龙滩水力发电厂监控系统主控层优化与实现

2017-06-28李镇江王鹏宇王雨生孙晋东

水力发电 2017年4期

关键词：龙滩工作站电厂

李镇江,王鹏宇,王雨生,孙晋东

(1.龙滩水电开发有限公司龙滩水力发电厂,广西天峨547300；2.南京南瑞集团公司水利水电技术分公司,江苏南京211106)

龙滩水力发电厂监控系统主控层优化与实现

李镇江1,王鹏宇1,王雨生1,孙晋东2

(1.龙滩水电开发有限公司龙滩水力发电厂,广西天峨547300；2.南京南瑞集团公司水利水电技术分公司,江苏南京211106)

针对监控系统硬件设备与软件技术已逐渐不能满足现场使用的功能与性能要求的现状,龙滩水电厂于2016年对监控系统主控层进行整体优化改造,通过总结近十年的维护管理经验,在原有的功能基础上,开发创新出很多独特的软、硬件功能,解决了旧系统中存在的诸多问题。

监控系统；主控层；优化改造；龙滩水电厂

0 引言

龙滩水力发电厂第一期总装机容量4 900 MW,于2008年全部投产。龙滩电厂监控系统采用双光纤环网结构,兼顾了可靠性与经济性。主控层硬件设备主要采用Oracle公司V440服务器、Sunblad2500工作站与HP公司6400工作站。组态软件采用南瑞公司NC2000系统。主要配置了2台热备冗余的实时数据服务器；2台冗余的历史数据服务器,共用1套磁盘阵列；4台操作员工作站；1台工程师站；2台厂内通讯站；2台调度通讯站；1台培训工作站；1台WEB服务器；1台打印服务器。这套主控层系统的可靠性与稳定性在近十年的运行中得到了充分的肯定。然而随着时代的发展,这套系统无论是硬件配置还是软件功能,都已经不能满足龙滩电厂目前的使用需求，系统优化改造的必要性已经凸现出来。此次主控层系统的整体优化改造很好的解决了目前系统存在的问题,为今后相当一段时间的安全稳定运行打下了坚实的基础。

1 硬件问题与解决方法

1.1 硬件性能优化

旧系统主控层采用的V440服务器在数据处理能力上勉强还能满足需求,但CPU主频偏低,内存容量也只有2 GB,在近十年间,主控层不断增加新的功能与进程,导致主服务器CPU负载率与内存占用率都偏高,服务器处于长期高负荷运行状态,已经于2015年初损坏一台历史数据服务器。因V440服务器停产多年,备品备件采购困难,厂家的技术服务也已经不能继续,所以硬件设备的缺陷处理非常困难。历史数据使用的磁盘阵列容量为300 GB,而龙滩电厂7台机组一年产生的历史数据量为120 GB,除去基本数据,整个磁盘仅能存储一年半的数据。每年年中都必须删除上一年历史数据,导致查询历史数据困难。本次升级改造采用目前最新的硬件设备,数据处理与存储能力大大提升,新的硬件设备至少能存储十年的数据量,彻底解决了硬件性能方面的问题。

1.2 功能配置优化

(1)根据水电厂监控系统规程要求,电厂工作人员需定期将历史数据导出备份,并存放在指定的资料库中,龙滩电厂旧监控系统没有配置专门用于导出数据的工作站,工作人员只能使用临时工作站对数据进行导出,导出后的数据又要使用大容量移动硬盘拷贝出来,单独存放。需要使用历史数据时，又得进行长时间的导入工作,整个工作流程复杂,安全性低,效率也很低。为了解决以上问题,本次升级的新系统增配一台历史备份工作站,专门用于备份历史数据,此工作站的特点是配置不用太高,硬盘使用大容量快拆式抽屉硬盘,便于将备份的数据及时取出保存。

(2)在日常工作中,监控系统内部数据对外导出是一项很普遍的工作,然而这项工作最容易出现内、外网互联的风险。由于工作人员躲避繁琐操作流程的原因、由于专用存储介质管理不善的原因,使得从监控系统内网导出数据并向外部传输的过程中,具有很大的安全风险。为了解决此项问题,新系统将增配一台对外工作站,专门用于监控系统数据导出。增加的这台工作站位于控制大区以外,是经过单向隔离后的非控制区域。这台工作站利用新的单向传输技术,将控制区内的数据库与画面实时同步至对外工作站,这样就能够保持对外工作站内的数据库和组态画面与实时服务器中的完全相同。工作人员可以从对外工作站向指定的客户端导出相关数据,整个工作过程与控制区的设备完全隔离,避免了内外网互联的安全风险。

