龍灘水力發(fā)電廠監(jiān)控系統(tǒng)主控層優(yōu)化與實(shí)現(xiàn)

李鎮(zhèn)江,王鵬宇,王雨生,孫晉東

(1.龍灘水電開發(fā)有限公司龍灘水力發(fā)電廠,廣西天峨547300；2.南京南瑞集團(tuán)公司水利水電技術(shù)分公司,江蘇南京211106)

龍灘水力發(fā)電廠監(jiān)控系統(tǒng)主控層優(yōu)化與實(shí)現(xiàn)

李鎮(zhèn)江1,王鵬宇1,王雨生1,孫晉東2

(1.龍灘水電開發(fā)有限公司龍灘水力發(fā)電廠,廣西天峨547300；2.南京南瑞集團(tuán)公司水利水電技術(shù)分公司,江蘇南京211106)

針對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)備與軟件技術(shù)已逐漸不能滿足現(xiàn)場(chǎng)使用的功能與性能要求的現(xiàn)狀,龍灘水電廠于2016年對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)主控層進(jìn)行整體優(yōu)化改造,通過總結(jié)近十年的維護(hù)管理經(jīng)驗(yàn),在原有的功能基礎(chǔ)上,開發(fā)創(chuàng)新出很多獨(dú)特的軟、硬件功能,解決了舊系統(tǒng)中存在的諸多問題。

監(jiān)控系統(tǒng)；主控層；優(yōu)化改造；龍灘水電廠

0 引 言

龍灘水力發(fā)電廠第一期總裝機(jī)容量4 900 MW,于2008年全部投產(chǎn)。龍灘電廠監(jiān)控系統(tǒng)采用雙光纖環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu),兼顧了可靠性與經(jīng)濟(jì)性。主控層硬件設(shè)備主要采用Oracle公司V440服務(wù)器、Sunblad2500工作站與HP公司6400工作站。組態(tài)軟件采用南瑞公司NC2000系統(tǒng)。主要配置了2臺(tái)熱備冗余的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器；2臺(tái)冗余的歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器,共用1套磁盤陣列；4臺(tái)操作員工作站；1臺(tái)工程師站；2臺(tái)廠內(nèi)通訊站；2臺(tái)調(diào)度通訊站；1臺(tái)培訓(xùn)工作站；1臺(tái)WEB服務(wù)器；1臺(tái)打印服務(wù)器。這套主控層系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性在近十年的運(yùn)行中得到了充分的肯定。然而隨著時(shí)代的發(fā)展,這套系統(tǒng)無論是硬件配置還是軟件功能,都已經(jīng)不能滿足龍灘電廠目前的使用需求，系統(tǒng)優(yōu)化改造的必要性已經(jīng)凸現(xiàn)出來。此次主控層系統(tǒng)的整體優(yōu)化改造很好的解決了目前系統(tǒng)存在的問題,為今后相當(dāng)一段時(shí)間的安全穩(wěn)定運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 硬件問題與解決方法

1.1 硬件性能優(yōu)化

舊系統(tǒng)主控層采用的V440服務(wù)器在數(shù)據(jù)處理能力上勉強(qiáng)還能滿足需求,但CPU主頻偏低,內(nèi)存容量也只有2 GB,在近十年間,主控層不斷增加新的功能與進(jìn)程,導(dǎo)致主服務(wù)器CPU負(fù)載率與內(nèi)存占用率都偏高,服務(wù)器處于長(zhǎng)期高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài),已經(jīng)于2015年初損壞一臺(tái)歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器。因V440服務(wù)器停產(chǎn)多年,備品備件采購(gòu)困難,廠家的技術(shù)服務(wù)也已經(jīng)不能繼續(xù),所以硬件設(shè)備的缺陷處理非常困難。歷史數(shù)據(jù)使用的磁盤陣列容量為300 GB,而龍灘電廠7臺(tái)機(jī)組一年產(chǎn)生的歷史數(shù)據(jù)量為120 GB,除去基本數(shù)據(jù),整個(gè)磁盤僅能存儲(chǔ)一年半的數(shù)據(jù)。每年年中都必須刪除上一年歷史數(shù)據(jù),導(dǎo)致查詢歷史數(shù)據(jù)困難。本次升級(jí)改造采用目前最新的硬件設(shè)備,數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)能力大大提升,新的硬件設(shè)備至少能存儲(chǔ)十年的數(shù)據(jù)量,徹底解決了硬件性能方面的問題。

