水布垭电厂计算机监控系统优化改造

徐兴友，陶纪军，王 勇，兰志专

(湖北清江水电开发有限责任公司，湖北 宜昌 443000)

水布垭电厂装有4台容量为460 MW混流式机组，引水式地下厂房，发电机主变单元接线，两回500 kV双母分段出线。原计算机监控系统为分布式双环网系统，投产12年来，存在旧型号元件停产，故障频发，部分配置先天不满足目前国家和行业规范,以及在运行维护中发现存在不合理的地方等问题，后针对性对监控系统硬件进行了更新改造。

1 总体结构

新计算机监控系统结构图如图1。

电厂计算机监控系统一般采用两层结构[1]，系统为分层分布式监控系统，分为厂站层和现地层。双星型网络结构。

厂站层设备主要包括2台数据采集服务器、2台历史数据服务器、3台操作员工作站、2台调度远动通信工作站、2台清江梯调通信网关工作站、1台工程师工作站、1台厂内通信数据服务器、1台多功能服务工作站、KVM及显示设备、2台核心交换机、2套同步时钟装置、1套防火墙以及打印机和网络柜。

大型或重要的中型电厂，数据服务器在结构配置上一般应采用冗余节点的结构方式[1]。数据采集服务器采用双机热备运行方式，主要负责主控制层实时数据采集和处理，运行及管理电站的高级应用功能，自动发电控制(AGC)，自动电压控制(AVC)，记录数据的计算和处理，实时数据和运行文档的保存和检索，实时数据库生成及管理、系统时钟管理等。

历史数据服务器主要负责历史数据的存储、归档和检索，历史数据库生成及管理，历史数据和运行文档的保存和检索等。

操作员工作站主要作为操作员人机接口工作台，负责完成监视、控制调节和参数设置等操作，但不允许修改或测试各种应用软件。事故时自动或按人员召唤实时打印主要设备的各类操作，事故和故障记录及有关参数和表格等人机界面(MMI)功能。

图1 新系统结构图

2台调度远动通讯工作站互为热备，用于与华中网调、湖北省调的通信。

2台梯调通信网关机互为热备，用于与梯调中心的通信。

工程师工作站主要负责监控系统的开发、编制和修改应用软件、建立系统数据库、系统维护和管理、程序下载、远程诊断维护等工作。

厂内通信数据服务器主要负责与厂内其他综合自动化系统的连接，实现与系统时钟、机组状态监测系统、继电保护及故障录波信息管理系统、消防监控系统、溢洪道闸门集控等的通信。

多功能服务工作站主要负责事故语音报警、电话语音及短信报警，同时可以实现历史数据查询、报表生成、打印等功能。

每台水轮发电机组分别设置1套现地控制单元(LCU)、500 kV开关站、10 kV厂用电设备、公用设备、模拟屏驱动设备、进水口快速闸门各设置1套现地控制单元(LCU)。机组LCU、10 kV厂用电LCU为双CPU双总线，其他LCU为单CPU双总线。

4台水轮发电机组、主变及辅助设备(LCU1-LCU4)，LCU1至LCU4按照6屏(4块主屏+2块远程测温屏)进行组屏。

机组LCU主要监控对象如表1。

表1 机组LCU监控对象表

开关站(LCU5)，按照5屏(3块主屏+2块远程屏)组屏。

其主要监控对象如表2。

表2 开关站LCU监控对象表

厂用电(LCU6)按照5屏(3块主屏+2块远程屏)组屏。

其主要监控对象如表3。

表3 10 kV厂用电LCU监控对象表

公用设备(LCU7)，按照1屏组屏。

其主要监控对象如表4。

表4 辅机LCU监控对象表 套

更换原有中控室模拟屏驱动PLC、GPS时钟等设备，按照3屏组屏。

其主要监控对象如表5。

表5 模拟屏LCU监控对象表 套

在1号和2号进水口油缸房各新增2个控制屏，拆除原控制屏，保留动力屏。

其主要监控对象如表6。

表6 进水口LCU监控对象表 套

2 监控系统优化改造要点

2.1 网络拓扑

双环网改为双星网，主交换机由百兆升级为千兆。旧系统为双环形网，主站交换机和其他LCU交换机均为封闭网络的节点，当有2个LCU同时处于停电检修或者交换机异常状态时，双环网处于断开状态，主站层设备不能监控其他正常LCU。改为双星型结构后，2个以上LCU同时停电或者异常离线时，不影响其他LCU信号上送。

