桐柏水电站计算机监控系统故障分析与技术处理

(天台桐柏电力工程管理局，浙江 天台 317200)

1 电站概况

天台县桐柏水电站位于天台县桐柏岭脚村，于1976年建成投产，原装机容量2×4000kW。2002年，桐柏蓄能电站筹建，原桐柏水电站发电水库(桐柏水库)置换为黄龙水库。2004年10月，原桐柏水电站经台州市发计委批复，由世界发展银行贷款提供资金，对其进行报废重建。

桐柏水电站报废重建后水轮发电机组容量改为2×5000kW，主厂房位置不变。为改善设备环境和值班环境，中控室、升压站、6.3kV开关室、35kV开关室及1号、2号厂变室等移至山洞外的副厂房。并按照“无人值班，少人值班”原则，采用计算机监控模式。

2 计算机监控系统基本组成

桐柏水电站的计算机监控系统选用单计算机模式下的分层分布式结构。主控机、副控机、工作站和通信工作站组成水电站管理层的上位机；第二个层次是进行具体设备控制的现地控制单元(LCU)。主厂房1号机组现地控制单元(LCU)、2号机组现地控制单元(LCU)和采用视频编码器的各主厂房摄象机组连接到主厂房的网络交换机；副厂房的公用现地控制单元(LCU)、主控机、副控机、工作站、通信工作站和视频服务器连接到副厂房网络交换机。主副厂房的网络交换机通过光纤连接在一起，构成一整套分层分布式结构的计算机监控系统。现地控制单元(LCU)屏的人机界面采用工业控制机的方式，与PLC通过总线技术的通信口连接。各现地控制单元(LCU)屏由不间断电源UPS供电，不间断电源UPS由交直流双回路供电。

3 计算机监控系统特点

3.1 人机互助实时监控

整套计算机监控系统结构相对简单，投资省，检修维护相对容易，但可靠性比冗余配置的低。

主控站计算机负责整个水电站的自动化运行和管理，包括整个水电站历史数据存档、归类、检索和管理，在线及离线计算，各种图表、曲线的绘制生成，事故、故障信号的分析处理，运行报表生成及打印。同时，也作为运行维护人员与计算机监控系统的人机接口，完成实时监视、控制和报警等操作。

3.2 操作控制简捷方便

主控机能够显示所监控设备的运行情况、设备启停的操作功能，可输入并发出操作控制命令，完成各种定值的设置和修改、设定和变更设备的工作方式转变等。整个水电站的所有操作控制命令都可以通过主控机的鼠标或键盘发出。

4 计算机监控系统故障分析及技术处理

4.1 监控画面灰屏

4.1.1 故障现象

机组还在正常运行，各仪表显示正常，无光字牌，监控画面部分或全部灰屏，计算机监控画面上全部或部分数据无法显示，代表机组状态的各种颜色统一显示为灰色(本文统称“灰屏”)。由于桐柏水电站计算机监控系统没有采取冗余结构，整个局域网有一个通信设备发生故障，监控画面就有可能出现部分或全部灰屏。

根据多年运行检修经验，故障现象归纳为以下几种：主接线界面35kV部分显示正常，其他界面显示灰屏；主接线界面35kV部分显示灰屏，其他界面正常；1号机组界面和主接线界面1号机组都显示灰屏；2号机组界面和主接线界面2号机组都显示灰屏。

4.1.2 原因分析

机组正常运转，各电气参数正常，无光字牌，说明问题在监控网络，不用考虑停机。经加强各电气参数监视，并仔细检查监控网络经常出现问题的元器件，归纳出以上几种情况出现的原因如下：主接线界面35kV部分显示正常，其他界面显示灰屏，说明主厂房网络交换机和副厂房网络交换机之间有故障；主接线界面35kV部分显示灰屏，说明副厂房机组公用现地控制单元(LCU)屏至主控计算机之间有故障；1号机组界面和主接线界面1号机组部分都显示灰屏，说明1号机组现地控制单元(LCU)屏计算机至主厂房网络交换机之间有故障；2号机组界面和主接线界面2号机组组部都显示灰屏，说明2号机组现地控制单元(LCU)屏计算机至主厂房网络交换机之间有故障。

