紧水滩电厂计算机监控系统改造方案的设计与实现

段文华，束炳芳，俞鸿飞

（国网浙江省电力公司紧水滩水力发电厂，浙江 丽水 323000）

紧水滩电厂计算机监控系统改造方案的设计与实现

段文华，束炳芳，俞鸿飞

（国网浙江省电力公司紧水滩水力发电厂，浙江 丽水 323000）

介绍了紧水滩电厂梯调及紧站计算机监控系统的总体结构，并着重阐述了梯调及紧站计算机监控系统改造方案与具体实施的技术特点。

水电站；监控系统；改造；方案设计

1 前言

紧水滩电厂总装机容量385.8 MW，下辖紧水滩水电站（以下简称紧站）和石塘水电站（以下简称石站），其中紧站装机6×50 MW，石站装机3×28.6 MW，以担任系统调峰、顶事故出力为主要任务。梯级调度（以下简称梯调）系统设在丽水，石站与丽水相距37 km，紧、石两站相距25 km。丽水梯调对紧、石两站进行远方监控以及流域梯级经济运行和优化调度管理，调度信息上送浙江省调及丽水地调，并实时接收省调AGC、AVC指令。本次改造前，紧水滩电厂梯调运用的是2005年建设的南瑞NC2000水电厂计算机监控系统，紧站运用的是2005年改造升级的水科院H9000水电厂计算机监控系统，石站为2005年改造升级的南瑞NC2000水电厂计算机监控系统。紧水滩电厂监控系统计算机及网络设备已运行10多年，上位机服务器、工作站运行性能下降，硬件故障的风险增大。紧、石站采用以GE 9030 PLC为核心的现地控制单元（LCU），连续运行多年（PLC主体模件运行超过17年），模件及自动化元器件老化严重，故障发生率高，备品备件采购困难。

本次改造内容为：丽水梯调计算机监控系统（以下简称梯调监控系统）改造、紧站计算机监控系统（以下简称紧站监控系统）改造、石站计算机监控系统（以下简称石站监控系统）改造，电站LCU盘柜全部更换并逐步接入新系统。因设备改造周期长，过程中梯调、站调新老两套监控系统需同时运行。鉴于此特点，如何在改造过程中与原系统进行通信，实现系统间的无缝连接，最小程度的减少对电厂运行的干扰和避免调度数据的中断成为本次改造的重点。本文主要阐述梯调及紧站监控系统的改造方案及具体实施。

2 梯调及紧站监控系统的总体结构及改造方案

2.1 梯调监控系统总体结构及改造方案

梯调监控系统总体网络结构如图1所示。紧水滩电厂计算机监控系统采用全分布式一体化的全厂集中监控方案，梯调监控计算机与电站上位机、电站上位机与现地控制单元之间的通信联系采用冗余星型交换式1 000 Mb/s光纤以太网的方式。在网络结构和硬件布置方面严格按照电力监控系统安全防护“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”的原则要求。梯调改造方案如下：

（1）在丽水梯调新建一套完整的H9000 v4.0计算机监控系统上位机设备，具备数据采集，运行操作，历史数据存储及查询等完整功能。紧站、石站调度系统由丽水梯调统一管理。同时，承担与电网调度自动化系统接口的任务：上送两站生产信息至电网调度自动化系统，接收电网调度自动化系统下达的AGC、AVC命令，转发到电厂监控系统。

（2）在梯调改造过程中，采用新、老系统并列、独立运行的方式，老系统继续承担紧站、石站未改造LCU的数据采集与控制，并实现紧站、石站与省/地调的数据通讯；新系统通过扩大厂站的方式承担石站和紧站已改造LCU的数据采集与控制。

（3）待紧站、石站监控系统全部改造完成后，梯调新系统接管老系统承担紧站、石站监控系统的数据采集与控制，并实现紧站、石站与省/地调的数据通讯。

2.2 紧站监控系统总体结构及改造方案

紧站监控系统总体网络结构如图2所示。

紧站厂站层改造方案为：采用新老系统并列运行的方式，首先完整搭建新系统上位机平台，与原系统并列运行。机组现地控制单元逐台改造并接入新系统，由新系统监控；未改造机组由原系统监控。其中，着重把握的有以下几点：①过渡期新系统需将已改造完成机组数据通过IEC104规约通信传输给原系统；②过渡期AGC/AVC等应用仍在原系统上位机运行，对已改造机组的指令通过新系统上位机转发；③过渡期电厂与省/地调通信的任务由原梯调系统承担。

紧站现地层改造方案为：结合设备检修将原LCU屏柜完全拆除，安装新LCU屏柜，依次接入新上位机。新LCU改造后的特点：①LCU采用GE PAC RX3i系列PLC，CPU模块选用IC695CPE330，通讯总线采用Profinet，安全性及可靠性显著提高；②设备控制采用顺控流程，PID调节采用ST编程，逻辑清晰方便监视；③LCU利用通讯管理装置以串口方式与厂内励磁装置、调速器、温度巡检装置、交流采样装置及保护装置等外部设备进行通信，安全可靠；④LCU设置单独水机保护PLC，采用独立于主PLC的交、直流工作电源，为机组提供水机事故冗余保护，安全性能提高。

