黃龍灘水力發(fā)電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造可行性探討

（湖北黃龍灘水力發(fā)電廠，湖北 十堰 442005）

黃龍灘水力發(fā)電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造可行性探討

劉朝貴

（湖北黃龍灘水力發(fā)電廠，湖北 十堰 442005）

本文介紹了黃龍灘水電廠原計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分析存在的問題，提出新系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)構(gòu)想，并簡(jiǎn)述改造的方案及措施。

監(jiān)控系統(tǒng)；改造；方案

1 原系統(tǒng)概況

黃龍灘水電廠監(jiān)控系統(tǒng)為國(guó)電南瑞生產(chǎn)的SJ-500系統(tǒng)，分為上位機(jī)和現(xiàn)地LCU兩部分。系統(tǒng)分兩期完成。一期于1997年投運(yùn)，主要完成1號(hào)廠房2×85MW水電機(jī)組﹑公用設(shè)備﹑進(jìn)水口閘門及公用設(shè)備的監(jiān)控改造。二期隨2004年黃龍灘擴(kuò)建2×170MW機(jī)組竣工同時(shí)投運(yùn)。由于新老機(jī)組需要統(tǒng)一管理，本著節(jié)約成本最大限度利用一期系統(tǒng)可利用資源，對(duì)原1號(hào)廠房現(xiàn)地控制單元進(jìn)行局部改造后并入新的監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)新﹑老廠發(fā)供電設(shè)備集中控制﹑統(tǒng)一調(diào)度的目標(biāo)。

2 原系統(tǒng)問題分析

2.1 現(xiàn)地LCU核心為GE公司生產(chǎn)的PAC Rx7i工業(yè)控制級(jí)PLC，模件占用空間大，功耗大。在夏季高溫環(huán)境下，CPU常因柜內(nèi)溫升大引起過溫保護(hù)動(dòng)作而死機(jī)。而且CPU模件現(xiàn)已停產(chǎn)，無備品采購。系統(tǒng)插件隨著運(yùn)行年限增長(zhǎng)元件老化﹑故障率增高，設(shè)備返修情況近逐年增加，返修維護(hù)周期長(zhǎng)﹑費(fèi)用高，系統(tǒng)整體可靠性降低。

2.2 上位機(jī)主站CPU負(fù)荷率超過75%，系統(tǒng)可利用資源降低，導(dǎo)致響應(yīng)速度慢，通訊故障﹑死機(jī)現(xiàn)象逐年增多。硬件老化﹑故障率增高。隨著“大運(yùn)行”體系建設(shè)對(duì)發(fā)電廠機(jī)電設(shè)備控制要求的不斷提高，特別是對(duì)電廠調(diào)速﹑勵(lì)磁系統(tǒng)的控制精度和響應(yīng)速度提出了更高的要求，監(jiān)控系統(tǒng)與其它保護(hù)控制設(shè)備通訊接口和應(yīng)用程序不斷增加，操作系統(tǒng)版本過低，兼容性差，系統(tǒng)軟件受硬件限制無法升級(jí)，技術(shù)性能指標(biāo)不能滿足調(diào)度運(yùn)行要求。

2.3 機(jī)房專用UPS不間斷電源負(fù)載能力沒有充分考慮現(xiàn)場(chǎng)增加負(fù)載的可能性，導(dǎo)致容量配置偏小，負(fù)載率不滿足要求。

2.4 網(wǎng)絡(luò)及對(duì)時(shí)功能：網(wǎng)絡(luò)配置采用光纖單環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，一旦在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)故障，會(huì)導(dǎo)致兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的設(shè)備與上位機(jī)通訊中斷。對(duì)時(shí)系統(tǒng)采用GPS 單模對(duì)時(shí)，不滿足國(guó)標(biāo)對(duì)GPS和北斗冗余對(duì)時(shí)的要求。

2.5 機(jī)組現(xiàn)地控制單元冗余水機(jī)事故PLC水機(jī)保護(hù)回路受條件限制，沒有實(shí)現(xiàn)與主PLC保護(hù)回路獨(dú)立隔離措施，需進(jìn)一步完善。

3 改造后系統(tǒng)運(yùn)行方式

改造后計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用全分布﹑全開放式結(jié)構(gòu)。在生產(chǎn)主廠房配置上位機(jī)主機(jī)及操作員工作站。在十堰城區(qū)遠(yuǎn)程監(jiān)控中心設(shè)置操作員工作站，由運(yùn)行人員實(shí)現(xiàn)對(duì)全廠設(shè)備遠(yuǎn)程操作﹑監(jiān)視及控制。各現(xiàn)地LCU實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的操作﹑監(jiān)視﹑控制及保護(hù)。

4 監(jiān)控系統(tǒng)改造方案

4.1 機(jī)房及電源改造

原機(jī)房面積偏小，不符合監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范要求，需重新選址以滿足規(guī)范要求。并配置獨(dú)立的機(jī)房專用電源，容量按現(xiàn)有全供負(fù)荷的150%配置。分別由兩路獨(dú)立廠用交流和兩路獨(dú)立直流供電經(jīng)不間斷電源裝置（UPS）逆變后為上位機(jī)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供穩(wěn)定的電源?，F(xiàn)地LCU單元采用交直流雙電源輸入﹑雙路開關(guān)電源供電，以滿足系統(tǒng)對(duì)供電電源的可靠性要求。

