大港水電站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)更新改造綜評

高興成

(寧德大港水電站開發(fā)有限公司，福建 寧德 352100)

大港水電站位于福建省寧德市蕉城區(qū)境內(nèi)，是七都溪流域開發(fā)的第五級水電站，電站總裝機(jī)容量為2 MW×7 MW，設(shè)計水頭81 m，單機(jī)引用流量10.03 m3/s，額定轉(zhuǎn)速600 r/min，多年平均設(shè)計發(fā)電量為5 431萬kW·h，電站按“無人值班”(少人值守)原則設(shè)計，根據(jù)電站的規(guī)模，配備了較先進(jìn)、可靠的設(shè)備，主輔設(shè)備采用以微機(jī)監(jiān)控為主的控制方式，并配備微機(jī)型繼電保護(hù)、微機(jī)調(diào)速器、模擬可編程型勵磁調(diào)節(jié)器。自1998年投產(chǎn)以來，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

1 更新改造的必要性

1)根據(jù)有關(guān)規(guī)范規(guī)定微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)使用壽命為5 a左右，大港水電站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行近9 a，已超期服役。

2)經(jīng)向自動化設(shè)備監(jiān)控廠家咨詢及調(diào)研同類產(chǎn)品用戶使用經(jīng)驗(yàn)，微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)使用壽命一般9～10 a。

3)微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在運(yùn)行過程中已逐步出現(xiàn)自然老化及部分元器件損壞現(xiàn)象，存在一定程度的安全隱患，如1#主變差動過流保護(hù)模塊已出現(xiàn)損壞、發(fā)電機(jī)主保護(hù)SR489出現(xiàn)損壞、溫度采集模塊采集點(diǎn)經(jīng)常出現(xiàn)跳變、交直流電量采集模塊均存在不同程度損壞等。2004年電站出現(xiàn)2#SR489裝置電源模塊損壞，經(jīng)寄加拿大維修，設(shè)備停役2月之久。

4)監(jiān)控系統(tǒng)的微機(jī)保護(hù)裝置如發(fā)電機(jī)主保護(hù)采用GE公司SR489裝置，設(shè)備維修、維護(hù)很不方便。新裝置同舊裝置之間存在不兼容性、不配套等現(xiàn)象。

5)隨著微機(jī)自動化監(jiān)控的飛速發(fā)展，日新月異，大港水電站現(xiàn)有微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在滿足電力調(diào)度自動化、維修維護(hù)、軟件功能方面有待進(jìn)一步的完善。

2 更新改造的內(nèi)容

1)更新前臺所有監(jiān)控系統(tǒng)的7面屏柜及所涉及監(jiān)控系統(tǒng)的硬件、軟件，僅保留部分傳感器、壓力開關(guān)，增設(shè)部分傳感器及自動化元件。

2)重新設(shè)計、更改二次系統(tǒng)原理及二次系統(tǒng)接線。

3)取消模擬屏，實(shí)現(xiàn)電站綜合自動化全微機(jī)監(jiān)控(舊系統(tǒng)設(shè)計中設(shè)模擬屏手動備用)。

4)解決原微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問題:如通訊阻塞、結(jié)構(gòu)不合理、溫度采集點(diǎn)不穩(wěn)定等。

5)完善監(jiān)控系統(tǒng)的功能:滿足電力調(diào)度自動化要求，按負(fù)荷曲線運(yùn)行，增設(shè)運(yùn)行管理指導(dǎo)(類似突發(fā)事故應(yīng)急處置方案)，電子尋呼功能(當(dāng)發(fā)生事故根據(jù)事故類別以手機(jī)短信的形式通知相關(guān)人員)等。

6)更新電站所有微機(jī)自動保護(hù)裝置，采用南京恒星公司生產(chǎn)的升級換代微機(jī)自動保護(hù)裝置。

7)更換微機(jī)自動準(zhǔn)同期裝置。

8)增設(shè)微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的防雷功能，并完善監(jiān)控系統(tǒng)的病毒防護(hù)措施。

3 更新改造原則

1)在電站現(xiàn)有基礎(chǔ)上，以國家電力公司北京勘測設(shè)計研究院2000年12月設(shè)計的《大港水電站電氣系統(tǒng)原理圖》為依據(jù)，進(jìn)行微機(jī)自動化監(jiān)控系統(tǒng)的改造。

2)按照電站所有設(shè)備以全微機(jī)綜合自動化控制和電站現(xiàn)場“無人值班”(少人值守)原則設(shè)計;實(shí)現(xiàn)電站能在現(xiàn)地(機(jī)旁)、遠(yuǎn)方(中控室、寧德城關(guān)或其他遠(yuǎn)程地址)監(jiān)控的指導(dǎo)思想進(jìn)行總體設(shè)計和配置，以逐步實(shí)現(xiàn)大港水電站“無人值班”(少人值守)的運(yùn)行機(jī)制。