(3)龙滩电厂作为西部大开发的龙头工程,装机容量大,在南方电网中的地位非常重要。常常会作为南方电网新功能、新技术的配合开发电厂。龙滩电厂自投产以来,参与联合开发的项目有自动发电控制AGC、自动电压控制AVC、组合顺序控制信号上送调度等。这些项目的开发与完善基本都在龙滩电厂进行,然而每次入场调试都需要临时搭建调试环境,机房里的临时主机与临时工作站严重影响了机房的日常维护工作,也存在着一定的安全隐患。为了更好的完成调试任务,新系统增配一台调试服务器,专门用于监控系统新功能开发时的调试工作。增加的这台调试服务器正常运行时可作为备用的操作员站,一旦有调试工作,则可以从网络中解除,与移动工作站搭建成临时的调试环境。同时此工作站也可以作为专用的编译环境,完美的解决调试过程中的一切需求。

(4)旧监控系统主控层的UPS电源采用联络运行的方式,两台UPS电源各承担50%的负荷,然而其中一台发生故障时往往会影响到另一台正在运行的UPS。且共用母线一旦发生故障,两台UPS将同时退出运行,对主控层设备造成不可预测的损伤。新的主控层硬件设备全部采用双电源供电。改造新的UPS供电系统,由原来的双UPS联络运行改为双UPS并列运行。改造后每台UPS带一段母线,每段母线供服务器和工作站的一路电源,断开一路另一路仍能正常工作。电源可靠性增加的同时,对日常的维护也提供了很大的便利。

1.3 其他设备优化

完善监控系统审计功能,满足二次安防的相关要求。增加1台入侵检测服务器和1台网络审计服务器,并配置入侵检测系统、漏洞扫描系统、安全管理审计系统等,用于提高监控系统网络安全。升级监控系统对时装置,采用北斗、GPS双模的新型双星对时系统。具有NTP、直流B码、PPM、PPS、DCF77等多种对时信号。可满足龙滩电厂目前的对时需要,同时预留扩展与升级功能,为以后的现地LCU改造和全厂统一对时做好准备。

2 系统结构布局优化

龙滩电厂此次主控层的升级改造相当于更换电厂的中枢控制系统。新系统的整体布局也进行了一些创新，如图1所示。除GPS柜外,每两个机柜配一套KVM系统,由加长VGA线分别将两路显示延长至新的工作台(4个显示器),由加长控制线将4个KVM切换控制器延长至新的工作台面。如此一来,控制台上的4个显示器可以切换显示4个机柜中的所有服务器和工作站的界面。既方便工程师对设备进行快速的切换维护,又减少了显示器的数量节约了成本。中控室的操作员显示器与控制键盘因距离机房较远,必须采用延长方式,此次改造采用延长装置将鼠标和键盘延长至中控室,而显示则采用50 m加长VGA视频线直接将操作员站的主机与中控室的显示器相连。避免了延长装置传输视频信号受干扰的情况。

图1 KVM系统

图2 改造后的龙滩电厂监控系统结构示意

3 软件的优化升级与自主创新

3.1 自主创新软件的开发与应用

(1)新开发一键切换服务器节点的功能软件。此软件将用在调试服务器上,在调试服务器中预设多种节点状态,如：操作员站、主机服务器、厂内通讯站等。在调试工作中可通过下拉菜单一键切换节点状态,便于调试工作的进行。同时设置严密的逻辑闭锁功能,当工作站检测到系统内有相同节点时,闭锁调试服务器切换该节点的功能,避免系统中同时出现两个一样的节点,造成系统冲突。调试服务器的网络一旦断开,将自动恢复至默认调试服务器节点并自动重启生效,这就避免了工作人员忘记切换服务器节点,直接将调试服务器接入主系统的情况。此软件的出现为现场工作提供了很大的方便,不必再临时修改多个系统文件来切换节点功能,也不会因误改系统文件导致服务器启动失败,更不会因为人为误操作导致系统冲突。

(2)新开发基于FTP技术的单向传输软件。本次改造将此软件用在主机服务器与对外工作站上,在经过正向隔离的同时,将实时服务器上的最新数据库与画面报表、画面、报表等文件同步至对外工作站。使对外工作站中的数据保持最新,以便于向外导出最新的数据。此软件的特点是既实现了控制区与非控制区的单向隔离,又能将控制区的非数据类文件“跨境”传送到非控制区。这样即保护了系统的安全,同时能够灵活的完成对外工作任务,成为此次升级改造的一个创新点。

(3)新开发自动备份软件。此软件用在历史备份工作站上,定期将历史服务器中的数据备份至本地硬盘当中,当本地磁盘容量达到设定上限时自动弹出报警窗口,提醒维护人员更换硬盘。以往备份数据都是靠人为操作,每个月备份一次,往往工作一忙就容易忽略。有了自动备份软件就解决了以上问题。

(4)新开发定期自动保存与打印报表软件。老版的NC2000系统没有自动保存报表的功能,此次开发的软件多了自动保存功能,在不违返档案管理规定的情况下,尽量使用电子报表存档,不但节约纸张,而且便于保存。在原系统上优化自动打印功能,避免服务器出现死机或网络故障的情况,在必要的情况下能够自动打印报表,减轻运行人员的工作量。