1.2 功能配置優(yōu)化

(1)根據(jù)水電廠監(jiān)控系統(tǒng)規(guī)程要求,電廠工作人員需定期將歷史數(shù)據(jù)導(dǎo)出備份,并存放在指定的資料庫中,龍灘電廠舊監(jiān)控系統(tǒng)沒有配置專門用于導(dǎo)出數(shù)據(jù)的工作站,工作人員只能使用臨時(shí)工作站對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行導(dǎo)出,導(dǎo)出后的數(shù)據(jù)又要使用大容量移動(dòng)硬盤拷貝出來,單獨(dú)存放。需要使用歷史數(shù)據(jù)時(shí)，又得進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的導(dǎo)入工作,整個(gè)工作流程復(fù)雜,安全性低,效率也很低。為了解決以上問題,本次升級(jí)的新系統(tǒng)增配一臺(tái)歷史備份工作站,專門用于備份歷史數(shù)據(jù),此工作站的特點(diǎn)是配置不用太高,硬盤使用大容量快拆式抽屜硬盤,便于將備份的數(shù)據(jù)及時(shí)取出保存。

(2)在日常工作中,監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)對(duì)外導(dǎo)出是一項(xiàng)很普遍的工作,然而這項(xiàng)工作最容易出現(xiàn)內(nèi)、外網(wǎng)互聯(lián)的風(fēng)險(xiǎn)。由于工作人員躲避繁瑣操作流程的原因、由于專用存儲(chǔ)介質(zhì)管理不善的原因,使得從監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)導(dǎo)出數(shù)據(jù)并向外部傳輸?shù)倪^程中,具有很大的安全風(fēng)險(xiǎn)。為了解決此項(xiàng)問題,新系統(tǒng)將增配一臺(tái)對(duì)外工作站,專門用于監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)導(dǎo)出。增加的這臺(tái)工作站位于控制大區(qū)以外,是經(jīng)過單向隔離后的非控制區(qū)域。這臺(tái)工作站利用新的單向傳輸技術(shù),將控制區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)庫與畫面實(shí)時(shí)同步至對(duì)外工作站,這樣就能夠保持對(duì)外工作站內(nèi)的數(shù)據(jù)庫和組態(tài)畫面與實(shí)時(shí)服務(wù)器中的完全相同。工作人員可以從對(duì)外工作站向指定的客戶端導(dǎo)出相關(guān)數(shù)據(jù),整個(gè)工作過程與控制區(qū)的設(shè)備完全隔離,避免了內(nèi)外網(wǎng)互聯(lián)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

(3)龍灘電廠作為西部大開發(fā)的龍頭工程,裝機(jī)容量大,在南方電網(wǎng)中的地位非常重要。常常會(huì)作為南方電網(wǎng)新功能、新技術(shù)的配合開發(fā)電廠。龍灘電廠自投產(chǎn)以來,參與聯(lián)合開發(fā)的項(xiàng)目有自動(dòng)發(fā)電控制AGC、自動(dòng)電壓控制AVC、組合順序控制信號(hào)上送調(diào)度等。這些項(xiàng)目的開發(fā)與完善基本都在龍灘電廠進(jìn)行,然而每次入場(chǎng)調(diào)試都需要臨時(shí)搭建調(diào)試環(huán)境,機(jī)房里的臨時(shí)主機(jī)與臨時(shí)工作站嚴(yán)重影響了機(jī)房的日常維護(hù)工作,也存在著一定的安全隱患。為了更好的完成調(diào)試任務(wù),新系統(tǒng)增配一臺(tái)調(diào)試服務(wù)器,專門用于監(jiān)控系統(tǒng)新功能開發(fā)時(shí)的調(diào)試工作。增加的這臺(tái)調(diào)試服務(wù)器正常運(yùn)行時(shí)可作為備用的操作員站,一旦有調(diào)試工作,則可以從網(wǎng)絡(luò)中解除,與移動(dòng)工作站搭建成臨時(shí)的調(diào)試環(huán)境。同時(shí)此工作站也可以作為專用的編譯環(huán)境,完美的解決調(diào)試過程中的一切需求。

(4)舊監(jiān)控系統(tǒng)主控層的UPS電源采用聯(lián)絡(luò)運(yùn)行的方式,兩臺(tái)UPS電源各承擔(dān)50%的負(fù)荷,然而其中一臺(tái)發(fā)生故障時(shí)往往會(huì)影響到另一臺(tái)正在運(yùn)行的UPS。且共用母線一旦發(fā)生故障,兩臺(tái)UPS將同時(shí)退出運(yùn)行,對(duì)主控層設(shè)備造成不可預(yù)測(cè)的損傷。新的主控層硬件設(shè)備全部采用雙電源供電。改造新的UPS供電系統(tǒng),由原來的雙UPS聯(lián)絡(luò)運(yùn)行改為雙UPS并列運(yùn)行。改造后每臺(tái)UPS帶一段母線,每段母線供服務(wù)器和工作站的一路電源,斷開一路另一路仍能正常工作。電源可靠性增加的同時(shí),對(duì)日常的維護(hù)也提供了很大的便利。