3)系統(tǒng)的配置和設(shè)備選型符合微機(jī)發(fā)展迅速的特點(diǎn)，充分利用微機(jī)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，系統(tǒng)達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。

4)系統(tǒng)主要硬件設(shè)備采用進(jìn)口元件，關(guān)鍵設(shè)備采用冗余配置。

5)系統(tǒng)應(yīng)高度穩(wěn)定可靠、冗余，其本身的局部故障不影響現(xiàn)場設(shè)備的正常運(yùn)行。

6)全面實(shí)現(xiàn)電站內(nèi)控制、調(diào)節(jié)、保護(hù)、測量、信號、通訊一體化功能，更換電站原有微機(jī)自動化監(jiān)控系統(tǒng)軟硬件設(shè)備、微機(jī)保護(hù)裝置及LCU現(xiàn)地控制單元等設(shè)備(保留部分傳感器元件、壓力開關(guān)等現(xiàn)地采集元件)。并將現(xiàn)有數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)與更新保護(hù)裝置一并接入監(jiān)控系統(tǒng)。

7)為降低在改造工程實(shí)施過程中電站的發(fā)電損失，減少公司經(jīng)濟(jì)損失，微機(jī)自動化監(jiān)控系統(tǒng)改造的設(shè)計中，應(yīng)能滿足單臺發(fā)電機(jī)組獨(dú)立發(fā)電運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)邊發(fā)電、邊技改的要求。

4 更新改造方案

4.1 主要硬件配置

4.1.1 主控機(jī)/操作員工作站2套機(jī)型:采用美國DELL，其配置如下:

——機(jī)型:工作站

——CPU:雙核至強(qiáng)處理器 5120，4MB緩存，1.86GHz，1066MHZ 前端總線

——內(nèi)存:2×1G DDR2 533 雙通道

——硬盤:160GB，SATA硬盤 控制器IDE RAID

——以太網(wǎng)接口:1個，10/100/1000Mbps

——操作系統(tǒng)支持:Windows XP

——軟盤驅(qū)動器:3.5英寸，1.44MB

——光驅(qū):，CD-RW/DVD

——彩色顯示器:19”，液晶

——標(biāo)準(zhǔn)鍵盤與鼠標(biāo):USB接口鍵盤，USB光電鼠標(biāo)

——語音卡、音箱:1套

——同步時鐘接口:1個

——USB 接口:2個

——3D圖型卡128M顯存

主機(jī)功能包括對整個電站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的管理，自動發(fā)電控制計算和處理，數(shù)據(jù)庫管理，在線及離線計算功能，各圖表、曲線的生成，事故故障信號的分析處理等。

主機(jī)同時供運(yùn)行值班人員使用，具有圖形顯示、全廠運(yùn)行監(jiān)視和控制功能、發(fā)操作控制命令、操作定值修改、設(shè)定與變更工作方式等功能。全廠所有的操作控制都可以通過鼠標(biāo)器而實(shí)現(xiàn);通過顯示器可以對全廠的生產(chǎn)、設(shè)備運(yùn)行作實(shí)時監(jiān)視，并取得所需的各種信息。主機(jī)/操作員工作站采用雙機(jī)冗余方式。

4.1.2 現(xiàn)地控制單元(LCU)

機(jī)組LCU、公用LCU及大壩LCU實(shí)現(xiàn)對各生產(chǎn)對象的監(jiān)控，選用世界著名生產(chǎn)廠商美國GE公司生產(chǎn)的GE90-30系列PLC構(gòu)成現(xiàn)地控制單元的主控制器。LCU主要完成數(shù)據(jù)的采集及數(shù)據(jù)預(yù)處理功能，同時也具有控制操作和監(jiān)視功能。各LCU配有一臺10.4”TFT彩色觸摸顯示屏，其設(shè)計能保證當(dāng)它與主機(jī)系統(tǒng)脫離后仍然能實(shí)現(xiàn)對機(jī)組進(jìn)行必要的監(jiān)視和控制功能，這些功能包括機(jī)組的開、停操作;有功、無功負(fù)荷增、減;機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)的監(jiān)視，而當(dāng)其與主機(jī)恢復(fù)聯(lián)系后又能自動地服從上位機(jī)系統(tǒng)的控制和管理。

4.2 軟件配置

4.2.1 軟件特點(diǎn)

