淺談公伯峽水電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

摘 要：公伯峽水電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用中國水利水電科學(xué)研究院自動化所研制開發(fā)的H9000 V3.0系統(tǒng)，該系統(tǒng)自2004年9月投產(chǎn)以來，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，為電站的安全生產(chǎn)做出了重要貢獻(xiàn)，并為電站進(jìn)一步提高設(shè)備安全運(yùn)行及自動化水平，實(shí)現(xiàn)“無人值班”（少人值守） 奠定了重要基礎(chǔ)。文章從H9000系統(tǒng)在電站的實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，介紹了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、配置以及功能實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞： 公伯峽水電廠；計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；H9000 V3.0系統(tǒng)

1 引言

近年來，為了合理的利用我國有效的水資源，各地的水電站相繼的建成，水電站的建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，有效的緩解了我國電力緊張的局面，同時也保證了水電站轄區(qū)內(nèi)的農(nóng)田灌溉用水和生產(chǎn)用水的需求。黃河所流過的區(qū)域，人們利用黃河水不僅保證了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要，同時黃河所流經(jīng)的區(qū)域內(nèi)也是水電站建設(shè)的最有利位置。公伯峽水電站就是在黃河干流在青海省化隆、循化兩縣交界處匯集時所建成的以發(fā)電和灌溉供水需求為主的水電站，此水電站按無人值班方式進(jìn)行的設(shè)計，并裝設(shè)了H9000 V3.0計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，已成為西北電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用主力電站。

本站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用全計算機(jī)控制的分層分布開放式結(jié)構(gòu)，由按功能分布的主控層及按對象分布的現(xiàn)地單元（LCU）層組成。

2 系統(tǒng)功能

2.1 主控層功能

主控層從LCU 實(shí)時采集反映全廠主要設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)的各類數(shù)據(jù)，如通信量、模擬量、掃查量和中斷開關(guān)量等，并對全廠主要設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)控管理，主要包括設(shè)備調(diào)節(jié)控制、工況轉(zhuǎn)換及參數(shù)設(shè)置等操作、防誤操作輸出閉鎖、報警記錄及歷史查詢、溫度趨勢報警與分析、事故語音報警、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理等功能，實(shí)現(xiàn)自動發(fā)電控制（AGC）等高級應(yīng)用，并與西北網(wǎng)調(diào)、青海省調(diào)以及黃河公司梯調(diào)進(jìn)行通信，提供反映設(shè)備實(shí)時狀態(tài)的遙信、遙測數(shù)據(jù)和接收西北網(wǎng)調(diào)下發(fā)的遙調(diào)、遙控命令。

2.2 現(xiàn)地控制單元層功能

LCU作為監(jiān)控系統(tǒng)的底層控制設(shè)備，主要是完成各類數(shù)據(jù)的采集與預(yù)處理，隨機(jī)響應(yīng)主控級的召喚，向主控級發(fā)送采集的數(shù)據(jù)和各類報警信息，同時接受主控級的控制命令，進(jìn)行有效性檢查并核對后執(zhí)行。而當(dāng)主控級設(shè)備出現(xiàn)故障或退出運(yùn)行時，LCU仍能正常運(yùn)行和就地實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的基本監(jiān)控功能，如數(shù)據(jù)采集、處理；設(shè)備調(diào)節(jié)控制、工況轉(zhuǎn)換等操作；事件順序記錄；硬件自診斷等。

3 系統(tǒng)配置

3.1 主控層配置

廠級中心計算機(jī)：采用SUNBlade200064位主機(jī)2臺，主頻900MHz，使用Unix（Solaris8） 操作系統(tǒng)，兩主機(jī)互為熱備，完成對整個電站監(jiān)控系統(tǒng)的管理，AGC計算處理，數(shù)據(jù)庫管理，故障信號分析處理等。正常時，一臺為主機(jī)，完成監(jiān)視控制任務(wù)，同時還有一臺備用機(jī)器，此機(jī)器也可完成正常的監(jiān)視任務(wù)，同時在主機(jī)出現(xiàn)故障退出時，此臺主機(jī)可升為主站，完成主站的監(jiān)控任務(wù)。

操作員站： 采用SUNBlade200064位主機(jī)2臺，兩站互為熱備，完成對電站的運(yùn)行監(jiān)視和閉環(huán)控制。主站從LCU實(shí)時采集反映全廠主要設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)的各類數(shù)據(jù)，并廣播發(fā)送至上位機(jī)所有站點(diǎn)，運(yùn)行AGC后臺程序，同時作為人機(jī)接口，供運(yùn)行人員對全廠主要設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)控，備用站只進(jìn)行監(jiān)視。

工程師工作站：用于系統(tǒng)開發(fā)、編輯和修改、檢索歷史記錄、系統(tǒng)故障診斷及培訓(xùn)等。

通訊服務(wù)器：采用HP ProLiant DL380 G7 2臺，配有1個8串口及雙以太網(wǎng)卡。兩臺服務(wù)器分別用于完成與上級調(diào)度，梯級調(diào)度系統(tǒng)及廠內(nèi)各機(jī)組保護(hù)的通信。

歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器：用于歷史數(shù)據(jù)的存儲及備份，并為MIS系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)。

