PCS—9150水电站计算机监控系统改造实现

蔡丹 牛洪海 蔡金华 吴佳胜

【摘要】本文介绍了云南棉花山水电站计算机监控系统的改造情况，对改造过程中的注意事项及解决方案进行了讨论，提出改造主要配置及新系统的特点。

【关键词】水电站计算机监控系统；改造

引言

云南棉花山水电站电站装机容量16MW，站内布置卧式水轮发电机组4台、主变压器2台，采用二机一变的扩大单元接线。电站建于1987年，于2005进行过一次扩容改造，采用国内某公司的水电监控系统，目前该系统已投运满10年，为了适应水电站“无人值班，少人值守”的要求，电站于2016年3月再次进行系统改造。

为了充分利用以前的硬件设备投资，此次改造只改造二次设备，二次电缆基本要求保持不动，故前期现场调研时需要尽可能考虑到现场设备布置、二次电缆走线问题，防患于未然。需要充分了解原屏柜的布置，尤其是端子的布置，改造的屏柜端子须参照原屏柜的端子布置顺序。

1、原监控系统不足

原计算机监控系统是某公司的HSC2000监控系统，于2005年完成设计投運，采用分层分布式，共分2层，厂站监控层和现场控制层，网络结构如图1所示。

1）厂站监控层

厂站监控层包含2台主机兼操作员站，1台厂内通信工作站，1台远动工作站。

2）现地控制层

现地控制层共有5套LCU，分别为1～4号机组LCU，公用LCU。网络采用双星型网络架构。各LCU具备较强的独立运行能力，在脱离上位机的状态下能够完成其监控范围内设备的实时数据采集处理、设定值修改、设备工况调节转换等任务。现地控制层PLC采用美国GE公司的GE 90-30系列PLC。

原监控系统主要存在以下不足之处：

1）由于这套监控系统投运时间已过10年，设备和自动化元器件老化、过时，部分元器件已经更新换代，很难购买备件，设备故障率逐渐上升。

2）GE PLC未配置SOE模件，事件分辨率较低。

3）机组LCU未配置单点同期装置，导致在现地操作单元机组并网时，需要去公用LCU屏操作查看并网状态（在公用LCU屏设置多点同期装置）。

4）原机组LCU屏柜未配置串口通讯装置，导致温度巡检仪等仪表显示的温度无法通讯送至操作员站监视，增加了巡检强度。

2、改造方案

改造方案基于新的计算机监控系统能全面实现“无人值班，少人值守”进行功能设计和设备配置，以安全可靠，技术先进，经济合理为基本原则。

监控系统结构仍分为2层，网络结构图如图2所示。

1）厂站监控层

还是配置2台主机兼操作员站，2台主机互为冗余。工作站配置采用当前主流配置。

取消厂家通讯工作站，改配置为1台工程师站，专门用于维护下位机组态及上下机画面、报表等功能，工程师站可兼做操作员站。励磁、调速器、直流、温度巡检仪等需要通讯的设备通过PLC的串口板卡直接通讯。

取消远动工作站，改配置为电力专用的远动装置PCS-9799，远动装置为无硬盘无风扇的专用装置，数据直采直送，通过专用通道点对点方式以及站内的数据网接入设备向各级调度传送远动信息，满足调度自动化的要求，能同时适应通过专线通道和调度数据网通道与各级调度端主站系统通信的要求。同时PLC具备直接接收远动装置下发的各个调度中心的遥控/遥调指令。

2）现地控制层

现地控制层仍配置5套LCU，分别为1～4号机组LCU，公用LCU。网络采用双星型网络架构。增加1面远动柜，用于放置远动装置及GPS对时装置。

各LCU配置南瑞继保自主研发的PCS-9150系列PLC，取消原屏柜上众多状态指示灯和操作按钮，增加1台10”触摸屏，实现就地LCU的现地控制，使屏面布置简洁明了。保留远方/就地切换把手及紧急停机按钮。

