大港水電站微機監控系統技術更新改造綜評

高興成

(寧德大港水電站開發有限公司，福建 寧德 352100)

大港水電站位于福建省寧德市蕉城區境內，是七都溪流域開發的第五級水電站，電站總裝機容量為2 MW×7 MW，設計水頭81 m，單機引用流量10.03 m3/s，額定轉速600 r/min，多年平均設計發電量為5 431萬kW·h，電站按“無人值班”(少人值守)原則設計，根據電站的規模，配備了較先進、可靠的設備，主輔設備采用以微機監控為主的控制方式，并配備微機型繼電保護、微機調速器、模擬可編程型勵磁調節器。自1998年投產以來，創造了良好的經濟效益和社會效益。

1 更新改造的必要性

1)根據有關規范規定微機監控系統使用壽命為5 a左右，大港水電站微機監控系統運行近9 a，已超期服役。

2)經向自動化設備監控廠家咨詢及調研同類產品用戶使用經驗，微機監控系統使用壽命一般9～10 a。

3)微機監控系統在運行過程中已逐步出現自然老化及部分元器件損壞現象，存在一定程度的安全隱患，如1#主變差動過流保護模塊已出現損壞、發電機主保護SR489出現損壞、溫度采集模塊采集點經常出現跳變、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2#SR489裝置電源模塊損壞，經寄加拿大維修，設備停役2月之久。

4)監控系統的微機保護裝置如發電機主保護采用GE公司SR489裝置，設備維修、維護很不方便。新裝置同舊裝置之間存在不兼容性、不配套等現象。

5)隨著微機自動化監控的飛速發展，日新月異，大港水電站現有微機監控系統在滿足電力調度自動化、維修維護、軟件功能方面有待進一步的完善。

2 更新改造的內容

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

2)重新設計、更改二次系統原理及二次系統接線。

3)取消模擬屏，實現電站綜合自動化全微機監控(舊系統設計中設模擬屏手動備用)。

4)解決原微機監控系統運行中存在的問題:如通訊阻塞、結構不合理、溫度采集點不穩定等。

5)完善監控系統的功能:滿足電力調度自動化要求，按負荷曲線運行，增設運行管理指導(類似突發事故應急處置方案)，電子尋呼功能(當發生事故根據事故類別以手機短信的形式通知相關人員)等。

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

7)更換微機自動準同期裝置。

8)增設微機監控系統的防雷功能，并完善監控系統的病毒防護措施。

3 更新改造原則

1)在電站現有基礎上，以國家電力公司北京勘測設計研究院2000年12月設計的《大港水電站電氣系統原理圖》為依據，進行微機自動化監控系統的改造。

2)按照電站所有設備以全微機綜合自動化控制和電站現場“無人值班”(少人值守)原則設計;實現電站能在現地(機旁)、遠方(中控室、寧德城關或其他遠程地址)監控的指導思想進行總體設計和配置，以逐步實現大港水電站“無人值班”(少人值守)的運行機制。

3)系統的配置和設備選型符合微機發展迅速的特點，充分利用微機領域的先進技術，系統達到國內先進水平。

4)系統主要硬件設備采用進口元件，關鍵設備采用冗余配置。

5)系統應高度穩定可靠、冗余，其本身的局部故障不影響現場設備的正常運行。

6)全面實現電站內控制、調節、保護、測量、信號、通訊一體化功能，更換電站原有微機自動化監控系統軟硬件設備、微機保護裝置及LCU現地控制單元等設備(保留部分傳感器元件、壓力開關等現地采集元件)。并將現有數字視頻監控系統與更新保護裝置一并接入監控系統。

7)為降低在改造工程實施過程中電站的發電損失，減少公司經濟損失，微機自動化監控系統改造的設計中，應能滿足單臺發電機組獨立發電運行，以實現邊發電、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/操作員工作站2套機型:采用美國DELL，其配置如下:

——機型:工作站

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

——內存:2×1G DDR2 533 雙通道

——硬盤:160GB，SATA硬盤 控制器IDE RAID

——以太網接口:1個，10/100/1000Mbps

——操作系統支持:Windows XP

——軟盤驅動器:3.5英寸，1.44MB

——光驅:，CD-RW/DVD

——彩色顯示器:19”，液晶

——標準鍵盤與鼠標:USB接口鍵盤，USB光電鼠標

——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

主機功能包括對整個電站微機監控系統的管理，自動發電控制計算和處理，數據庫管理，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。

主機同時供運行值班人員使用，具有圖形顯示、全廠運行監視和控制功能、發操作控制命令、操作定值修改、設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器而實現;通過顯示器可以對全廠的生產、設備運行作實時監視，并取得所需的各種信息。主機/操作員工作站采用雙機冗余方式。

4.1.2 現地控制單元(LCU)

機組LCU、公用LCU及大壩LCU實現對各生產對象的監控，選用世界著名生產廠商美國GE公司生產的GE90-30系列PLC構成現地控制單元的主控制器。LCU主要完成數據的采集及數據預處理功能，同時也具有控制操作和監視功能。各LCU配有一臺10.4”TFT彩色觸摸顯示屏，其設計能保證當它與主機系統脫離后仍然能實現對機組進行必要的監視和控制功能，這些功能包括機組的開、停操作;有功、無功負荷增、減;機組運行狀態及參數的監視，而當其與主機恢復聯系后又能自動地服從上位機系統的控制和管理。

4.2 軟件配置

4.2.1 軟件特點

采用面向對象的思想，簡化數據庫生成，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。數據處理采用事件驅動方式，當事件產生后，立即啟動與此事件有關的處理，如確定事件性質，推出事故處理指導，啟動順控流程等。控制調節的編程采用流程圖方式輸入，支持在線調試，在線修改、離線仿真，并自動提供運行人員界面，反映流程執行情況。采用商用關系數據庫系統，利用ODBC標準接口，收集存放實時數據和事件，進行各種典型統計。

4.2.2 操作系統

操作系統提供了多用戶、多進程、并發文件和記錄操作，完善用戶安全機制，并具有功能強大、方便的通訊和聯網能力。操作系統在所提供的硬件構造中有實用成功的經驗，具有很強的外圍設備控制管理能力。支持多種高級語言軟件開發平臺，執行診斷檢查、自動切除故障和自動重新啟動。操作系統具有錯誤檢測和校正的標準程序，可伸縮性，支持集群和多CPU運行。

4.2.3 數據庫系統

數據庫系統采用網絡型全分布數據庫MS SQL SERVER，所有數據共享都通過透明的網絡通訊來實現，數據庫具有主備冗余功能。數據庫包括:實時數據庫、暫存數據庫、畫面及報表格式數據庫、歷史數據庫、計算數據庫、預置數據庫、漢字庫、圖形符號庫等，這些數據庫，構成了監控系統數據資源中心。

4.2.4 應用軟件

完善實際運行中預警系統，如啟動無效報警等;完善了運行管理、運行指導功能，自動統計主要設備運行小時數、動作次數、事故和故障次數等數據，建立運行設備檔案;實現恒功率因數、按負荷曲線運行等功能;預留水情自動測報系統接口，工業電視接入、遠方(寧德城關)監控方案，待條件成熟時實施。

4.3 機組現地控制單元LCU

1)原機組PLC采用日本三菱FX系列可編程控制器，機組自動控制的開關量、模擬量進入PLC開關量、模擬量采集點，其它用于發信號的開關量采用獨立的PM2154采集板，用于監視的模擬量采用PM2153溫度、直流采集板，結構復雜，采集板穩定性差，故障率高。此次更新改造選用世界著名生產廠商美國GE公司生產的GE90-30系列PLC構成現地控制單元的主控制器，利用PLC自身開關量、模擬量單元完成全站開關量、模擬量、數字量、脈沖量的采集，簡化硬件配置，運行更穩定、可靠。