采用面向?qū)ο蟮乃枷耄喕瘮?shù)據(jù)庫生成，特別是一些具有共性的事件處理，綜合量、二次量計算，做到一次定義，多次使用。數(shù)據(jù)處理采用事件驅(qū)動方式，當(dāng)事件產(chǎn)生后，立即啟動與此事件有關(guān)的處理，如確定事件性質(zhì)，推出事故處理指導(dǎo)，啟動順控流程等。控制調(diào)節(jié)的編程采用流程圖方式輸入，支持在線調(diào)試，在線修改、離線仿真，并自動提供運(yùn)行人員界面，反映流程執(zhí)行情況。采用商用關(guān)系數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，利用ODBC標(biāo)準(zhǔn)接口，收集存放實(shí)時數(shù)據(jù)和事件，進(jìn)行各種典型統(tǒng)計。

4.2.2 操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)提供了多用戶、多進(jìn)程、并發(fā)文件和記錄操作，完善用戶安全機(jī)制，并具有功能強(qiáng)大、方便的通訊和聯(lián)網(wǎng)能力。操作系統(tǒng)在所提供的硬件構(gòu)造中有實(shí)用成功的經(jīng)驗(yàn)，具有很強(qiáng)的外圍設(shè)備控制管理能力。支持多種高級語言軟件開發(fā)平臺，執(zhí)行診斷檢查、自動切除故障和自動重新啟動。操作系統(tǒng)具有錯誤檢測和校正的標(biāo)準(zhǔn)程序，可伸縮性，支持集群和多CPU運(yùn)行。

4.2.3 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)型全分布數(shù)據(jù)庫MS SQL SERVER，所有數(shù)據(jù)共享都通過透明的網(wǎng)絡(luò)通訊來實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)庫具有主備冗余功能。數(shù)據(jù)庫包括:實(shí)時數(shù)據(jù)庫、暫存數(shù)據(jù)庫、畫面及報表格式數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫、計算數(shù)據(jù)庫、預(yù)置數(shù)據(jù)庫、漢字庫、圖形符號庫等，這些數(shù)據(jù)庫，構(gòu)成了監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源中心。

4.2.4 應(yīng)用軟件

完善實(shí)際運(yùn)行中預(yù)警系統(tǒng)，如啟動無效報警等;完善了運(yùn)行管理、運(yùn)行指導(dǎo)功能，自動統(tǒng)計主要設(shè)備運(yùn)行小時數(shù)、動作次數(shù)、事故和故障次數(shù)等數(shù)據(jù)，建立運(yùn)行設(shè)備檔案;實(shí)現(xiàn)恒功率因數(shù)、按負(fù)荷曲線運(yùn)行等功能;預(yù)留水情自動測報系統(tǒng)接口，工業(yè)電視接入、遠(yuǎn)方(寧德城關(guān))監(jiān)控方案，待條件成熟時實(shí)施。

4.3 機(jī)組現(xiàn)地控制單元LCU

1)原機(jī)組PLC采用日本三菱FX系列可編程控制器，機(jī)組自動控制的開關(guān)量、模擬量進(jìn)入PLC開關(guān)量、模擬量采集點(diǎn)，其它用于發(fā)信號的開關(guān)量采用獨(dú)立的PM2154采集板，用于監(jiān)視的模擬量采用PM2153溫度、直流采集板，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采集板穩(wěn)定性差，故障率高。此次更新改造選用世界著名生產(chǎn)廠商美國GE公司生產(chǎn)的GE90-30系列PLC構(gòu)成現(xiàn)地控制單元的主控制器，利用PLC自身開關(guān)量、模擬量單元完成全站開關(guān)量、模擬量、數(shù)字量、脈沖量的采集，簡化硬件配置，運(yùn)行更穩(wěn)定、可靠。

2)采用32路溫度智能采集裝置，實(shí)現(xiàn)機(jī)組溫度采集，較好的解決了以前PM2153溫度采集板的測溫點(diǎn)不穩(wěn)定、溫度顯示值跳變問題。

3)采用智能交流電量采樣裝置，實(shí)現(xiàn)對全站廠用電電壓等的電量采集，取代以前PM2153交流量采集板。

4)每套機(jī)組LCU配置一套串口通訊裝置(PPC9402)，使每套機(jī)組LCU的通訊串口數(shù)量達(dá)到4個，每個通訊接口均可以分別采用不同的規(guī)約，與不同的設(shè)備進(jìn)行通訊。完全滿足與不同廠商包括微機(jī)調(diào)速器、微機(jī)勵磁系統(tǒng)、微機(jī)保護(hù)等設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，并且留有備用通訊接口，方便電站日后根據(jù)需要對通訊設(shè)備的增加。