(5)将原来两台厂内通信站的通讯功能集合至一台通信机,另一台作为热备用通信机。这样两台通信机才真正实现了互为备用。此项改造是考虑到龙滩电厂目前只有五个系统与厂内通信站进行通信,用一台工作站完全能够满足功能要求,没有必要分开两台,且如果分成两台则相互没有备用,一台通信机故障必然导致部分系统通信中断。而集合在一台通信站后,可以两台工作站互为热备,安全可靠性得到很大的提高。

3.2 组态软件升级优化

龙滩电厂主控层组态软件由南瑞公司NC2000系统升级为NC2000-3.0系统。相对于旧版系统,新系统的优点有4点。

3.2.1 更全面的数据统计分析工能

NC2000-3.0在历史数据查询与分析方面,比老系统有了很大的进步。模拟量曲线查询从原来的四条增加到目前的12条曲线同时查询,简报窗口也支持最近1000条简报保存功能。不仅仅能对测点数据进行简单的查询,还可以设置一定的逻辑条件,对历史数据进行筛选查询,对设备运行情况进行统计分析,拥有了一定的趋势分析的功能。为技术人员进行设备分析提供了更为方便的查询功能。

3.2.2 更友好的测试界面

NC2000-3.0在很多功能界面上都做了优化,比如测点索引界面,工程人员常常使用这个画面进行功能测试。老系统的界面是单个测点下拉界面显示,不便于同时观察和强制多个测点属性。新系统采用了更加直观和方便的界面,与数据库修改界面统一起来,即方面操作,又方便多台服务器之间的数据对比调试工作。

3.2.3 非常方便的自动巡回检查功能

NC2000-3.0在系统中集成了一个系统结点状

态显示界面。此界面可以实时显示系统结构中所有服务器与工作站的工作状态。比如各服务器中正在运行的程序进程情况、各服务器的内存运行情况、CPU占用率、对时情况和系统温度等。有了这个自动巡回界面,并定期将巡回结果自动保存在指定的存储器上,大大将低了维护人员的工作量。也为设备的安全运行提供了更全面的分析数据。

3.2.4 更完善的报表编辑功能

NC2000-3.0在报表编辑功能上有很大的进步,把以往繁琐的连点工作进行了非常智能的升级,大大提高了报表编辑工作的效率。在报表中不仅能连接相关测点,显示实时数据，还可以设定连接测点的高低限动作时间,动作次数等数据。在报表显示方面也做了很大的改进,不仅能显示报表数据,还能够以多种图型的方式显示历史数据的趋势情况。为设备的运行、分析提供了更为直观的报表数据。

4 结语

龙滩电厂监控系统主控层的升级改造,一切从实际应用出发。总结了近十年的维护管理经验,在原有的功能基础上,开发创新出很多独特的软、硬件功能,解决了旧系统中存在的诸多问题。硬件选择方面,紧跟时代的发展,选择当今主流成熟的硬件设备,在保证性能得到满足的同时,追求平稳安全的运行。软件开发方面,充分考虑现场实际的应用,功能简单而实用,逻辑缜密安全性高,创新功能凝聚着技术人员多年的智慧结晶。改造伴随着创新,创新推动着进步,龙滩电厂正在全厂技术人员的努力下,走向一条创新发展的道路。

[1]孔德宁, 段中平, 李镇江, 等. 龙滩水电站计算机监控系统结构及特点[J]. 水电自动化与大坝监测, 2007, 31(4): 7- 11．

[2]DL/T 578—2008 水电厂计算机监控系统基本技术条件[S]．

[3]DL/T 822—2012 水电厂计算机监控系统试验验收规程[S]．

[4]DL/T 1074—2007 电力用直流和交流一体化不间断电源设备[S]．

[5]DL/T 5065—2009 水力发电厂计算机监控系统设计规范[S]．

(责任编辑高瑜)

Optimization and Achievement of Main Control Layer for the Monitoring System of Longtan Hydropower Plant

LI Zhenjiang1, WANG Pengyu1, WANG Yusheng1, SUN Jindong2

(1. Longtan Hydropower Plant, Longtan Hydropower Development Co., Ltd., Tian’e 547300, Guangxi, China; 2. Water Resources and Hydropower Technology Branch, NARI Group Corporation, Nanjing 211106, Jiangsu, China)

Because the hardware and software of the monitoring system in Longtan Hydropower Plant has been unable to meet the status quo of functional and performance requirements, the main control layer of monitoring system is optimized and transformed in 2016. Based on the summarization of maintenance and management experiences in past 10 years, some new and unique hardware and software functions are developed for the monitoring system, and many problems of old monitoring system are also solved．

monitoring system; main control layer; optimization and transformation; Longtan Hydropower Plant