2.2 入侵检测和日志审计系统

新增启明星辰入侵检测和日志审计系统。

2.3 同步时钟系统

旧系统仅有GPS对时，并且不能给电厂其他系统授时，不方便发生异常情况时基于同一时标进行全面分析。新系统为恒宇卫星时钟同步系统，北斗和GPS双输入，并接收清江梯调PTP地基对时，默认清江梯调对时优先。各机组LCU、厂用电LCU、500KV开关站LCU和进水口LCU均布置有扩展时钟装置，全厂共设置有9个同步时钟分授时点。预备将来为线路保护、机组保护、故障录波装置、调速器控制系统、励磁控制系统等其他系统统一授时。

2.4 跨LCU信号读取方式变更

旧系统涉及跨LCU信息读取，由各LCU根据需要在两段LCU独立编写通讯程序发收数据，新系统所有此类信息改为统一从厂站层读取，规范了编程方式，减轻了主干网负载，提高了信号准确率。

2.5 厂站层主机电源改进

大容量发电厂的计算机系统需要交流不间断电源装置供给可靠的交流电源[2]。旧系统厂站层未实现全部主机都是双电源供电，虽然前端监控主站UPS进线电源一共有两路交流两路直流一路旁路共计五路独立电源，但旧UPS为双机并联运行，如果UPS故障会影响整个主站层供电，不严格满足《防止电力生产事故的二十五项重点要求》第9.2.1.5“监控系统上位机交流供电电源应采用两路独立电源供电”要求，改造后，UPS改为双机独立运行，并且新系统的厂站层所有主机均为双电源供电并且分别取自两段外部电源。不与其他设备合用电源，具备无扰自动切换功能[3]。

2.6 设置KVM设备

考虑到上位机设备比较多，在现场布线上比较繁琐，并且配置的显示器也比较多，因此采用KVM设备来减少显示器、鼠标和键盘，以及电缆，使得现场布线简洁明了，保证维护的方便性。新系统按如下方案配置：

1)1套数据采集服务器、1套历史数据服务器、1套电网调度通讯工作站、1套梯级调度通讯网关工作站、1套厂内通讯服务器布置在1面服务器机柜中，配置1套1切8可级联的KVM设备，采用延长线方式，将显示器、鼠标和键盘延长至机房控制台(10 m)。

2)1套数据采集服务器、1套历史数据服务器、1套电网调度通讯工作站、1套梯级调度通讯网关工作站、布置在1面服务器机柜中，配置1套1切8的可级联KVM设备，采用延长线方式，将显示器、鼠标和键盘延长至机房控制台(10 m)。

3)2台操作员工作站分别布置在1面服务器机柜中，采用信号延长器方式，将显示器、鼠标和键盘延长至中控室(20 m)。

4)1套工程师工作站采用延长线方式，将显示器、鼠标和键盘延长至机房控制台(10 m)。

2.7 冗余测速装置

旧系统的机组转速信号模拟量和开关量均来自安装在系统外的瑞格大SPCT1-3/6-225-23-2-11，齿盘和残压双输入。如果测频回路异常或测频精度无法达到要求，后续的控制回路将无法正常工作[4]。新系统在各机组LCU自身增加一套测速装置，型号SJ-22D，也是齿盘和残压双输入，在原有齿盘测速位置新增一个专用测速探头，残压信号源和原测速装置一致，新测速装置的开关量信号定义和原有装置的测点一致。新系统人机监控画面定义有软切换节点，可根据需要在人机界面成组切换信号源。