增加操作层级控制权限，操作层级分为3层，优先级从高到低依次为现地控制层，厂站监控层，远动控制层。在LCU屏柜上设置远方/就地切换把手，用于现地控制层与厂站监控层的控制权限切换。在厂站控制层的监控后台画面设置厂站控制/远动控制软切换把手。只有在远动控制模式下，远动控制层下发遥控/遥调指令才有效。

机组LCU增加PCS-9659D自动准同期装置及手动同期，公用LCU仍然配置多点自动准同期装置（用于线路同期），把机组的同期功能移至机组LCU的单点同期装置实现。

PCS-9150系列PLC是南瑞继保历经多年研究开发的一种全新的智能分布式过程控制器，控制器自身集成两个上位机百兆网口（无需像GE PLC一样需要额外配置1块网卡），自动支持GPS/北斗对时（网络NTP对时、串口B码对时、光口B码对时等），无需额外配置。

PCS-9150 PLC支持双电源配置（AC/DC 110V～220V宽压设计），无需配置交直流双供电装置。

DI板卡和SOE板卡采用同一块板卡，仅通过软件设置板件类型，减少现场板卡种类。SOE时标由板卡产生，时间更精确，SOE精度<1ms。

PCS-9150系列PLC控制器相比西门子、施耐德等PLC有以下特点：

1）一体化设计，机箱式结构，工业级防护外壳，抗干扰能力强；

2）配套标准算法模块，包括各种PID、自整定控制模块、算术逻辑运算、模拟量/开关量手操器、操作器、超前滞后、数字逻辑等，可定制生成其它特殊算法，如状态变量和模糊算法；

支持功能块图组态，所见即所得。在线监视时功能块有背景色指示状态，方便快捷；

3、改造系统优点

南瑞继保的PCS-9150水电站计算机监控系统具备灵活开放的体系结构，实时、海量数据库，全面支持IEC61850/103/ModbusTCP/OPC等标准规约，图模库一体化建模，友好的人机界面，支持离线维护、在线无扰更新等高级功能。

主机可设置为多节点互为备用，值班节点故障，备用节点自动切换为值班状态。

系统功能模块可方便的进行裁剪和扩充，“即插即用”，适合多种用户需求。

监控系统支持厂级AGC发电控制及自动电压控制，根据系统对电站的要求，如调功、调频等运行方式，对系统的频率、稳定极限进行监视，自动进行有关电站机组起、停控制，机组有功/无功功率自动调整，减轻运行人员的劳动强度，提高电能生产质量，满足新型电力市场对电力生产单位电能质量的要求。

监控系统预留WEB信息发布系统接口。随着计算机信息技术及网络技术的发展，水电站ONCALL功能逐渐被WEB发布功能所替代。通过WEB信息发布服务器，管理信息系统不再需要与监控系统进行复杂的数据规约转换及数据通讯，也不需要存储和管理这些数据，客户端只需采用IE浏览器，建立一个网络链接，运行管理人员便可访问WEB服务器，浏览查询现场设备及系统的运行情况。

手机APP应用作为WEB发布的补充，目前也逐步推广到小水电站的远程监视中。通过Web发布，安全分区隔离，可定制水电站监控系统手机APP应用，通过手机APP应用浏览，运行管理人员可实时了解现场设备运行状态，为“无人值班，少人值守”提供更为便捷的浏览方式。

4、结束语

南瑞继保PCS-9150系统在棉花山水电站计算机监控系统的成功改造，为同类型的机组改造工作提供了丰富的经验。棉花山水电站改造从2016年3月开始改造，仅化了20天时间就完成了4台机组LCU、公用LCU，以及上位机监控、通讯等全部软硬件的改造工作。目前系统稳定运行。在如此短的时间内完成水电站计算机监控系统改造的经验可为其它同类水电站改造提供经验与借鉴。

参考文献：

[1]DLT_5065-2009 水力发电厂计算机监控系统设计规范

[2]李东风，程锐.重庆鱼跳水电站计算机监控系统改造实现与探讨.水电自动化与大坝监测，2013，37（5）

[3]邓小刚，等.廖芳水电站计算机监控系统改造的实现.水电站机电技术，2009，32（3）