天生橋一級水電站水調(diào)自動化系統(tǒng)改造

李 恒，林廣洪，劉建華

（廣東省能源集團天生橋一級水電開發(fā)有限責任公司水力發(fā)電廠，貴州 興義562400）

1 工程概述

天生橋一級水電站是紅水河梯級電站的第一級，位于南盤江干流上，工程以發(fā)電為主。水庫總庫容102.6億m3，調(diào)節(jié)庫容57.96億m3，壩址以上流域面積50139km2，多年平均流量612m3/s，年徑流量193億m3，為不完全多年調(diào)節(jié)水庫。電站裝機容量1200MW（4×300MW），電站建成后，送電貴州、廣西和廣東。

天生橋一級電站水情自動測報系統(tǒng)由1個中心站、1個氣象站、1個水位站、6個水位雨量站、17個雨量站以及天生橋二級電站水情自動測報系統(tǒng)、魯布革電站水情自動測報系統(tǒng)組成。目前采用衛(wèi)星或短信方式進行通信，重要的站點采用雙信道方式。

2 改造背景

天生橋一級水電站水調(diào)決策支持系統(tǒng)軟件于2006年建設，硬件于2007年升級改造完成，至2016年已運行近10年。由于運行時間較長，目前已出現(xiàn)以下問題：

（1）目前軟件系統(tǒng)只能提供基本的水情信息功能，硬件設備則與當前社會科學技術(shù)水平相距較遠。

（2）水情用戶數(shù)量大量增多，存在大量的數(shù)據(jù)讀寫操作，服務器安全穩(wěn)定性受到威脅。

（3）大部分服務器都出現(xiàn)過硬件故障，經(jīng)維修后再投入運行，一些應用程序同時運行在一臺服務器上，造成服務器不堪重負，出現(xiàn)死機現(xiàn)象[1]。

為保證后期水調(diào)自動化系統(tǒng)穩(wěn)定運行，故需要對其進行改造。

3 改造內(nèi)容

天生橋一級水電站現(xiàn)有水調(diào)自動化系統(tǒng)已運行多年，因此首先考慮更換新的服務器及網(wǎng)絡設備，并將原系統(tǒng)上現(xiàn)有功能全部移植至新設備，針對運行中出現(xiàn)的問題優(yōu)化完善。根據(jù)現(xiàn)場設備運行情況，將進行更換主數(shù)據(jù)服務器、通信服務器、應用服務器，部分網(wǎng)絡設備、部分通信方式改造，以及將設備與通信從舊水調(diào)大樓轉(zhuǎn)移到新水調(diào)樓。天生橋一級水電站改造前的水情系統(tǒng)如圖1所示。

3.1 通信設備改造

本次改造主要是在原水調(diào)系統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)下，更換新的服務器及網(wǎng)絡設備，并將原系統(tǒng)上現(xiàn)有軟件功能全部移植至新設備。根據(jù)現(xiàn)場設備運行情況，將更換二區(qū)設備有：主數(shù)據(jù)服務器、南網(wǎng)通信服務器、機組通信服務器、數(shù)據(jù)采集服務器、隔離通信服務器、防火墻以及二區(qū)交換機。三區(qū)更換設備有：WEB兼數(shù)據(jù)庫服務器、通信服務器、正向隔離裝置（含程序）、防火墻以及三區(qū)交換機。

通過本次水調(diào)決策支持系統(tǒng)硬件改造，使系統(tǒng)能夠滿足水調(diào)決策支持系統(tǒng)運行的硬件要求，同時為下一次整個集團水調(diào)自動化系統(tǒng)升級做準備。

3.2 新舊系統(tǒng)數(shù)據(jù)同步通信

目前新舊大樓之間已有光纖通道，需要在兩端增加光纖收發(fā)器將光纖轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)。兩端分別連接內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫服務器的一個未使用的網(wǎng)口，配置同一網(wǎng)段的IP地址。通信方式如圖2所示。

