計算機監控系統在大源渡水電站的應用

賀柏武

（湖南湘江航運建設開發有限公司 長沙市 410011）

趙 娜

（湖南省高速公路管理局 長沙市 410001）

1 概 況

大源渡水電站位于衡山和衡東兩縣交界處的湘江干流上，距衡山縣城12 km，是湘江二期工程的主體部分，它是由湖南湘江航運建設開發公司建設的國家重點工程，工程總投資20億元人民幣，裝機為4臺30 MW的燈泡貫流式機組，機組設備全部由奧地利ELIN公司、MCE公司和德國SULZER公司提供，1998年12月，首臺機組并網發電，1999年10月，1～4號機組全部投入運行。

2 系統結構介紹和分析

大源渡水電站計算機控制系統[1-2]采用分層分布式結構，系統有負責全廠集中監控任務的主控級和負責完成機組、開關站及公用設備監控任務的現地控制單元（LCU）構成。即中控室設備為主的主控級，按控制對象分散的現地控制單元和網絡設備。

主控級設備包括2個操作員工作站、1個工程師站、3臺激光打印機、1臺噴墨打印機、1個GPS時針接收器、模擬屏、通信控制計算機和UPS不間斷電源組成。現地控制單元包括 1～4號機組 LCU1～LCU4、開關站 LCU5、公用控制LCU6、發電機配電裝置LCU7、近區配電裝置LCU8、廠站計算機LCU9、模擬屏驅動及與衡陽地調通信LCU10。網絡分為兩級：將操作員工作站、工程師工作站和打印機連接起來的以太網；將機組LCU1～LCU4、廠站計算機LCU9、模擬屏驅動及與衡陽地調通信LCU10與主控級連接的令牌環網SATNET。主控級和各LCU之間通過SATNET令牌環網[3]進行通信。為保證在計算機監控系統退出時，電站設備仍能安全運行，還設立了簡易常規監控系統。如附圖所示。

大源渡水電站監控系統現地控制自動化元件由SAT1703系統組成，主要包括AM1703和SK1703系統部件。AM1703自動模塊應用于外圍元件的模擬量和數字量的輸入輸出，并能在程序控制下完成監視、開閉環控制以及保護閉鎖等處理。SK1703系統部件主要是采集來自AM1703的數據。每個機組現地控制單元（LCU1～LCU4）包括1個SK1703系統部件（用于機組控制、通信及處理）和2個AM1703自動模塊（順控模塊和安全模塊）。順控模塊用于控制自動程序開、停機，以及機組輔助設備的控制。安全模塊主要用于：機組告警信號監視，跳閘矩陣處理和溫度測量。AM自動模塊和SK系統部件之間通過SMI總線進行通信，共同完成對機組和輔助設備的監控。

附圖 大源渡水電站計算機監控系統結構圖

為保證處理和控制的可靠性，大源渡水電站計算機監控系統較多地使用了冗余技術。在LCU9中配有兩個SK1703系統，用于完成對110 kV開關站系統LCU5、11 kV近區系統LCU8、發電機配電裝置LCU7的通信和控制。這兩個SK1703先由來自SMI總線的相同數據來進行初始化。在以后的運行中，來自監視方向的數據被同時送到SK1703中，但來自控制方向的數據被送到一個SK1703（即主用SK1703）中，對控制而言，任何將備用切換至主用，監控系統仍能正常工作，從而保證了監控系統的可靠性和數據的一致性。同樣主控級兩個操作員工作站也互為備用。兩個操作員工作站的數據、畫面被同時刷新，但真正進行實時控制的只有主用操作員工作站。

同時，為了對全廠計算機控制系統進行維護，在主控級上設置了一個工程師工作站（即維護終端）。安裝有SAT TOOLBOX軟件工具。SAT TOOLBOXⅡ工作于OS/2操作系統下，能對自動化系統進行在線測試、診斷指導消除故障。而且，SAT TOOLBOXⅡ還能模擬輸入信號，解除軟件閉鎖，這主要用于消除假信號，恢復設備正常運行方式，以及進行設備試驗。

在主控級上，還設有網關機，向地調發送機組和線路的有關運行數據。工程師站、操作員工作站和網關機通過ETHERNET（TCP/IP協議）互聯，可進行數據交換，或召喚打印。