1.3 其他設(shè)備優(yōu)化

完善監(jiān)控系統(tǒng)審計(jì)功能,滿足二次安防的相關(guān)要求。增加1臺(tái)入侵檢測(cè)服務(wù)器和1臺(tái)網(wǎng)絡(luò)審計(jì)服務(wù)器,并配置入侵檢測(cè)系統(tǒng)、漏洞掃描系統(tǒng)、安全管理審計(jì)系統(tǒng)等,用于提高監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全。 升級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)時(shí)裝置,采用北斗、GPS雙模的新型雙星對(duì)時(shí)系統(tǒng)。具有NTP、直流B碼、PPM、PPS、DCF77等多種對(duì)時(shí)信號(hào)。可滿足龍灘電廠目前的對(duì)時(shí)需要,同時(shí)預(yù)留擴(kuò)展與升級(jí)功能,為以后的現(xiàn)地LCU改造和全廠統(tǒng)一對(duì)時(shí)做好準(zhǔn)備。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局優(yōu)化

龍灘電廠此次主控層的升級(jí)改造相當(dāng)于更換電廠的中樞控制系統(tǒng)。新系統(tǒng)的整體布局也進(jìn)行了一些創(chuàng)新，如圖1所示。除GPS柜外,每?jī)蓚€(gè)機(jī)柜配一套KVM系統(tǒng),由加長(zhǎng)VGA線分別將兩路顯示延長(zhǎng)至新的工作臺(tái)(4個(gè)顯示器),由加長(zhǎng)控制線將4個(gè)KVM切換控制器延長(zhǎng)至新的工作臺(tái)面。如此一來,控制臺(tái)上的4個(gè)顯示器可以切換顯示4個(gè)機(jī)柜中的所有服務(wù)器和工作站的界面。既方便工程師對(duì)設(shè)備進(jìn)行快速的切換維護(hù),又減少了顯示器的數(shù)量節(jié)約了成本。中控室的操作員顯示器與控制鍵盤因距離機(jī)房較遠(yuǎn),必須采用延長(zhǎng)方式,此次改造采用延長(zhǎng)裝置將鼠標(biāo)和鍵盤延長(zhǎng)至中控室,而顯示則采用50 m加長(zhǎng)VGA視頻線直接將操作員站的主機(jī)與中控室的顯示器相連。避免了延長(zhǎng)裝置傳輸視頻信號(hào)受干擾的情況。

圖1 KVM系統(tǒng)

圖2 改造后的龍灘電廠監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

3 軟件的優(yōu)化升級(jí)與自主創(chuàng)新

3.1 自主創(chuàng)新軟件的開發(fā)與應(yīng)用

(1)新開發(fā)一鍵切換服務(wù)器節(jié)點(diǎn)的功能軟件。此軟件將用在調(diào)試服務(wù)器上,在調(diào)試服務(wù)器中預(yù)設(shè)多種節(jié)點(diǎn)狀態(tài),如：操作員站、主機(jī)服務(wù)器、廠內(nèi)通訊站等。在調(diào)試工作中可通過下拉菜單一鍵切換節(jié)點(diǎn)狀態(tài),便于調(diào)試工作的進(jìn)行。同時(shí)設(shè)置嚴(yán)密的邏輯閉鎖功能,當(dāng)工作站檢測(cè)到系統(tǒng)內(nèi)有相同節(jié)點(diǎn)時(shí),閉鎖調(diào)試服務(wù)器切換該節(jié)點(diǎn)的功能,避免系統(tǒng)中同時(shí)出現(xiàn)兩個(gè)一樣的節(jié)點(diǎn),造成系統(tǒng)沖突。調(diào)試服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)一旦斷開,將自動(dòng)恢復(fù)至默認(rèn)調(diào)試服務(wù)器節(jié)點(diǎn)并自動(dòng)重啟生效,這就避免了工作人員忘記切換服務(wù)器節(jié)點(diǎn),直接將調(diào)試服務(wù)器接入主系統(tǒng)的情況。此軟件的出現(xiàn)為現(xiàn)場(chǎng)工作提供了很大的方便,不必再臨時(shí)修改多個(gè)系統(tǒng)文件來切換節(jié)點(diǎn)功能,也不會(huì)因誤改系統(tǒng)文件導(dǎo)致服務(wù)器啟動(dòng)失敗,更不會(huì)因?yàn)槿藶檎`操作導(dǎo)致系統(tǒng)沖突。

