高效的网络平台、实时数据平台、数据库平台，直接影响着电力生产的全过程。本文基于南瑞集团NC3.0监控系统在亭子口水电厂的实际运行情况，就该厂NC3.0监控系统的结构、特点、配置以及功能实现，进行了初步探索。

1 监控系统的结构

亭子口水电厂监控系统采用全计算机控制的分层分布全开放式系统结构，系统分为按功能分布主控层和按对象分布的现地控制单元层组成。主控层设备包括操作员工作站、数椐服务器站、调度通讯通信工作站、厂内通信工作站、工程师工作站、报表及电话语音报警工作站、WEB数据服务器、外设服务器、GPS时钟同步系统、模拟屏驱动装置及模拟屏、UPS电源及网络设备等。现地控制单元层包括7套LCU。其中，机组LCU4套、开关站LCU1套、公用设备LCU1套和大坝LCU1套。主控层和现地控制单元层通过2台交换机相连，组成双冗余1000Mbps星型以太网，交换机通过屏蔽双绞线与主控层各工作站相连，通过多模光纤与各现地控制单元相连。网络上接入的任一设备都具有自己特定的功能，实现功能的分布，保证了网络上节点设备中任一部分故障或不工作，均不影响系统其它功能部分的运行。网络节点设备资源相对独立，又可为其它节点共享，为今后功能扩充提供了较大的方便。系统以手动优先、下层优先的方式设置必要的硬件和软件闭锁，使运行操作人员能方便地在各控制层之间、计算机控制与现地控制设备之间选定对设备的控制权，对无控制权的控制设备进行闭锁。

2 系统功能

2.1 主控层功能

主控层从LCU实时采集反映全厂主要设备运行状态和参数的各类数据，如通信量、模拟量、脉冲量、交流量、扫查开关量和中断开关量等。并对全厂主要设备进行集中监控管理，主要包括设备调节控制、工况转换及参数设置等操作、防误操作输出闭锁、报警记录及历史查询、事件顺序记录、事故追忆、温度趋势报警与分析、事故语音报警、画面软拷贝、生产统计报表生成、系统数据库管理等功能，实现自动发电控制(AGC)和自动电压控制(AVC)等高级应用；并与省级调度进行通信，提供反映设备实时状态的遥信、遥测数据，接收四川省调下发的遥调、遥控命令。

2.2 现地控制单元层功能

LCU作为监控系统的底层控制设备，主要是完成各类数据的采集与预处理，并定时、随机或响应主控级的召唤，向主控级发送采集的数据和各类报警信息；同时，接受主控级的控制命令，进行有效性检查和核对后执行。而当主控级出现故障或退出运行时，LCU仍能正常运行，就地实现对设备的基本监控功能。如数据采集、处理和设备运行监视，设备调节控制，工况转换及参数设置等操作，事件顺序记录，硬件自诊断功能，并进行在线诊断报警。

3 系统配置

3.1 主控层配置

3套操作员工作站，均采用简体中文Lniux操作系统、NC3.0系列应用软件。其中，操作员站1和操作员站2为厂内操作员工作站，布置在中控室，两站并行运行；操作员站3为大坝操作员工作站，布置在泄洪闸集控室。操作员工作站的功能包括图形显示、定值设定及变更工作方式等。运行人员对电厂生产、设备运行做实时监视，控制及调节命令发出操作，报表打印等人机界面功能。操作员工作站配置声卡和语音软件，用于当被监控对象发生事故或故障时，发出语音报警提醒运行人员。各站从LCU实时采集反映全厂主要设备运行状态和参数的各类数据，更新数据库并广播发送至上位机所有站点，运行AGC/AVC后台程序，同时作为人机接口，供运行人员对全厂主要设备进行集中监控。

数据服务器站配置为1套实时数据服务器(2台)，1套历史数据服务器(2台)，包含1套光纤磁盘阵列。历史数据服务器采用集群采用Lniux操作系统，以冗余方式工作。每套系统工作站采用双机热备用工作方式，任何一台计算机故障，系统仍可正常运行。2台历史数据服务器与1套磁盘阵列，通过双FC光纤通道RAID5卡及光缆连接，监控系统数据中数据存放在磁盘阵列中，并另设1台历史数据备份服务器。历史数据服务器集群主要实现控制的信息管理、历史数据以及历史事件的显示、存储和归档，并提供应用软件的历史数据和曲线查询服务，历史数据保存周期不少于一年。

实时数据工作站由2套服务器组成。实时数据服务器实现实时采集、实时数据库管理、综合计算、高级功能AGC/AVC计算和处理、事故故障信号的分析处理，以及NC3.0系统的管理功能。实时数据站采用双机热备工作方式。

2套调度通讯工作站互为热备，主要负责和上级调度中心的光纤网络和专线的连接、协议及标准的转换等，用于连接华中电力调度中心和四川省电网调度中心。

2套厂内通讯工作站主要负责连接厂内和厂外的其他外接系统或设备。如机组状态监测系统、全厂消防系统、暧通控制系统、10kV厂用电系统、400V厂用电系统、通信动力环境监测系统、水调系统、110kV变电所监控系统等。主要向厂内各类保护设备发送实时信息，反映设备实时状态的遥信、遥测数据。