圖2 新舊大樓通信方式

測試網(wǎng)絡聯(lián)通后，在舊大樓內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫服務器上部署數(shù)據(jù)同步程序，將機組與水情實時數(shù)據(jù)同步到新大樓水調(diào)系統(tǒng)中。即新舊系統(tǒng)的3張實時數(shù)據(jù)表（RTSQ、RTDB、RTEMS）數(shù)據(jù)保持同步。以上階段沒有更改舊系統(tǒng)的相關(guān)配置，不影響系統(tǒng)的正常運行。

3.3 監(jiān)控通信切換

監(jiān)控通信的切換實現(xiàn)包含2個方面：①完成新舊監(jiān)控采集服務器的切換，②完成新舊監(jiān)控系統(tǒng)通信的切換。

3.3.1 新舊采集服務器切換

將新的監(jiān)控采集服務器（配有顯示器、鼠標、鍵盤）布置到廠房，以便于調(diào)試新的監(jiān)控采集服務器。由于該服務器在廠內(nèi)沒有調(diào)試過，需要將原有監(jiān)控采集服務器程序復制過來，相關(guān)的IP配置也按照原有的進行更新。配置完成后，替換原有的監(jiān)控采集服務器（防止出現(xiàn)異常情況，新舊服務器切換時，只需要將網(wǎng)線切換，舊機器保持開機狀態(tài)不要搬離）。新舊監(jiān)控采集服務器切換期間，監(jiān)控數(shù)據(jù)中斷時間確保在30min內(nèi)。新監(jiān)控采集服務器與舊大樓水調(diào)系統(tǒng)通信穩(wěn)定后，進行將數(shù)據(jù)傳輸方式修改為到新大樓水調(diào)系統(tǒng)的工作[2]。

3.3.2 新舊系統(tǒng)監(jiān)控通信切換

監(jiān)控通信新舊系統(tǒng)切換前，需要確保新系統(tǒng)的機組數(shù)據(jù)通信接收端程序啟動以及廠房與新大樓的網(wǎng)絡通信均為正常。由于通信調(diào)試，需要兩端都有人監(jiān)測系統(tǒng)。為了確保新系統(tǒng)接收端正常，需要一臺服務器當做監(jiān)控采集服務器模擬與新系統(tǒng)的通信。廠房監(jiān)控采集服務器與舊大樓水調(diào)系統(tǒng)之前是通過光纖通信，兩端配有光纖收發(fā)器進行光纖與以太網(wǎng)的轉(zhuǎn)換。廠房與新大樓之間光纖通道已經(jīng)部署完畢，光纖收發(fā)器仍利用原來的。確認數(shù)據(jù)能夠正常接入新系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫服務器，然后再通過數(shù)據(jù)抽取程序?qū)⒈O(jiān)控采集的實時數(shù)據(jù)發(fā)送到老數(shù)據(jù)庫服務器。

3.4 遙測系統(tǒng)切換

將遙測短信貓和北斗終端從舊系統(tǒng)上斷開，接到新系統(tǒng)服務器上，確認數(shù)據(jù)能夠正常接入新數(shù)據(jù)庫服務器，然后再通過數(shù)據(jù)抽取程序?qū)⑦b測站的實時數(shù)據(jù)發(fā)送到老數(shù)據(jù)庫服務器。遙測采集系統(tǒng)切換前，在新系統(tǒng)上確保遙測采集平臺程序正常啟動。采集平臺正常啟動后，將短信貓和北斗終端接上，通過遙測采集平臺召測若干數(shù)據(jù)，若成功召測到數(shù)據(jù)，說明切換成功。

3.5 南網(wǎng)通信切換

新老系統(tǒng)并行運行一段時間（7d），觀察新系統(tǒng)相關(guān)計算數(shù)據(jù)是否與老系統(tǒng)計算數(shù)據(jù)一致。如果不一致，則檢查新系統(tǒng)，分析故障原因。如果一致，則將新系統(tǒng)南網(wǎng)服務器接入南網(wǎng)專網(wǎng)，啟動程序發(fā)送南網(wǎng)要求數(shù)據(jù)，將老系統(tǒng)南網(wǎng)服務器斷開專網(wǎng)。原有與南網(wǎng)通信模式如圖3。