图1丽水梯调计算机监控系统网络结构图

图2紧水滩电站计算机监控系统网络结构图

2.3 梯调及紧站监控系统改造期间的系统结构及过渡方案

梯调及紧站监控系统改造期间的系统结构如图3所示，梯调及紧站监控系统改造期间的过渡方案如下：

（1）紧站新系统上位机平台搭建。在紧站架设新系统的主机、操作员站、工程师站，搭建新系统网络平台，安装上位机H9000 V4.0系统，配置主干网络交换机。

（2）紧站新系统上位机平台与原系统上位机互联。将新系统语音报警/报表工作站、历史数据服务器作为过渡通讯机，接入新系统网络，两块网卡接入原系统主干网络，在原系统两台通信服务器及新系统语音报警/报表工作站、历史数据服务器上分别部署IEC104主站及子站通信程序，实现新系统数据向原系统的上传，以及原系统指令向新系统的下发。

（3）新系统主从互备。将旧系统两台通信服务器设定为互备通信主站，新系统将语音报警及报表工作站、历史数据服务器设定为互备通信从站，从而实现通信主、从站的冗余互备功能。

（4）紧站新系统接入梯调新系统。将紧站新系统网络与梯调新系统主干网直连；将梯调新系统的数据采集服务器配置为对紧站LCU主采集服务器，紧站侧数据采集服务器为后备，完成扩大厂站功能。

（5）LCU改造接入。结合机组检修逐台改造现地LCU，LCU改造完毕后，除了需完成与新系统上位机平台联调外，还应完成新系统对旧系统的过渡数据通讯以及AGC/AVC相关控制/调节功能。

（6）新系统与省/地调通讯调试。待紧站和石站LCU全部完成改造后，新系统接管老系统对紧、石站所有LCU单元实施数据采集和控制，并将完成新系统与省/地调通讯调试，将紧水滩电厂与省/地调通讯功能全部转移到新系统上。

（7）新系统AGC/AVC试验。LCU改造完毕，省/地调业务倒换正常后，在新系统上进行整体AGC/AVC试验。

（8）原系统设备全部退出运行。

图3紧水滩电站及梯调过渡期间计算机监控系统结构图

3 梯调及紧站监控系统改造实施的技术特点

（1）计算机监控系统上位机软件采用基于UNIX/LINUX安全操作系统的监控软件，严格遵循电力监控系统安全防护要求。

（2）计算机监控系统采用开放式分层、全分布的系统结构，数据库实行全分布管理方式。计算机监控系统按网络结构分为3层：梯调控制层、厂站控制层和现地控制层。设备分别布置在丽水梯调、紧水滩站调及各现地控制单元。

（3）在厂站监控机房里面设置2套冗余的工业级网络交换机，用以连接梯调、厂站控制级计算机设备以及各现地控制级LCU，保证数据在1 000 M冗余双星型网络中高效、快速通讯。 每个交换机上配置千兆RJ45电口，用于连接系统中主要工作站及系统中各服务器；千兆光口用于连接系统中各现地LCU及梯调。

（4）监控系统设备按双网双电源配置。现地控制单元内的PLC选用高性能、高可靠性的国际主流品牌产品，由冗余电源供电，保证系统可靠性。

（5）在梯调监控机房设置2套冗余的工业级网络交换机，用于梯调各服务器/工作站、调度通讯以及电站级网络间数据交互。设置2套冗余路由器、接入交换机，经纵向加密认证装置连接省调接入网、地调接入网，完成紧站、石站生产控制大区信息业务传输。

（6）调度自动化信息采用一体化模式。基于同一平台，通过光纤网络从梯调数据采集服务器直接对紧站现地控制单元采集数据信息，经骨干网交换机进行数据交换，梯调通过通讯服务器将信号传送至省调和地调，完成调度对紧站的综合监控功能，并能有效满足数据上送实时性要求。

4 改造过程中典型问题及解决

4.1 新旧系统时钟一致性问题

在机组LCU改造调试过程中，遇到了从旧系统向新系统下达AGC/AVC调节指令时，新系统收到指令但不执行的情况。通过检查发现，过渡通讯服务器的同步时钟对时进程中断，新老系统的时钟不一致，造成新系统下发的AGC/AVC调节指令校验无效，没有执行。通过升级过渡通讯服务器对时程序，保持新老系统时钟同步，解决了问题。

4.2 数据采集站主从站间频繁切换问题

紧水滩电厂监控系统采用的是扩大厂站网络结构方式，在梯调和厂站端各有两个数据采集站，正常情况下数据采集主站在梯调，当厂站数据采集站判断梯调两个数据采集站都故障或站调与梯调网络全部中断时，数据采集功能从梯调切到站调。在改造调试过程中出现梯调数据采集站与站调数据采集站权限频繁切换问题。经检查此现象主要与网络状态诊断相关，当数据采集服务器检测网络通道全断时，就会进行备用系统切换，网络状态恢复又切回默认主采。通过优化网络诊断逻辑，明确网络实际状态判断，有效避免了服务器异常切换问题。

5 结语

紧水滩电厂计算机监控系统改造从2016年初开始实施，截至目前，机组部分已基本改造完成投运，从运行情况来看，升级改造的方案是成功的，改造后的系统可靠性大大增强。过渡通信方案的实施也保证了调度数据传输的连续性，可有效减少联调次数。另一方面，由于采用过渡通信方案也增加了网络信息传输的环节，数据传输过程中相应的产生了一定的时间延迟。但随着电厂技术改造的不断推进和后续完善，这些问题都将逐一解决，从而进一步提高计算机监控系统的可靠性和可用性。同时也希望本次电站监控系统的改造方法和经验可以得到同行的借鉴与交流。

[1]DL/T 5065—2009水力发电厂计算机监控系统设计规范[S].

TV736

B

1672-5387（2017）11-0039-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.11.015

2017-08-30

段文华（1978-），男，高级工程师，从事水电厂自动化技术管理工作。