4.2 時(shí)鐘同步裝置改造

系統(tǒng)設(shè)置GPS和北斗2套衛(wèi)星時(shí)鐘同步源，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行時(shí)鐘同步。它通過NTP網(wǎng)絡(luò)或串口方式向廠級(jí)管理工作站傳送時(shí)鐘信息，并向各套LCU的及其它系統(tǒng)設(shè)備發(fā)送時(shí)鐘同步信號(hào)。并可作為調(diào)速﹑勵(lì)磁﹑繼電保護(hù)及故障錄波等裝置的時(shí)鐘同步源。

4.3 上位機(jī)改造

按照新的技術(shù)規(guī)范要求，更換新的主機(jī)工作站﹑操作員站和遠(yuǎn)動(dòng)工作站，以適應(yīng)新形勢(shì)下電網(wǎng)調(diào)度對(duì)發(fā)電廠的調(diào)節(jié)精度要求。具備實(shí)時(shí)圖形顯示和各種報(bào)表生成，報(bào)警事件分布以及單對(duì)象操作﹑工況轉(zhuǎn)換﹑功率調(diào)節(jié)及AGC/AVC等。

4.4 現(xiàn)地LCU改造

現(xiàn)地LCU采用PLC可編程控制器，采用GE公司PAC RX3i CPU，中央處理器為300 MHz，功耗小，結(jié)構(gòu)小，所占空間小，結(jié)構(gòu)布局靈活。

現(xiàn)地LCU設(shè)置兩套主CPU，互為冗余，另設(shè)置一套獨(dú)立的水機(jī)事故冗余PLC，作為兩套主CPU的后備，當(dāng)兩套主CPU同時(shí)失電或故障時(shí)，緊急情況下由水機(jī)事故PLC作用于機(jī)組事故停機(jī)。機(jī)組現(xiàn)地控制單元主PLC與水機(jī)事故PLC的水機(jī)保護(hù)輸入信號(hào)在結(jié)構(gòu)上取自完全獨(dú)立﹑互不干擾的沒有任何電氣聯(lián)系的信號(hào)源，以進(jìn)一步完善水機(jī)保護(hù)，確保保護(hù)動(dòng)作可靠性。

現(xiàn)地控制單元應(yīng)具有數(shù)據(jù)采集﹑處理﹑控制與調(diào)節(jié)﹑溫度保護(hù)功能；同期﹑轉(zhuǎn)速測(cè)量控制功能；調(diào)速器﹑勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制及保護(hù)數(shù)據(jù)傳輸功能；輔設(shè)控制﹑人機(jī)接口﹑系統(tǒng)通信實(shí)現(xiàn)﹑自診斷等功能。

4.5 網(wǎng)絡(luò)改造：配置雙路100Mb it/s單模光纖作為通訊網(wǎng)絡(luò)主干線，各節(jié)點(diǎn)采用雙星型結(jié)構(gòu)，現(xiàn)地LCU雙CPU分別接入雙星型主網(wǎng)，以進(jìn)一步提高通訊可靠性。

5 硬件配置

主機(jī)工作站和操作員工作站各兩套，作為運(yùn)行人員對(duì)全廠設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制的人機(jī)接口。

遠(yuǎn)動(dòng)通訊服務(wù)器兩套，完成與上級(jí)調(diào)度的通訊功能。站內(nèi)通訊服務(wù)器一臺(tái)，完成與廠內(nèi)水情﹑Mis等通訊。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備一套，實(shí)現(xiàn)全廠計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的連接和通訊。

工程師站一套，完成監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫運(yùn)行與維護(hù)。

機(jī)組現(xiàn)地LCU單元共4套，開關(guān)站公用現(xiàn)地LCU單元共3套，輔機(jī)系統(tǒng)現(xiàn)地LCU單元共10套，實(shí)現(xiàn)相關(guān)設(shè)備的I/ O接口及控制功能。

6 改造過程中新﹑老系統(tǒng)過渡及與調(diào)度通訊平穩(wěn)過渡問題及對(duì)策

為了減小監(jiān)控系統(tǒng)改造對(duì)電廠安全生產(chǎn)的影響，應(yīng)本著“統(tǒng)籌規(guī)劃，分步實(shí)施”的原則安排現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度。機(jī)組LCU改造應(yīng)與機(jī)組大修同步實(shí)施，開關(guān)站LCU改造應(yīng)結(jié)合電站線路檢修進(jìn)行。施工過渡措施如下：

在改造前期，將原LCU單元與新上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息交互，在此基礎(chǔ)上由新系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與上級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)的遠(yuǎn)動(dòng)通信功能，原上位機(jī)系統(tǒng)退出運(yùn)行。實(shí)施新舊系統(tǒng)互聯(lián)后，再開展現(xiàn)地LCU改造，在此改造過程中，上級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)和電廠運(yùn)行人員均可通過新系統(tǒng)的上位機(jī)對(duì)全廠所有設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制。該方案改造前期工作量大，技術(shù)要求高，運(yùn)行方式靈活。

遠(yuǎn)景規(guī)劃：隨著智能化水電廠在國(guó)內(nèi)的不斷實(shí)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)作為最重要模塊之一與電廠水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)﹑大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等資源統(tǒng)一納入智能水電廠一體化管控平臺(tái)，通過資源共享﹑數(shù)據(jù)綜合分析，提高水能利用率在發(fā)電環(huán)節(jié)為智能電網(wǎng)發(fā)展提供有力支撐。

[1]梁建行.水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].北京：水利水電出版社，2013.

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