大源渡水電站計算機監控系統改造

鄧朝君

(湖南省大源渡航電樞紐管理處,湖南衡陽 421412)

1 原監控系統簡介及存在的問題

1.1 系統結構

大源渡水電站原計算機監控系統采用奧地利VATECH集團 SAT公司上個世紀 90年代產品。整個監控系統采用分層分布式結構,由負責完成全廠集中監控任務的電站級控制層和負責完成 1～4號機組、開關設備、公用設備、模擬屏驅動及調度通信等監控任務的現地控制單元層以及網絡設備組成。系統結構如圖 1所示。

圖 1 系統結構圖

1.1.1 網絡結構

監控系統主要有 2個獨立的網絡—總線式以太網和令牌環網。電站級控制層的上位機 A和 B站、工程師工作站、調度通信工作站、打印機由同軸電纜構成 10MB/S的總線式以太網;同時上位機 A和B站還通過令牌環網網卡連在令牌環網上?，F地各控制單元 LCU通過各自主功能組 SK1703的令牌環網控制器 KR-TR連在以光纖為傳輸介質的令牌環網上。

1.1.2 電站控制層

包括上位機 A和 B站、工程師工作站、調度通信工作站、打印機、模擬屏、電力專用不間斷電源 EUPS,GPS同步時鐘等。

其中上位機 A和 B站采用冗余配置,兼做操作員工作站和服務器;其冗余切換板 SCA-RS的主要功能是監視 A和 B站的運行情況。工程師工作站的操作系統為 Windows NTWorkstation 4.0,主要用于上位機的日常維護。調度通信工作站的操作系統為 Windows NT server 4.0,網關軟件為 SAT公司開發的 GKD;其串口接至 LCU10的串行通信處理板 CP2001,采集令牌環網上的信息,完成與衡陽地調的數據通信。模擬屏布置在中控室,可實現1～4號機組的并網和停機操作,以及電站相關開關的手動合閘、分閘操作。2臺電力專用不間斷電源 EUPS給電站級控制層的設備提供穩定可靠的220 V交流電源。GPS同步時鐘給整個監控系統提供精確的衛星同步時鐘。

1.1.3 現地控制單元層

包括 10個現地控制單元 LCU(1～10),其中機組的現地控制單元 LCU(1～4)由主功能組SK1703和子功能組 AM1703(順控模塊、安全模塊)組成,主要完成水輪發電機組及其輔助設備的監控。電站 110k V開關配電裝置監控單元 LCU5由 2個子功能組 AM1703組成。電站公用監控單元LCU6由 1個 AME1703子功能組組成。發電機10.5 kV配電裝置監控單元 LCU7由 2個子功能組AM1703組成。11 kV近區配電裝置監控單元 LCU8由 1個 AM1703子功能組組成。全廠通信控制監控單元 LCU9由配置完全相同的 2個 SK1703主功能組組成,它主要完成 LCU5,6,7,8與上位機及其它 LCU之間的通信。模擬屏驅動及調度通信監控單元 LCU10由 1個 SK1703主功能組組成,主要功能是驅動模擬屏的電測表計和 10.5 kV開關、刀閘的位置指示以及完成與衡陽地調的遠動通信。

1.2 存在的問題

1.2.1 上位機 A和 B站硬件配置低且 SAT250軟件本身不完善

上位機工作站 CPU為 Pentium pro 200 MHz,內存 128 MB,硬盤容量為 4.2G,主板的插槽為ISA插槽;主機連續運行近 10年,元器件均已老化,系統運行速度慢,且 2個工作站經常出現死機現象;ISA插槽的以太網卡及令牌環網網卡都已被淘汰,市面上已找不到此類網卡。主機的操作系統為低版本的 Solaris 2.5.1,對硬件的兼容性差;上位機軟件 SAT250本身也有不完善的地方,VIS250經常出現實時事件丟失;組態軟件報表的開發復雜,普通用戶無法根據本電站的實際情況進行再開發。

1.2.2 調度通信工作站運行不穩定

本站與衡陽地調進行遠動通信的網關工作站一直存在故障,運行不穩定,經常出現死機或數據無法刷新。

1.2.3 備件問題

隨著計算機及網絡技術的發展,本站監控系統所使用的部分產品已被市場淘汰,且下位機部分模塊廠家已停止生產。這樣在備件缺乏的情況下會直接影響到電站的安全運行。

2 監控系統改造

根據電站的實際情況及綜合考慮,計算機監控系統采用部分改造的方案。電站級控制層設備除模擬屏、電力專用不間斷電源 EUPS外,其它設備均升級改造;現地控制單元層只進行局部升級改造,屏柜的面數、外部端子連線、連接電纜均不變化;系統網絡改為 100 MB/S工業以太環網,傳輸介質仍利用原監控系統的光纜。改造后的系統結構如圖2所示。

圖 2 改造后系統結構圖

2.1 系統網絡改造

改造后的監控系統網絡采用傳輸速率為100MB/S的高速光纖以太環網結構,網絡通信介質利用原系統多模光纖,遵循 TCP/IP規約。電站控制層與現地控制單元層之間通信采用國際標準化開放系統規約 IEC60870-5-104。