5)原微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通訊經(jīng)常出現(xiàn)中控室命令無法下達(dá)，必須重新復(fù)歸主監(jiān)控單元PM2152電源，方可恢復(fù)正常。此次改造采用自愈環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，較好的解決以前系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)通訊堵塞、通訊中斷現(xiàn)象。

4.4 微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)

電站原發(fā)電機(jī)主保護(hù)采用美國通用GE公司SR489，運(yùn)行過程中出現(xiàn)保護(hù)裝置故障，故障后必須寄加拿大維修，維修時間長，維護(hù)不方便。主變壓器保護(hù)，采用PM1092差動保護(hù)裝置和PM1093后備過流保護(hù)裝置;35kV線路保護(hù)中大煙線配置PM1091距離保護(hù)裝置，大華線目前配置PM1093過流保護(hù)裝置。保護(hù)裝置均已到使用壽命期，已出現(xiàn)保護(hù)裝置故障，且升級改造后的新保護(hù)裝置同舊保護(hù)裝置出現(xiàn)不兼容現(xiàn)象。此次更新改造，更換為DPG-AUT發(fā)電機(jī)綜合保護(hù)裝置，DPT-2W3差動保護(hù)裝置，DPT-350過流保護(hù)裝置，DPL-35D距離保護(hù)裝置。保護(hù)裝置是單元式模塊化組合，保護(hù)配置和功能易于擴(kuò)充，軟件易于升級，系統(tǒng)模件通用性和互換性好，具備高頻抗干擾能力;系統(tǒng)運(yùn)行高度可靠，其本身的某一局部故障或元件損壞不會影響其它功能的正常運(yùn)行或引起誤動作;可以比較方便地進(jìn)行保護(hù)配置和功能的擴(kuò)充，軟件滿足升級的要求，可在硬件資源允許的情況下非常方便的升級。較好的解決了以前微機(jī)保護(hù)裝置運(yùn)行中存在的問題。

4.5 同期系統(tǒng)

原設(shè)計中采用自動準(zhǔn)同期為主，手動準(zhǔn)同期為輔的同期方式，此次改造中徹底取消手動準(zhǔn)同期，實(shí)現(xiàn)全微機(jī)自動準(zhǔn)同期。原設(shè)計中手動準(zhǔn)同期點(diǎn)4個:301、302、328、329，自動準(zhǔn)同期點(diǎn)僅3個:301、302、328，此次改造須增設(shè)1個自動準(zhǔn)同期點(diǎn)即329。原設(shè)計中3個自動準(zhǔn)同期點(diǎn)公用1個自動準(zhǔn)同期裝置，且此同期裝置較落后，電站曾經(jīng)發(fā)生過非同期、誤合閘現(xiàn)象。此次改造設(shè)置4個DPA-ZTQ單對象的自動準(zhǔn)同期裝置，4個同期點(diǎn)相互獨(dú)立分開，避免同期裝置誤動。改造后的同期裝置運(yùn)行安全、可靠，尤其是35KV線路自動準(zhǔn)同期裝置，在實(shí)現(xiàn)線路準(zhǔn)同期上比原同期裝置同期點(diǎn)捕捉更快、更可靠。

其余尚有廠用系統(tǒng)改造，大壩閘門控制系統(tǒng)改造模型屏改造，輔機(jī)系統(tǒng)改造、消防系統(tǒng)改造均達(dá)到預(yù)期改造目標(biāo)與效果。

5 改造后效果

通過此次改造實(shí)現(xiàn)了全站全微機(jī)控制，較好的解決了以前微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中遺留的問題，新的監(jiān)控系統(tǒng)達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，運(yùn)行更安全、可靠。

6 遺留問題

1)電站目前采用模擬式勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，不具備自動跟蹤網(wǎng)壓功能，同現(xiàn)有的微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)不匹配，建議利用合理時機(jī)進(jìn)行改造。

2)盡快解決電站通信問題，技術(shù)更新改造后的微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)具備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方監(jiān)控的條件，由于電站對外通信光纖尚未架設(shè)，目前不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方(寧德城關(guān))監(jiān)控，如果解決通信通道問題，極容易實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方監(jiān)控。電站對外通信目前僅僅依靠一部電力載波進(jìn)行通信，音質(zhì)較差;電站部分場所有移動手機(jī)信號，但不穩(wěn)定，利用GPRS通信方式將電站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)方服務(wù)器，通過外網(wǎng)web瀏覽電站運(yùn)行資料。

3)收集、整理資料，進(jìn)一步完善電站運(yùn)行指導(dǎo)功能。

[1] 李國昌，吳叔滿，曹利.中小型水電廠微機(jī)監(jiān)控[J].黑龍江水利科技，1994，22(04):6-11.