4.1.3 处理措施

计算机监控系统的局域网网络不稳定，通常可通过工作冗余来提高稳定性，即对关键设备根据双重或三重原则重复配置。但桐柏水电站计算机监控网络要改成冗余配置，系统就需要进行非常大的变更，故不作考虑。只能通过检查，对有故障的元器件进行更换。当无法通过技术措施提高可靠性时，可通过提高管理措施来弥补。为满足计算机监控系统运行维护的需要，监控系统相关的资料、图纸要完整，并统一管理，要对容易损坏的元器件购买备份。通常光纤收发器和网络交换机是较易损元件，需要多购买备件。

4.2 上位工控机主站计算机无法开机

4.2.1 故障现象

上位工控主控机无法开机。现地控制单元(LCU)屏计算机、副控计算机和工作站计算机用户名密码无法验证，不能操作，同时，各种图表、曲线无法生成，事故、故障信号无法分析处理，运行报表也无法生成。

4.2.2 故障分析

桐柏水电站监控系统是单计算机控制模式，副控计算机没有设置备用数据库，当主控计算机无法开机或与监控网络断开时，整个计算机监空系统基本停止工作，而监控局域网里其他计算机的用户名密码又设置到主控计算机验证，当主控计算机无法开机时，其他计算机无法验证密码，更无法操作。

4.2.3 处理措施

在中控室设置主控站/副控站，采用主/从工作方式，其中1台负责主控机数据采集控制功能的实现，另1台为副控机，备份主控机的数据库，向管理信息系统MIS传送实时数据，并在检测到主控机故障时能够自动担当起主控机的所有功能并发出报警信号。通信工作站独立。主/副控机各自带一套语音报警装置，并且对事故和故障采用不同频率的音响。同时，整个监控局域网里其他计算机的用户名密码都独立设置，这样即使主控计算机和副控计算机同时故障，或者与主控台网络断开，也可以在现地控制单元(LUC)屏计算机上操作。

4.3 UPS电源故障

4.3.1 故障现象

桐柏水电站UPS电源指示灯熄灭，对应现地控制单元(LCU)屏所有设备停电，指示灯熄灭，机组暂时运行正常。

4.3.2 故障分析

桐柏水电站计算机监控系统是由UPS不间断电源供电的，UPS不间断电源供电采用交直流双回路供电，这样可在交流电源断开情况下保证正常运行，但当UPS不间断电源本身故障或损坏时，现地控制单元(LCU)屏上的所有设备就没有电源。当某台机组现地控制单元(LCU)屏上的UPS不间断电源故障或损坏时，对应的整个现地控制单元(LCU)屏就停电，所有相关设备无法工作，机组运行失去控制，可能出现的后果将非常严重。

4.3.3 处理措施

方法一：为在UPS电源故障或损坏时，不至于对设备运行失控，应对UPS电源设计一条备用线旁路，当UPS损坏时，稳压器交流电源通过旁路开关接通输送到现地控制单元(LCU)屏用电器上，这样在UPS故障维修时，对应现地控制单元(LCU)屏不断电，相当于提高了电源的可靠性(见下图)。

备用线旁路示意图

方法二：更换成自带旁路的UPS不间断电源。自带旁路的UPS不间断电源在UPS不间断电源故障或损坏时，可继续由其交流输入电源通过自带旁路正常供电。

5 结 语

中小型水电站采用计算机监控系统，是新时期农村水电发展的要求。对运行过程出现的各种故障进行分析，提出一些切实有效的技术、管理措施，不仅可提高计算机监控系统的可靠性，而且对提高水电站运行的安全性和经济性、减少检修维护工作量都有很大帮助。