GPS裝置及對時系統(tǒng)：BSS-3型GPS時鐘系統(tǒng)兩套，用于完成監(jiān)控系統(tǒng)各層設(shè)備間的對時。與調(diào)度層對時采用串行口，與現(xiàn)地層對時則采用脈沖編碼對時。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備： Cisco交換機(jī)2臺，每臺交換機(jī)分別通過超五類屏蔽雙絞線與上位機(jī)各站的雙網(wǎng)卡相連，通過光纖與LCU雙NOE以太網(wǎng)模塊相連，構(gòu)成雙冗余100Mbps星型以太網(wǎng)。

3.2 現(xiàn)地控制單元層配置

現(xiàn)地控制單元層全部8套LCU均采用施耐德Quantum系列PLC ，能在13-48ms內(nèi)完成主從機(jī)無擾動切換，所有模板均支持帶電插拔，分別還配置了智能液晶觸摸屏、自/手準(zhǔn)同期裝置、交流采樣裝置、電壓、電流變送器等設(shè)備。

Quantum PLC采用雙CPU加觸摸屏直接上網(wǎng)的方式，使用CHS實(shí)現(xiàn)雙機(jī)光纖互聯(lián)，NOE上雙以太網(wǎng)，采用遠(yuǎn)程I/O擴(kuò)展模式，全部I/O測點(diǎn)和控制輸出插箱均由CRP、CRA 和同軸電纜組成的雙冗余遠(yuǎn)程I/O網(wǎng)連接，雙CPU還通過MB+網(wǎng)與交流采樣裝置及各外部設(shè)備，如調(diào)速器、技術(shù)供水裝置、高低壓氣機(jī)等設(shè)備通信。

3.3 網(wǎng)絡(luò)總體結(jié)構(gòu)及安全分區(qū)

電站調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)屬于子系統(tǒng)，由公司集控中心主站端及西北網(wǎng)調(diào)主站端組成，網(wǎng)絡(luò)采用快速交換式以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，雙網(wǎng)運(yùn)行。網(wǎng)絡(luò)由主干局域網(wǎng)交換機(jī)及工作組局域網(wǎng)交換機(jī)組成，各計算機(jī)應(yīng)用子系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)特性劃分為3個安全分區(qū)：安全I(xiàn)區(qū)為電站監(jiān)控系統(tǒng)的生產(chǎn)控制區(qū)，劃分為完成SCADA功能的主控制區(qū)和廠站接入?yún)^(qū)兩個子區(qū)域，中間用硬件防火墻和通信網(wǎng)關(guān)隔離；安全I(xiàn)I區(qū)包含電站水調(diào)系統(tǒng)和其它非實(shí)時生產(chǎn)系統(tǒng)（如電能量采集系統(tǒng)）接口。II區(qū)與I區(qū)通過硬件防火墻連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換；安全I(xiàn)II區(qū)為MIS及其他辦公自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口區(qū)，III區(qū)與I區(qū)通過正、反向物理隔離裝置相連。

4 系統(tǒng)特點(diǎn)

此系統(tǒng)的中存在著多臺工作站，因此不管硬件還是軟件都存在著高度冗余。多層次的冗余措施在硬件設(shè)計中展現(xiàn)無遺，如數(shù)據(jù)服務(wù)器站、操作員站、通信站、UPS電源、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、LCU電源、PLC的CPU等全部使用冗余配置，且均可實(shí)現(xiàn)無擾動切換。同時在軟件部分的設(shè)計上應(yīng)用軟件的設(shè)置在計算機(jī)的任何一個節(jié)點(diǎn)上都進(jìn)行了重置，只是因功能的不同而有所區(qū)別，所在軟件上也實(shí)現(xiàn)了高度的冗余。

傳統(tǒng)的LCU采用工控機(jī)，但工控機(jī)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，同時可靠性還較低，因此，此系統(tǒng)中LCU采用PLC加觸摸屏直接上以太網(wǎng)的方式，有效的提高了LCU 的整體可靠性。

系統(tǒng)的各項功能都得到了很好的應(yīng)用，特別是AGC功能保證機(jī)組正確并及時響應(yīng)并執(zhí)行網(wǎng)調(diào)AGC指令，同時滿足投入/退出電網(wǎng)AGC及調(diào)節(jié)、控制過程中的安全性要求。為公伯峽水電站的良好運(yùn)轉(zhuǎn)起到了重要的作用，同時也成為了西北電網(wǎng)的主力調(diào)峰調(diào)頻電廠，此系統(tǒng)保證了水電站的各項功能的良好運(yùn)轉(zhuǎn)，為電站的穩(wěn)定運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。

5 結(jié)語

公伯峽水電廠使用的H9000 V3.0計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)具有技術(shù)運(yùn)用較為先進(jìn)、功能齊全、高冗余度、高可靠性、人機(jī)界面友好、維護(hù)方便等特點(diǎn)，自2004年9月投運(yùn)以來，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，為電站的安全生產(chǎn)做出了重要貢獻(xiàn)，并為電站進(jìn)一步提高設(shè)備安全運(yùn)行及自動化水平，實(shí)現(xiàn)“無人值班”（少人值守） 奠定了重要基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]方輝欽現(xiàn)代水電廠計算機(jī)監(jiān)控技術(shù)與試驗北京：中國電力出版社 2004.

[2]王德寬等.H9000分布開放式水電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)水利水電技術(shù)，1996年第5期.