(2)新開發(fā)基于FTP技術(shù)的單向傳輸軟件。本次改造將此軟件用在主機(jī)服務(wù)器與對(duì)外工作站上,在經(jīng)過正向隔離的同時(shí),將實(shí)時(shí)服務(wù)器上的最新數(shù)據(jù)庫與畫面報(bào)表、畫面、報(bào)表等文件同步至對(duì)外工作站。使對(duì)外工作站中的數(shù)據(jù)保持最新,以便于向外導(dǎo)出最新的數(shù)據(jù)。此軟件的特點(diǎn)是既實(shí)現(xiàn)了控制區(qū)與非控制區(qū)的單向隔離,又能將控制區(qū)的非數(shù)據(jù)類文件“跨境”傳送到非控制區(qū)。這樣即保護(hù)了系統(tǒng)的安全,同時(shí)能夠靈活的完成對(duì)外工作任務(wù),成為此次升級(jí)改造的一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)。

(3)新開發(fā)自動(dòng)備份軟件。此軟件用在歷史備份工作站上,定期將歷史服務(wù)器中的數(shù)據(jù)備份至本地硬盤當(dāng)中,當(dāng)本地磁盤容量達(dá)到設(shè)定上限時(shí)自動(dòng)彈出報(bào)警窗口,提醒維護(hù)人員更換硬盤。以往備份數(shù)據(jù)都是靠人為操作,每個(gè)月備份一次,往往工作一忙就容易忽略。有了自動(dòng)備份軟件就解決了以上問題。

(4)新開發(fā)定期自動(dòng)保存與打印報(bào)表軟件。老版的NC2000系統(tǒng)沒有自動(dòng)保存報(bào)表的功能,此次開發(fā)的軟件多了自動(dòng)保存功能,在不違返檔案管理規(guī)定的情況下,盡量使用電子報(bào)表存檔,不但節(jié)約紙張,而且便于保存。在原系統(tǒng)上優(yōu)化自動(dòng)打印功能,避免服務(wù)器出現(xiàn)死機(jī)或網(wǎng)絡(luò)故障的情況,在必要的情況下能夠自動(dòng)打印報(bào)表,減輕運(yùn)行人員的工作量。

(5)將原來兩臺(tái)廠內(nèi)通信站的通訊功能集合至一臺(tái)通信機(jī),另一臺(tái)作為熱備用通信機(jī)。這樣兩臺(tái)通信機(jī)才真正實(shí)現(xiàn)了互為備用。此項(xiàng)改造是考慮到龍灘電廠目前只有五個(gè)系統(tǒng)與廠內(nèi)通信站進(jìn)行通信,用一臺(tái)工作站完全能夠滿足功能要求,沒有必要分開兩臺(tái),且如果分成兩臺(tái)則相互沒有備用,一臺(tái)通信機(jī)故障必然導(dǎo)致部分系統(tǒng)通信中斷。而集合在一臺(tái)通信站后,可以兩臺(tái)工作站互為熱備,安全可靠性得到很大的提高。

3.2 組態(tài)軟件升級(jí)優(yōu)化

龍灘電廠主控層組態(tài)軟件由南瑞公司NC2000系統(tǒng)升級(jí)為NC2000-3.0系統(tǒng)。相對(duì)于舊版系統(tǒng),新系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)有4點(diǎn)。

3.2.1 更全面的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析工能

NC2000-3.0在歷史數(shù)據(jù)查詢與分析方面,比老系統(tǒng)有了很大的進(jìn)步。模擬量曲線查詢從原來的四條增加到目前的12條曲線同時(shí)查詢,簡(jiǎn)報(bào)窗口也支持最近1000條簡(jiǎn)報(bào)保存功能。不僅僅能對(duì)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的查詢,還可以設(shè)置一定的邏輯條件,對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選查詢,對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,擁有了一定的趨勢(shì)分析的功能。為技術(shù)人員進(jìn)行設(shè)備分析提供了更為方便的查詢功能。

3.2.2 更友好的測(cè)試界面

NC2000-3.0在很多功能界面上都做了優(yōu)化,比如測(cè)點(diǎn)索引界面,工程人員常常使用這個(gè)畫面進(jìn)行功能測(cè)試。老系統(tǒng)的界面是單個(gè)測(cè)點(diǎn)下拉界面顯示,不便于同時(shí)觀察和強(qiáng)制多個(gè)測(cè)點(diǎn)屬性。新系統(tǒng)采用了更加直觀和方便的界面,與數(shù)據(jù)庫修改界面統(tǒng)一起來,即方面操作,又方便多臺(tái)服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)對(duì)比調(diào)試工作。