1～4號機組現地控制單元 LCU(1～4)各裝有 1臺交換機,將 LCU1～LCU4連至以太環網上;中控室 +HA01屏內有 2臺交換機,分別將上位機A/B、工程師站、網絡打印機、GPS同步的網絡時鐘服務器、LCU9,LCU10連接至以太環網上。網絡設備為 MOXA工業以太網交換機,所有交換機之間采用光纜串接并形成環網。

2.2 電站控制層改造

上位機 A和 B站仍采用冗余配置,主機選用高性能、多任務、多用戶型的HPXW4600工作站;操作系統為 Windows XP,監控軟件為 SAT公司的升級產品 SCALA 6.3。工程師站主機也采用 HP XW4600工作站,主要完成電站上、下位機的日常維護工作。GPS同步時鐘升級為網絡時鐘服務器,向整個監控系統提供高精度的時鐘。原打印機升級為網絡打印機 HP LaserJet5200n,負責定時、召喚打印。

2.3 現地控制單元層改造

將現地控制單元 LCU(1～4,9,10)各主功能組的 SK1703機架升級為 AK1703機架,并升級內部的 CPU模塊,保留原 SK的 I/O模塊,各 AM模塊均保留不變。原 LCU9配置完全相同的 2個SK機架升級為 1套 AK機架,取消原 LCU6,其功能由 LCU9 AK機架內新增加的 I/O模塊完成。與衡陽調度的串口通信由 LCU10的通信處理模塊CP2002完成,不再單獨設置網關工作站。

3 目前監控系統仍然存在的問題及處理對策

通過部分升級改造,大源渡水電站計算機監控系統的性能和穩定性大大增強。但是由于最初的設計原因,目前監控系統仍然存在幾個問題,要特別引起運行、維護人員的重視,以便在日常工作中做到心中有數,確保電站的安全、穩定運行。

3.1 當機組監控單元 LCU(1～4)AK主功能組的通信處理模塊故障時,機組負荷的調整和停機流程執行問題

電站 1～4號機組現地 LCU僅由 AK主功能組直接連在以太環網上,AM子功能組 (順控和安全模塊)經 SIM-BUS總線與 AK通信。當 AK的通信處理模塊故障時,中控室上位機無法控制相應的機組。此時要檢查機組現地觸摸屏是否可用,若正常則在觸摸屏上實現機組負荷的調整和停機流程的執行;若觸摸屏也不可用,應該在現地電調屏上實現對機組的控制。

在以后的改造中可考慮將 AM子功能組通過網卡也直接連在以太環網上,從而實現機組 AM子功能組與上位機的直接通信,從根本上消除因機組AK主功能組通信故障,上位機無法控制機組的隱患。

3.2 機組調速器為有功控制方式時,失去有功反饋值問題

電站 1～4號機組的實際有功值來自 LCU7,經過 SIM-BUS總線,傳輸到 LCU9,再由以太環網送至各機組現地 LCU,電調采集此值作為調整有功的反饋值。當 LCU7/LCU9故障或者是以太環網網絡故障時,機組調速器系統因失去有功反饋值,其閉環控制變成開環控制,致使機組負荷一直往上升,從而出現機組過負荷甚至出現事故。

為徹底解決機組有功反饋值問題,可在每臺機組現地 LCU控制屏內增加 1臺功率變送器,通過電纜將來自 LCU7的機組實際有功值直接接至功率變送器;現地 LCU模塊采集此值再送至電調。這樣電調的有功反饋值不經過網絡傳輸,直接從機組LCU采集,其可靠性增強,從根本上解決了機組調速器在有功控制方式時失去有功反饋值的問題。

3.3 全廠通信控制 LCU9無冗余配置問題

電站 LCU9的通信處理任務重大,一旦出現故障,將影響它的子功能組 LCU5,7,8與上位機及其它 LCU的通信。為確保 LCU9通信的可靠性,在以后的改造中可考慮將 LCU9與 LCU5,7,8通信處理的硬件、軟件設置成冗余配置,兩者互為熱備用,從根本上消除因 LCU9故障從而影響 LCU5,7,8監控的隱患。

3.4 以太環網交換機及光電轉換器電源問題

改造后連接各 LCU至以太環網的交換機及光電轉換器沒有單獨的電源,一般與現地 LCU的 AK機架共用同一電源。這樣,當斷電處理現地某個LCU的 AK系統故障時,此 LCU的以太環網交換機及光電轉換器電源便中斷。本電站以太環網為雙向自愈型環網,當網絡上 1臺交換機及光電轉換器電源中斷時,整個環網還可繼續工作;但當同時有2臺交換機及光電轉換器電源中斷時,整個環網便中斷,不可工作。

為解決這一隱患,可考慮從電站 220V直流系統備用負荷開關處分別引單獨的電源至各現地LCU屏柜內,供給各交換機及光電轉換器備用電源。

4 結 語

大源渡水電站計算機監控系統部分升級改造從2008年 11月開始實施,至 2009年 4月全部竣工。從目前運行情況來看,采用部分升級改造的方案是成功的,改造后的系統采用了 VATECH集團 SAT公司最新的 SAT250 SCALA,從而保證了產品的連續性,便于日常維護及技術支持,同時整個系統的性能及可靠性大大增強。

由于監控系統最初設計原因,系統目前還存在一些問題,但隨著電站技術改造的不斷深入和完善,這些問題都將逐一解決,從而進一步提高計算機監控系統的可靠性和可用性。