黄龙滩水力发电厂计算机监控系统改造可行性探讨

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摘 要：本文介绍了黄龙滩水电厂原计算机监控系统结构，分析存在的问题，提出新系统的改造设计构想，并简述改造的方案及措施。

关键词：监控系统；改造；方案

中图分类号：TV73 文献标识码：A

1 原系统概况

黄龙滩水电厂监控系统为国电南瑞生产的SJ-500系统，分为上位机和现地LCU两部分。系统分两期完成。一期于1997年投运，主要完成1号厂房2×85MW水电机组、公用设备、进水口闸门及公用设备的监控改造。二期随2004年黄龙滩扩建2×170MW机组竣工同时投运。由于新老机组需要统一管理，本着节约成本最大限度利用一期系统可利用资源，对原1号厂房现地控制单元进行局部改造后并入新的监控系统，实现新、老厂发供电设备集中控制、统一调度的目标。

2 原系统问题分析

2.1 现地LCU核心为GE公司生产的PAC Rx7i工业控制级PLC，模件占用空间大，功耗大。在夏季高温环境下，CPU常因柜内温升大引起过温保护动作而死机。而且CPU模件现已停产，无备品采购。系统插件随着运行年限增长元件老化、故障率增高，设备返修情况近逐年增加，返修维护周期长、费用高，系统整体可靠性降低。

2.2 上位机主站CPU负荷率超过75%，系统可利用资源降低，导致响应速度慢，通讯故障、死机现象逐年增多。硬件老化、故障率增高。随着“大运行”体系建设对发电厂机电设备控制要求的不断提高，特别是对电厂调速、励磁系统的控制精度和响应速度提出了更高的要求，监控系统与其它保护控制设备通讯接口和应用程序不断增加，操作系统版本过低，兼容性差，系统软件受硬件限制无法升级，技术性能指标不能满足调度运行要求。

2.3 机房专用UPS不间断电源负载能力没有充分考虑现场增加负载的可能性，导致容量配置偏小，负载率不满足要求。

2.4 网络及对时功能：网络配置采用光纤单环网结构，一旦在环形网络上出现两个节点同时故障，会导致两个节点之间的设备与上位机通讯中断。对时系统采用GPS 单模对时，不满足国标对GPS和北斗冗余对时的要求。

2.5 机组现地控制单元冗余水机事故PLC水机保护回路受条件限制，没有实现与主PLC保护回路独立隔离措施，需进一步完善。

3 改造后系统运行方式

改造后计算机监控系统采用全分布、全开放式结构。在生产主厂房配置上位机主机及操作员工作站。在十堰城区远程监控中心设置操作员工作站，由运行人员实现对全厂设备远程操作、监视及控制。各现地LCU实现对现场设备的操作、监视、控制及保护。

4 监控系统改造方案

4.1 机房及电源改造

原机房面积偏小，不符合监控系统技术规范要求，需重新选址以满足规范要求。并配置独立的机房专用电源，容量按现有全供负荷的150%配置。分别由两路独立厂用交流和两路独立直流供电经不间断电源装置（UPS）逆变后为上位机及网络设备提供稳定的电源。现地LCU单元采用交直流双电源输入、双路开关电源供电，以满足系统对供电电源的可靠性要求。

4.2 时钟同步装置改造

系统设置GPS和北斗2套卫星时钟同步源，对监控系统各网络节点进行时钟同步。它通过NTP网络或串口方式向厂级管理工作站传送时钟信息，并向各套LCU的及其它系统设备发送时钟同步信号。并可作为调速、励磁、继电保护及故障录波等装置的时钟同步源。

4.3 上位机改造

按照新的技术规范要求，更换新的主机工作站、操作员站和远动工作站，以适应新形势下电网调度对发电厂的调节精度要求。具备实时图形显示和各种报表生成，报警事件分布以及单对象操作、工况转换、功率调节及AGC/AVC等。

4.4 现地LCU改造

现地LCU采用PLC可编程控制器，采用GE公司PAC RX3i CPU，中央处理器为300 MHz，功耗小，结构小，所占空间小，结构布局灵活。

现地LCU设置两套主CPU，互为冗余，另设置一套独立的水机事故冗余PLC，作为两套主CPU的后备，当两套主CPU同时失电或故障时，紧急情况下由水机事故PLC作用于机组事故停机。机组现地控制单元主PLC与水机事故PLC的水机保护输入信号在结构上取自完全独立、互不干扰的没有任何电气联系的信号源，以进一步完善水机保护，确保保护动作可靠性。

现地控制单元应具有数据采集、处理、控制与调节、温度保护功能；同期、转速测量控制功能；调速器、励磁调节器控制及保护数据传输功能；辅设控制、人机接口、系统通信实现、自诊断等功能。

4.5 网络改造：配置双路100Mbit/s单模光纤作为通讯网络主干线，各节点采用双星型结构，现地LCU双CPU分别接入双星型主网，以进一步提高通讯可靠性。

5 硬件配置

主机工作站和操作员工作站各两套，作为运行人员对全厂设备进行监视和控制的人机接口。

远动通讯服务器两套，完成与上级调度的通讯功能。站内通讯服务器一台，完成与厂内水情、Mis等通讯。

网络设备一套，实现全厂计算机网络节点的连接和通讯。

工程师站一套，完成监控系统数据库运行与维护。

机组现地LCU单元共4套，开关站公用现地LCU单元共3套，辅机系统现地LCU单元共10套，实现相关设备的I/O接口及控制功能。

6 改造过程中新、老系统过渡及与调度通讯平稳过渡问题及对策

为了减小监控系统改造对电厂安全生产的影响，应本着“统筹规划，分步实施”的原则安排现场施工进度。机组LCU改造应与机组大修同步实施，开关站LCU改造应结合电站线路检修进行。施工过渡措施如下：

在改造前期，将原LCU单元与新上位机系统进行数据信息交互，在此基础上由新系统实现与上级调度机构的远动通信功能，原上位机系统退出运行。实施新旧系统互联后，再开展现地LCU改造，在此改造过程中，上级调度机构和电厂运行人员均可通过新系统的上位机对全厂所有设备进行监视和控制。该方案改造前期工作量大，技术要求高，运行方式灵活。

远景规划：随着智能化水电厂在国内的不断实现，计算机监控系统作为最重要模块之一与电厂水情测报系统、大坝安全监测系统等资源统一纳入智能水电厂一体化管控平台，通过资源共享、数据综合分析，提高水能利用率在发电环节为智能电网发展提供有力支撑。

参考文献

[1]梁建行.水电厂计算机监控系统设计[M].北京：水利水电出版社，2013.