3 系統功能

主控級[4]功能是以SAT250軟件包為主處理軟件的人機接口的中控室處理計算機系統。SAT250系統以Solaris為操作平臺，由VI250、CAE250和 PRK250 3個軟件組成，給用戶提供一個全圖形化操作界面，整個操作員工作站上的監視畫面都是通過VIS250編輯的。CAE250是參數化工具，主要用于配置各數據點和處理變量參數，對機組的正常運行沒有任何影響。PRK250是整個SAT250系統的基礎，一方面通過通訊模塊與監控系統的令牌環網相連，負責與各LCU交換信息，并對數據流進行處理；另一方面作為VIS250制作的畫面和CAE250配置的參數關系實時在CRT上顯示出來。

3.1 主控級操作系統功能

（1）實時控制。

高潮急著去地鐵站，是想找入口處那位流浪歌手。自打半年前到“卓木文化”上班，高潮上下班基本上都要從這個地鐵站出入。有一天加班到晚上十點多，高潮渾身疲憊眼神呆滯地走向地鐵站，還沒進入口，就聽到一陣悠揚的吉他聲飄過來，伴隨著略嫌沙啞、頹廢的嗓音：

在操作員工作站上能實現開、停機，功率調整，輔助設備投退和開關開合。另外，本監控系統可在滿足并網要求前提下實現高效運行。計算機能根據調度命令或運行人員預定的負荷曲線，考慮上下游水位，各機組運行效率以及限制條件（如避開振動區），確定最佳負荷分配方案。此方案可直接作用于機組，也可在CRT上顯示，供運行人員操作參考。

（2）運行監視。

定時從LCU采集全站機組、公用設備和開關站等生產設備的運行參數及狀態，并在CRT上顯示、刷新監控畫面和各種趨勢曲線。

（3）事件時序記錄和報警系統。

電站發生事故時，各LCU采集的信號及報警被送至故障序列排隊，并被顯示存檔，每個故障記錄詳細記錄了故障性質和相應時間。由于采用了分級式報警處理系統，運行人員能方便地找到故障點，進行相應的處理，并能通過打印事件時序清單進行事故分析。

（4）事故追憶。

事故追憶能通過獨立的數字式繼電器保護系統DRS實現。每次保護動作后，DRS將自動召喚打印各保護動作情況以及各種分析曲線。

SAT250可設置定時歸檔功能，以記錄歷史數據。運行人員能對需要的數據點進行查詢、打印。各種生產報表、事件時序和告警清單、故障及診斷信息、操作一覽表，都可以由運行人員召喚打印輸出，或編程定時輸出，用以掌握生產動態和建立設備檔案。

3.2 現地控制級功能

（1）數據采集和處理。

采集機組、開關站、公用設備、繼電保護和其他自動裝置狀態量以及各種電氣量，非電氣量、脈沖量，并進行數據的工程值和預處理，上送主控級。采用周期一般為10 ms，部分重要信號為4 ms。

（2）安全運行監視。

與電站主控級和被監控對象的自動裝置和保護系統結合，完成狀態監視、越限檢查、過程監視和現地控制單元異常監視，并將故障告警信號上送主控級，在開停機過程，如果遇到控制流程阻滯故障，LCU會將機組轉換到安全狀態或停機狀態。

（3）控制與調整。

現地開停機和調整負荷，投退公用輔助設備等。由于設置了完善的軟硬件閉鎖，從而保證了操作的安全性。而且，現地控制即使在主控級癱瘓時也能保證機組設備安全運行，并能進行控制和調整。

（4）事件順序檢測及發送。

自動檢測機組設備、繼電保護和自動控制的動作情況或狀態變化，并將事件性質上送主控級。

（5）實時數據通訊。

完成與主控級的數據交換，實時上送主控級所需過程信息，接收來自主控級的控制及調整命令。

（6）系統診斷。

可在線自檢軟硬件故障，如果發現異常即將輸出閉鎖，使被監控設備維持原先運行狀態，或將設備轉換到安全運行工況（如果可能），發報警信號，并在主控級和現地控制單元級指示故障部位。當故障消除后，再恢復正常運行。任何一個LCU發生故障，都不會影響其他LCU和整個計算機監控系統。

4 結語

隨著計算機應用技術和自動控制技術的日臻成熟，大源渡水電站采用以計算機監控為主、常規監控為輔的監控系統，實現了“少人值班，少人值守”的精簡高效的運行管理模式，取得了較大的安全和經濟效益。

1 黃超.大源渡樞紐水電站SAT250監控系統綜述[J].水運工程,2000（10）：104-107.

2 黃智偉.大源渡水電站監控系統設計與研究[J].湖南水利水電,2002（5）：32-33.

3 張文林.令牌環網絡與以太網絡互別苗頭[J].計算機網絡,1993（1）:8-12.

4 檀萬順.孟洲壩水電廠計算機監控系統主控級設計[J].中南水力發電,1997（3）：50-54.