圖3 原有與南網(wǎng)通信方式

南網(wǎng)系統(tǒng)通過2M專線接入到舊大樓1樓中轉(zhuǎn)機柜，再通過E1轉(zhuǎn)換器將2M轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)接入到6樓南網(wǎng)防火墻，然后接入水調(diào)系統(tǒng)。與南網(wǎng)通信方式切換到新大樓水調(diào)系統(tǒng)，通信模式如圖4。

圖4 現(xiàn)與南網(wǎng)通信方式

通道部署完成后，在舊大樓1樓中轉(zhuǎn)站將南網(wǎng)通信通道切換到新大樓上。網(wǎng)絡連接成功后，測試與南網(wǎng)通信的網(wǎng)絡是否通暢。網(wǎng)絡沒有問題后，進行通信程序的切換。與南網(wǎng)通信的切換過程涉及通道的變化，期間需要調(diào)試好通道，通道變更需要增加的網(wǎng)絡設備也可以加快完成。

3.6 外網(wǎng)通信切換

正向隔離裝置到位后，需要進行新系統(tǒng)內(nèi)外網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信調(diào)試工作。新系統(tǒng)外網(wǎng)數(shù)據(jù)完善后，進行web功能的調(diào)試以及與集團系統(tǒng)的調(diào)試工作。內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)流程圖如圖5。

圖5 內(nèi)外網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸方式

內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)表通過觸發(fā)器將數(shù)據(jù)觸發(fā)到轉(zhuǎn)發(fā)用戶（即為transmit帳戶，通過該帳戶下到正向隔離），正向隔離程序客戶端程序掃描轉(zhuǎn)發(fā)用戶，將表中數(shù)據(jù)生成ETF文件并刪除表中數(shù)據(jù)。通過正向隔離裝置將生成的ETF文件發(fā)送到外網(wǎng)服務器上，正向隔離程序服務端將這些ETF文件解析入庫。

外網(wǎng)系統(tǒng)正常接收數(shù)據(jù)且運行穩(wěn)定后，調(diào)試外網(wǎng)的相關(guān)程序。與外網(wǎng)通信主要是集團系統(tǒng)，與其通信的網(wǎng)絡通道新大樓要部署完畢并測試通暢。完工后保證外網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)實時更新、集團系統(tǒng)準時收到天一電廠數(shù)據(jù)以及web瀏覽功能可以正常使用。

4 改造后情況

完成一系列改造后的水情系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖如圖6所示。

圖6 改造后網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖

水情系統(tǒng)改造后，整個系統(tǒng)運行穩(wěn)定，對比改造前后水情系統(tǒng)運行暢通率和可靠度，改造前平均每年暢通率和可靠度分別為97.23%和95.01%，改造后分別為99.53%和99.38%，相比改造前暢通率和可靠度分別提高了2.4%和4.6%。改造后，各年月度數(shù)據(jù)均未出現(xiàn)特低暢通率和可靠度（未改造前有月數(shù)據(jù)出現(xiàn)暢通率和可靠度為55%的特低值）。

南網(wǎng)通信方面，未改造前與南網(wǎng)通信中斷次數(shù)較多，甚至出現(xiàn)過一年累計中斷次數(shù)10次以上的情況，系統(tǒng)改造后中斷次數(shù)控制在每年3次以內(nèi)，大大提高了與南網(wǎng)通信的穩(wěn)定性，為我廠水情系統(tǒng)穩(wěn)定運行提供了保證。

5 總結(jié)

天生橋一級水電站水調(diào)決策支持系統(tǒng)硬件技術(shù)改造后運行正常，應用便捷。目前，系統(tǒng)的建設工作已經(jīng)全部完成，各項功能均滿足當前使用要求。水調(diào)系統(tǒng)的相關(guān)人員在系統(tǒng)試運行的過程中也逐步掌握了系統(tǒng)的各個方面功能，并正在應用于日常生產(chǎn)調(diào)度工作中，系統(tǒng)正式運行以后較大程度地發(fā)揮水調(diào)系統(tǒng)的作用，提高了天生橋一級水電站的整體經(jīng)濟調(diào)度水平，也為其他水電廠水情系統(tǒng)改造提供了一定的借鑒作用[3]。