工程师站1台，采用简体中文Lniux操作系统，用于进行设备维护、程序开发、调试以及培训仿真等功能。

1套报表及电话语音报警工作站，主要完成报表的生成及打印、语音报警、电话查询、事故自动寻呼(ON-CALL)、移动短信息群发等功能，配有扬声器，当事故发生时，可立即按事先定义实现语音报警和光字牌显示功能。

GPS时钟同步系统，能同时接受GPS信号和北斗信号，GPS主时钟和北斗主时钟放在计算机房，接收天线装在室外，冗余热备份同步对时系统为监控厂站层和故障信息处理系统提供串行时钟信息，并为现地LCU及其它设备提供对时信号。信息管理工作站通过网络，为厂站层各计算机节点提供时钟信号来使各节点时间同步。

UPS电源系统按照UPS的容量为总容量的125%的要求计算，采用了两套并联冗余UPS，2台30kVA并联冗余方式运行的UPS平时各自带50%的负荷，使整个电源系统的总容量可以扩展到60kVA。当其中1台主机出现故障时，另一台主机自动带100%负荷，当故障主机恢复运行后，两台主机自动平均分配负荷。如果2台主机均出现故障，所有负载将自动切换到旁路运行。所有的切换无扰动，电压输出波型连续。每套UPS采用2路交流380V和2路直流220V电源输入，输出交流220V稳定电源,1路检修旁路交流220V电源。同时，UPS将所有的状态、故障信息以无源接点的方式送给监控系统。

网络设备：1套WEB数据服务器通过设置防火墙(配置相应网络隔离设备)，在保证监控系统安全的前提下，用于与电站MIS系统连接，授权对象可通过INTERNET浏览电站设备的运行情况，并对历史数据进行分析处理。1套WEB发布服务器，用于电站主要设备信息包括状态监测趋势的图形化显，并生成相关分析报告和报表，为预防性维护提供可靠的依据。

外设服务器：1套主要负责连接并管理各种公用的外设，配置2台A3幅面黑白网络激光打印机、2台A3幅面彩色网络激光打印机、激光刻录机和其他外设设备。打印机用来完成监控系统的各种打印服务功能。

3.2 现地控制单元配置

现地控制单元层全部7套LCU，均采用目前在热备技术和模块带电插拔能力方面最优的施耐德Quantum系列PLC，能在13ms～48ms内完成主从机无扰动切换，所有模板均支持带电插拔，分别还配置了智能液晶触摸屏、自准同期装置、手准同期装置、交流采样装置、水机保护装置、功率、电压、电流变送器等设备。

QuantumPLC采用双CPU加触摸屏直接上网的方式，使用CHS实现双机光纤互联，NOE上双以太网，采用远程I/O扩展模式，全部I/O测点和控制输出插箱均由CRP、CRA和同轴电缆组成的双冗余远程I/O网连接。双CPU还通过MB+网，与交流采样装置、便携工作站以及各外部设备(如调速器、进水口闸门、技术供水装置、中压低压空压机、检修渗漏排水泵等设备)通信。

4 系统特点

对于LCU来说，它与系统其它结点的连接方式，或说组网方式，现在普遍采用以太网，而且采用光纤作为介质。单网的可靠性已经很高，但考虑其它不可预见的机械物理等因数，可以考虑采用双光纤以太网。

亭子口电厂计算机监控系统采用了双光纤以太网。从LCU(PLC)而言，它的双光纤以太网工作方式不需要切换，而且是同时工作(ALLINWORKING)的方式。这样，不需要切换，一旦A网故障，B网可以零时间切换过去，由此可以获得很高的性能。这是由Quantum系列PLC的以太网实现的功能。

双机热备的实现有两种放方式，一是硬件方式，一是软件方式。硬件方式如施耐德公司Quantum系列PLC双机热备、通用电气公司GE90-70系列双机热备等；软件方式如通用电气公司GE90-30系列双机热备有一般硬件方式，性能比较好。但是不管那种方式，都要达到无扰切换，也就是切换的过程要保证控制连续进行、数据不丢失，这一点非常重要。

亭子口电厂计算机监控系统采用了施耐德公司Quantum系列PLC双机热备结构。当主控CPU故障或电源失去时，自动切换到备用CPU，备用CPU自动升为主控CPU，实现无扰切换。当进行维护时，可以手动进行主、备单元的切换。这样，可以提高可靠性指标。

电源冗余方面，该厂主控层设备采用集中供电，两套交流不间断电源构成双电源并列供电，UPS交流电源分别取至厂用400V公用电Ⅰ组Ⅰ段和Ⅰ组Ⅱ段，除双交流电源外，还有2路直流电源电源，分别取自开关站直流母线Ⅰ段和Ⅱ段,另设一个维修旁路输出，充分保证了主控层的供电可靠性；机组LCU、公用LCU及开关站LCU其他专用监控装置，采用南瑞公司交直双供电插箱FDPM，其专用一路直流电源及一路交流电源分散供电。采用交直流不间断供电，均是为了确保监控系统的用电，即使在全厂交流停电的情况下，监控系统也可由蓄电池的直流电源继续工作一段时间，为该厂监控系统的稳定工作提供了可靠电源保证。5 结语

该水电厂使用的NC3.0计算机监控系统，具有技术运用较为先进、功能齐全、高冗余度、高可靠性、人机界面友好、维护方便等特点。自2013年8月投产以来，系统运行稳定，投运成功率高，为该水电厂提高设备安全运行及自动化水平，实现“无人值班”(少人值守)作出了重要贡献。

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TP273：TV

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2095-1809(2015)06-0064-03