PCS—9150水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造實現(xiàn)

蔡丹 牛洪海 蔡金華 吳佳勝

【摘要】本文介紹了云南棉花山水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的改造情況，對改造過程中的注意事項及解決方案進行了討論，提出改造主要配置及新系統(tǒng)的特點。

【關鍵詞】水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)；改造

引言

云南棉花山水電站電站裝機容量16MW，站內布置臥式水輪發(fā)電機組4臺、主變壓器2臺，采用二機一變的擴大單元接線。電站建于1987年，于2005進行過一次擴容改造，采用國內某公司的水電監(jiān)控系統(tǒng)，目前該系統(tǒng)已投運滿10年，為了適應水電站“無人值班，少人值守”的要求，電站于2016年3月再次進行系統(tǒng)改造。

為了充分利用以前的硬件設備投資，此次改造只改造二次設備，二次電纜基本要求保持不動，故前期現(xiàn)場調研時需要盡可能考慮到現(xiàn)場設備布置、二次電纜走線問題，防患于未然。需要充分了解原屏柜的布置，尤其是端子的布置，改造的屏柜端子須參照原屏柜的端子布置順序。

1、原監(jiān)控系統(tǒng)不足

原計算機監(jiān)控系統(tǒng)是某公司的HSC2000監(jiān)控系統(tǒng)，于2005年完成設計投運，采用分層分布式，共分2層，廠站監(jiān)控層和現(xiàn)場控制層，網(wǎng)絡結構如圖1所示。

1）廠站監(jiān)控層

廠站監(jiān)控層包含2臺主機兼操作員站，1臺廠內通信工作站，1臺遠動工作站。

2）現(xiàn)地控制層

現(xiàn)地控制層共有5套LCU，分別為1～4號機組LCU，公用LCU。網(wǎng)絡采用雙星型網(wǎng)絡架構。各LCU具備較強的獨立運行能力，在脫離上位機的狀態(tài)下能夠完成其監(jiān)控范圍內設備的實時數(shù)據(jù)采集處理、設定值修改、設備工況調節(jié)轉換等任務。現(xiàn)地控制層PLC采用美國GE公司的GE 90-30系列PLC。

原監(jiān)控系統(tǒng)主要存在以下不足之處：

1）由于這套監(jiān)控系統(tǒng)投運時間已過10年，設備和自動化元器件老化、過時，部分元器件已經(jīng)更新?lián)Q代，很難購買備件，設備故障率逐漸上升。

2）GE PLC未配置SOE模件，事件分辨率較低。

3）機組LCU未配置單點同期裝置，導致在現(xiàn)地操作單元機組并網(wǎng)時，需要去公用LCU屏操作查看并網(wǎng)狀態(tài)（在公用LCU屏設置多點同期裝置）。

4）原機組LCU屏柜未配置串口通訊裝置，導致溫度巡檢儀等儀表顯示的溫度無法通訊送至操作員站監(jiān)視，增加了巡檢強度。

2、改造方案

改造方案基于新的計算機監(jiān)控系統(tǒng)能全面實現(xiàn)“無人值班，少人值守”進行功能設計和設備配置，以安全可靠，技術先進，經(jīng)濟合理為基本原則。

監(jiān)控系統(tǒng)結構仍分為2層，網(wǎng)絡結構圖如圖2所示。

1）廠站監(jiān)控層

還是配置2臺主機兼操作員站，2臺主機互為冗余。工作站配置采用當前主流配置。

取消廠家通訊工作站，改配置為1臺工程師站，專門用于維護下位機組態(tài)及上下機畫面、報表等功能，工程師站可兼做操作員站。勵磁、調速器、直流、溫度巡檢儀等需要通訊的設備通過PLC的串口板卡直接通訊。

取消遠動工作站，改配置為電力專用的遠動裝置PCS-9799，遠動裝置為無硬盤無風扇的專用裝置，數(shù)據(jù)直采直送，通過專用通道點對點方式以及站內的數(shù)據(jù)網(wǎng)接入設備向各級調度傳送遠動信息，滿足調度自動化的要求，能同時適應通過專線通道和調度數(shù)據(jù)網(wǎng)通道與各級調度端主站系統(tǒng)通信的要求。同時PLC具備直接接收遠動裝置下發(fā)的各個調度中心的遙控/遙調指令。

2）現(xiàn)地控制層

現(xiàn)地控制層仍配置5套LCU，分別為1～4號機組LCU，公用LCU。網(wǎng)絡采用雙星型網(wǎng)絡架構。增加1面遠動柜，用于放置遠動裝置及GPS對時裝置。

各LCU配置南瑞繼保自主研發(fā)的PCS-9150系列PLC，取消原屏柜上眾多狀態(tài)指示燈和操作按鈕，增加1臺10”觸摸屏，實現(xiàn)就地LCU的現(xiàn)地控制，使屏面布置簡潔明了。保留遠方/就地切換把手及緊急停機按鈕。