2)采用32路溫度智能采集裝置，實現機組溫度采集，較好的解決了以前PM2153溫度采集板的測溫點不穩定、溫度顯示值跳變問題。

3)采用智能交流電量采樣裝置，實現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)每套機組LCU配置一套串口通訊裝置(PPC9402)，使每套機組LCU的通訊串口數量達到4個，每個通訊接口均可以分別采用不同的規約，與不同的設備進行通訊。完全滿足與不同廠商包括微機調速器、微機勵磁系統、微機保護等設備進行數據通信，并且留有備用通訊接口，方便電站日后根據需要對通訊設備的增加。

5)原微機監控系統通訊經常出現中控室命令無法下達，必須重新復歸主監控單元PM2152電源，方可恢復正常。此次改造采用自愈環網結構，較好的解決以前系統中經常出現通訊堵塞、通訊中斷現象。

4.4 微機保護系統

電站原發電機主保護采用美國通用GE公司SR489，運行過程中出現保護裝置故障，故障后必須寄加拿大維修，維修時間長，維護不方便。主變壓器保護，采用PM1092差動保護裝置和PM1093后備過流保護裝置;35kV線路保護中大煙線配置PM1091距離保護裝置，大華線目前配置PM1093過流保護裝置。保護裝置均已到使用壽命期，已出現保護裝置故障，且升級改造后的新保護裝置同舊保護裝置出現不兼容現象。此次更新改造，更換為DPG-AUT發電機綜合保護裝置，DPT-2W3差動保護裝置，DPT-350過流保護裝置，DPL-35D距離保護裝置。保護裝置是單元式模塊化組合，保護配置和功能易于擴充，軟件易于升級，系統模件通用性和互換性好，具備高頻抗干擾能力;系統運行高度可靠，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行或引起誤動作;可以比較方便地進行保護配置和功能的擴充，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保護裝置運行中存在的問題。

4.5 同期系統

原設計中采用自動準同期為主，手動準同期為輔的同期方式，此次改造中徹底取消手動準同期，實現全微機自動準同期。原設計中手動準同期點4個:301、302、328、329，自動準同期點僅3個:301、302、328，此次改造須增設1個自動準同期點即329。原設計中3個自動準同期點公用1個自動準同期裝置，且此同期裝置較落后，電站曾經發生過非同期、誤合閘現象。此次改造設置4個DPA-ZTQ單對象的自動準同期裝置，4個同期點相互獨立分開，避免同期裝置誤動。改造后的同期裝置運行安全、可靠，尤其是35KV線路自動準同期裝置，在實現線路準同期上比原同期裝置同期點捕捉更快、更可靠。

其余尚有廠用系統改造，大壩閘門控制系統改造模型屏改造，輔機系統改造、消防系統改造均達到預期改造目標與效果。

5 改造后效果

通過此次改造實現了全站全微機控制，較好的解決了以前微機監控系統中遺留的問題，新的監控系統達到國內先進水平，運行更安全、可靠。

6 遺留問題

1)電站目前采用模擬式勵磁調節系統，不具備自動跟蹤網壓功能，同現有的微機監控系統不匹配，建議利用合理時機進行改造。

2)盡快解決電站通信問題，技術更新改造后的微機監控系統具備實現遠方監控的條件，由于電站對外通信光纖尚未架設，目前不能實現遠方(寧德城關)監控，如果解決通信通道問題，極容易實現遠方監控。電站對外通信目前僅僅依靠一部電力載波進行通信，音質較差;電站部分場所有移動手機信號，但不穩定，利用GPRS通信方式將電站微機監控系統數據傳輸至遠方服務器，通過外網web瀏覽電站運行資料。

3)收集、整理資料，進一步完善電站運行指導功能。

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