2.8 拆分开关站现地单元

电厂电气主接线方式为：4台机组分别以发电机主变单元接线连接到两段500 kV母线，1号机组和2号机组连接到1号母线，3号机组和4号机组连接到2号母线，两段母线之间有2个常开状态的联络隔离开关，两段母线分别引一回出线接入系统。开关站LCU主要监视对象为：各主变以上到出线、地面厂房220 V直流系统、线路保护信号、监控系统UPS系统、400 V厂内公用配电系统5P。旧系统设置在此处的LCU一体监控所有以上设备，不方便停电检修，故而新系统以母线为单位拆分为两个子单元，两个子单元可以随对应线路停电检修分别开展停电状态下的定期工作和消缺。同时将旧系统开关站LCU管辖的地面厂房和进水口区域电气设备监控远程柜调整到辅机LCU管辖。

2.9 变更LCU与远程柜的连接介质

由于监控点分散，各LCU一般都附带有远程盘柜，旧系统的连接方式为同轴电缆连接，电厂投产10多年来，频发通讯故障报警，每次故障发生，现场检查均未发现T型接头真实松动，根据经验，认为原因是金属卡子压同轴电缆金属线芯有结构性接触电阻，处理方式为松开连接头后重新旋紧，新系统改为光纤连接。

2.10 开关站LCU增加变送器

旧系统在该部位仅配置有交采装置，故障情况下无后备信号源，也不方便对比参考，新系统新增了变送器作为后备。

2.11 纳入进水口快速闸门控制系统

该电厂为引水式地下电站，各机组进水口快速闸门距厂房较远，每2台机组布置1套控制系统和1套公用油系统。该系统负责监视2台闸门的位置和公用油系统的油压油位及油泵状态等，具备启动启停油泵，现地远方落闸门和现地提门以及正常运行时下滑监视自动提门功能。此次改造，将原先的独立系统作为新增的LCU纳入计算机监控系统，不同于旧系统只上送部分重要信号，新LCU上送所有信号，同时作为远离厂房的进水口区域集中授时点。为此新敷设了厂区到进水口区域的光纤。

机组快速闸门的落门按钮最好设置一个独立于监控软件操作之外的实物按钮，安装在中控室便于运行人员操作的地方[5]。此次改造，确认中控室模拟屏上的远方落门按钮独立于计算机监控系统主站和厂房任何LCU。

2.12 增加同步检查闭锁继电器

同期装置分为自准同期和手动同期两种控制方式，旧系统仅手动同期装有同步检查闭锁继电器，不符合《防止电力生产事故的二十五项重点要求》第10.9.1条“微机自动准同期装置应安装独立的同期鉴定闭锁继电器”，新系统在保留手动同期同步检查继电器基础上为自准同期回路增加了独立同步检查闭锁继电器。

2.13 增加与梯调数据库自动对点功能

通过104规约，当启动自动对点功能后，自动将厂站侧数据库信息传送到梯调形成表单，消除了双方都是人工情况下核对错报和漏点的可能。

2.14 修改盘柜尺寸

旧系统LCU盘柜尺寸为2 200×800×600，经多年实际运行实践，存在散热不理想和维护空间狭窄的问题，新系统将大部分LCU盘柜尺寸修改为2 200×800×800，拓展了安全维护空间，改善了盘柜散热。

3 结 语

新系统参考当前主流设备配置情况相对旧系统进行了硬件性能升级，修改了主干网络配置，对照当前国家和行业标准补充了必要的元件和子系统，对测速和电流电压等重要信号新增了冗余配置，对过去10多年来运行维护问题实施了针对性解决方案，查阅电厂生产管理系统记录，监控系统缺陷从2015年13项，2016年5项，2017年5项，2018年6项，这4年其中2项是紧急缺陷；2019年下降为2项，这2项其中1项是新旧系统通讯问题，另1项是系统频率偏低导致同期困难，并非新系统本身问题。实践证明提高了系统可靠性和自动化水平。