3.2.3 非常方便的自動(dòng)巡回檢查功能

NC2000-3.0在系統(tǒng)中集成了一個(gè)系統(tǒng)結(jié)點(diǎn)狀

態(tài)顯示界面。此界面可以實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中所有服務(wù)器與工作站的工作狀態(tài)。比如各服務(wù)器中正在運(yùn)行的程序進(jìn)程情況、各服務(wù)器的內(nèi)存運(yùn)行情況、CPU占用率、對(duì)時(shí)情況和系統(tǒng)溫度等。有了這個(gè)自動(dòng)巡回界面,并定期將巡回結(jié)果自動(dòng)保存在指定的存儲(chǔ)器上,大大將低了維護(hù)人員的工作量。也為設(shè)備的安全運(yùn)行提供了更全面的分析數(shù)據(jù)。

3.2.4 更完善的報(bào)表編輯功能

NC2000-3.0在報(bào)表編輯功能上有很大的進(jìn)步,把以往繁瑣的連點(diǎn)工作進(jìn)行了非常智能的升級(jí),大大提高了報(bào)表編輯工作的效率。在報(bào)表中不僅能連接相關(guān)測(cè)點(diǎn),顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，還可以設(shè)定連接測(cè)點(diǎn)的高低限動(dòng)作時(shí)間,動(dòng)作次數(shù)等數(shù)據(jù)。在報(bào)表顯示方面也做了很大的改進(jìn),不僅能顯示報(bào)表數(shù)據(jù),還能夠以多種圖型的方式顯示歷史數(shù)據(jù)的趨勢(shì)情況。為設(shè)備的運(yùn)行、分析提供了更為直觀的報(bào)表數(shù)據(jù)。

4 結(jié) 語

龍灘電廠監(jiān)控系統(tǒng)主控層的升級(jí)改造,一切從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)?？偨Y(jié)了近十年的維護(hù)管理經(jīng)驗(yàn),在原有的功能基礎(chǔ)上,開發(fā)創(chuàng)新出很多獨(dú)特的軟、硬件功能,解決了舊系統(tǒng)中存在的諸多問題。硬件選擇方面,緊跟時(shí)代的發(fā)展,選擇當(dāng)今主流成熟的硬件設(shè)備,在保證性能得到滿足的同時(shí),追求平穩(wěn)安全的運(yùn)行。軟件開發(fā)方面,充分考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的應(yīng)用,功能簡(jiǎn)單而實(shí)用,邏輯縝密安全性高,創(chuàng)新功能凝聚著技術(shù)人員多年的智慧結(jié)晶。改造伴隨著創(chuàng)新,創(chuàng)新推動(dòng)著進(jìn)步,龍灘電廠正在全廠技術(shù)人員的努力下,走向一條創(chuàng)新發(fā)展的道路。

[1]孔德寧, 段中平, 李鎮(zhèn)江, 等. 龍灘水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)[J]. 水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測(cè), 2007, 31(4): 7- 11．

[2]DL/T 578—2008 水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)基本技術(shù)條件[S]．

[3]DL/T 822—2012 水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)收規(guī)程[S]．

[4]DL/T 1074—2007 電力用直流和交流一體化不間斷電源設(shè)備[S]．

[5]DL/T 5065—2009 水力發(fā)電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

(責(zé)任編輯 高 瑜)

Optimization and Achievement of Main Control Layer for the Monitoring System of Longtan Hydropower Plant

LI Zhenjiang1, WANG Pengyu1, WANG Yusheng1, SUN Jindong2

(1. Longtan Hydropower Plant, Longtan Hydropower Development Co., Ltd., Tian’e 547300, Guangxi, China; 2. Water Resources and Hydropower Technology Branch, NARI Group Corporation, Nanjing 211106, Jiangsu, China)

Because the hardware and software of the monitoring system in Longtan Hydropower Plant has been unable to meet the status quo of functional and performance requirements, the main control layer of monitoring system is optimized and transformed in 2016. Based on the summarization of maintenance and management experiences in past 10 years, some new and unique hardware and software functions are developed for the monitoring system, and many problems of old monitoring system are also solved．

monitoring system; main control layer; optimization and transformation; Longtan Hydropower Plant

2017- 02- 18

李鎮(zhèn)江(1982—),男,新疆庫爾勒人,高級(jí)工程師,技師,主要從事水電站自動(dòng)化工作．

TM762(267)

A

0559- 9342(2017)04- 0044- 04