增加操作層級控制權限，操作層級分為3層，優(yōu)先級從高到低依次為現(xiàn)地控制層，廠站監(jiān)控層，遠動控制層。在LCU屏柜上設置遠方/就地切換把手，用于現(xiàn)地控制層與廠站監(jiān)控層的控制權限切換。在廠站控制層的監(jiān)控后臺畫面設置廠站控制/遠動控制軟切換把手。只有在遠動控制模式下，遠動控制層下發(fā)遙控/遙調指令才有效。

機組LCU增加PCS-9659D自動準同期裝置及手動同期，公用LCU仍然配置多點自動準同期裝置（用于線路同期），把機組的同期功能移至機組LCU的單點同期裝置實現(xiàn)。

PCS-9150系列PLC是南瑞繼保歷經(jīng)多年研究開發(fā)的一種全新的智能分布式過程控制器，控制器自身集成兩個上位機百兆網(wǎng)口（無需像GE PLC一樣需要額外配置1塊網(wǎng)卡），自動支持GPS/北斗對時（網(wǎng)絡NTP對時、串口B碼對時、光口B碼對時等），無需額外配置。

PCS-9150 PLC支持雙電源配置（AC/DC 110V～220V寬壓設計），無需配置交直流雙供電裝置。

DI板卡和SOE板卡采用同一塊板卡，僅通過軟件設置板件類型，減少現(xiàn)場板卡種類。SOE時標由板卡產(chǎn)生，時間更精確，SOE精度<1ms。

PCS-9150系列PLC控制器相比西門子、施耐德等PLC有以下特點：

1）一體化設計，機箱式結構，工業(yè)級防護外殼，抗干擾能力強；

2）配套標準算法模塊，包括各種PID、自整定控制模塊、算術邏輯運算、模擬量/開關量手操器、操作器、超前滯后、數(shù)字邏輯等，可定制生成其它特殊算法，如狀態(tài)變量和模糊算法；

支持功能塊圖組態(tài)，所見即所得。在線監(jiān)視時功能塊有背景色指示狀態(tài)，方便快捷；

3、改造系統(tǒng)優(yōu)點

南瑞繼保的PCS-9150水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)具備靈活開放的體系結構，實時、海量數(shù)據(jù)庫，全面支持IEC61850/103/ModbusTCP/OPC等標準規(guī)約，圖模庫一體化建模，友好的人機界面，支持離線維護、在線無擾更新等高級功能。

主機可設置為多節(jié)點互為備用，值班節(jié)點故障，備用節(jié)點自動切換為值班狀態(tài)。

系統(tǒng)功能模塊可方便的進行裁剪和擴充，“即插即用”，適合多種用戶需求。

監(jiān)控系統(tǒng)支持廠級AGC發(fā)電控制及自動電壓控制，根據(jù)系統(tǒng)對電站的要求，如調功、調頻等運行方式，對系統(tǒng)的頻率、穩(wěn)定極限進行監(jiān)視，自動進行有關電站機組起、停控制，機組有功/無功功率自動調整，減輕運行人員的勞動強度，提高電能生產(chǎn)質量，滿足新型電力市場對電力生產(chǎn)單位電能質量的要求。

監(jiān)控系統(tǒng)預留WEB信息發(fā)布系統(tǒng)接口。隨著計算機信息技術及網(wǎng)絡技術的發(fā)展，水電站ONCALL功能逐漸被WEB發(fā)布功能所替代。通過WEB信息發(fā)布服務器，管理信息系統(tǒng)不再需要與監(jiān)控系統(tǒng)進行復雜的數(shù)據(jù)規(guī)約轉換及數(shù)據(jù)通訊，也不需要存儲和管理這些數(shù)據(jù)，客戶端只需采用IE瀏覽器，建立一個網(wǎng)絡鏈接，運行管理人員便可訪問WEB服務器，瀏覽查詢現(xiàn)場設備及系統(tǒng)的運行情況。

手機APP應用作為WEB發(fā)布的補充，目前也逐步推廣到小水電站的遠程監(jiān)視中。通過Web發(fā)布，安全分區(qū)隔離，可定制水電站監(jiān)控系統(tǒng)手機APP應用，通過手機APP應用瀏覽，運行管理人員可實時了解現(xiàn)場設備運行狀態(tài)，為“無人值班，少人值守”提供更為便捷的瀏覽方式。

4、結束語

南瑞繼保PCS-9150系統(tǒng)在棉花山水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的成功改造，為同類型的機組改造工作提供了豐富的經(jīng)驗。棉花山水電站改造從2016年3月開始改造，僅化了20天時間就完成了4臺機組LCU、公用LCU，以及上位機監(jiān)控、通訊等全部軟硬件的改造工作。目前系統(tǒng)穩(wěn)定運行。在如此短的時間內完成水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造的經(jīng)驗可為其它同類水電站改造提供經(jīng)驗與借鑒。

參考文獻：

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