深能水電懂托集控中心監控系統的設計與應用

陳方毅

南京南瑞水利水電科技有限公司小水電與海外部，中國·江蘇 南京 210000

1 引言

所謂全分布是指數據庫、監控功能分布在相應的網絡節點機上。對系統而言節點功能，資源相對獨立而又便于為其他節點共享，并且為今后功能擴充提供了較大的方便。網絡上的各部分設備中任一部分故障或不工作，不影響系統其他部分的運行。

SJ-3000型全分布開放式計算機監控系統是南瑞集團有限公司于1993年率先在中國獨立自主開發完成的符合國際開放系統標準的監控系統，該系統于1994年初開始在多個水電廠投運，有全系統連續運行近10年的成功經驗。該產品已通過國家驗收、網局驗收和部級鑒定，目前已在全國100多個電廠中應用。多年來，隨著科學技術的不斷發展以及用戶需求的增加，SJ-3000型全分布開放式計算機監控系統的功能和軟件已進一步完善和提高，特別是面向對象的NC2000軟件系統在多個大型電站的成功應用，使得SJ-3000成為中國水電廠計算機監控系統領域中的主導產品。

2 項目概況

中國貴州深能泓源、洋源電力有限公司目前擁有兩座水電站。兩座電站位于貴州羅甸縣、平塘縣，廣西南丹縣的二省三縣交界處曹渡河干流上，為曹渡河流域梯級規劃建設的最后兩級電站，每座電站裝機容量均為3×10MW，總裝機容量為60MW。設計、統一規劃的綜合一體化的思路，從全局高度對電站的所有自動化系統的資源進行整合，解決了兩電站計算機監控系統設計、安裝、調存式中存在的不足，提高了設備可靠性，實現遠方控制，提升了水電站生產、管理和決策能力。

3 集控系統的設計原則

第一，按照“無人值班”（少人值守）的原則進行計算機監控系統的總體設計和系統配置。既可實現站內監控，又能實現遠程監控。

第二，監控系統通信服務器具備與電調、水調系統的調度中心之間進行通信的功能。

第三，軟件應采用模塊化、結構化設計，保證系統的可擴展性，并滿足功能增加及規模擴充的需要。系統具有冗余容錯設計，不會因局部的故障而引起系統誤操作或降低系統性能。各LCU能脫離主控級獨立運行，并不受主控級故障影響。

第四，選用全開放、分布式的系統結構，系統配置和設備選型應適應計算機發展迅速的特點，具有先進性和向上兼容性。

第五，監控系統必須響應速度快，可靠性和可用率高，可維護性好。

第六，監控系統具備與電站勵磁系統、調速系統、繼電保護系統、直流系統、工業電視、火災報警等數字化設備系統地進行通信的接口。

第七，監控系統要求人機接口功能強，人機界面采用中文且操作方便，便于二次開發，其設計原則滿足：①具有漢字顯示和打印功能。漢字應符合國家二級字庫標準。②人機聯系操作方法應簡便、靈活、可靠，對話提示說明清楚準確，在整個系統對話運用中保持一致。③操作以鼠標為主，鍵盤為輔的原則。

第八，計算機監控系統的通信必須滿足國家能源局頒布的《電力監控系統安全防護總體方案》、國家電監會頒布的《電力二次系統安全防護規定》、電力系統有關“發電廠二次系統安全防護指南”和“電力二次系統安全防護總體方案”的最新文件和規定的要求進行軟、硬件隔離。電力調度數據設備技術要求應滿足接入系統報告要求。

第九，計算機監控系統局域網按IEEE802.3設計，采用星型結構的交換式以太網，全開放的分布式接口，局域網通信規約TCP/IP，網絡介質采用光纖或超五類雙絞線，介質訪問控制方式為帶有碰撞檢測的載波監聽多路訪問（CSMA/CD），生產控制網絡、生產非控制網絡及生產管理網主干網的傳輸速率1000Mbps，接入網及數據交換網絡的傳輸速率100Mbps。

第十，系統支持在線及離線編程，遠程維護和全網絡化數據信息交換。

系統配置和設備選型符合計算機、網絡技術發展迅速的特點，充分利用計算機領域的先進技術，采用向上兼容的計算機體系結構，使系統達到當前的中國領先水平。

第十一，為了滿足系統實時性要求和保證系統具有良好的開放性，系統硬件與軟件平臺將采用現在具有成熟運行經驗且嚴格遵守當今工業標準的具有較好資歷的廠商的產品。

第十二，集控中心計算機監控系統支持各種應用軟件及功能的開發應用，支持第三方軟件在系統上無縫集成和可靠運行，支持數據網絡通信，并能方便地與其他系統通信。

第十三，系統為分布開放系統，既便于功能和硬件的擴充，又能充分保護應用資源和投資，分布式數據庫及軟件模塊化、結構化設計，使系統能適應功能的增加和規模的擴充，并能自診斷[1]。

4 系統結構與控制調節

4.1 系統結構

電站計算機監控系統架構將分為兩個層次：

電站層：通過以太網通道構成的整個監控的主干網，在該主干網上連接電站監控中心的計算機監控系統的網絡交換設備和現地LCU設備。電站監控中心服務器可以直接對現地層LCU相關數據的實時采集和指令下達。

現地層：現地設備控制層，可采用現場總線或以太網。

集控系統結構如圖1所示。

圖1 集控系統結構

4.2 控制調節

按上述計算機監控系統構架劃分，計算機監控系統控制調節方式有如下三種：電網調度中心調度調控方式、遠控中心調控方式和現地調控方式。

控制、調節權限按現地層、遠控層、調度層的順序從高到低，控制、調節的權限通過切換開關或軟功能鍵切換，有相應的閉鎖條件。原則上，上一層可以要求下一層切換控制、調節權，下一層應按上一層的要求切換控制、調節權，只有當下一層的控制、調節權切換到上一層，上一層才能進行控制、調節。電網調度的方式相對較為靈活，調控權限最高，在遠控層均設置與電網調度控制、調節的權限切換開關或軟功能鍵切換，可按電網調度部門的要求對電站進行調控[2]。

電網調度的控制調節方式為：電網調度發調控命令和設定值到遠控中心，由遠控中心對電站進行遠方實時控制調節、安全監視，實現聯合優化調度、經濟運行和統一調度管理。

5 硬件配置

集控中心計算機監控系統硬件配置如下。

5.1 應用程序服務器

應用程序服務器主要采集梯級各電站監控系統的實時數據，以及集控中心內監控系統的實時數據。

5.2 歷史數據服務器

歷史數據庫服務器將梯級各電站監控系統、集控中心監控系統所有設備運行數據進行長期保存，并提供對這些歷史數據的查詢、提取等任務。服務器采用集群工作工作方式，并且配置了1臺光纖接口的磁盤陣列，歷史數據存放在磁盤陣列中，數據庫軟件及磁盤陣列管理軟件等均安裝在2套冗余服務器中，任何一臺服務器故障，系統仍可正常運行，提高了系統的安全可靠性。

5.3 操作員站

操作員工作站的功能包括圖形顯示、定值設定及變更工作方式等。運行值班人員通過彩色液晶顯示器可以對電廠的生產、設備運行做實時監視，取得所需的各種信息。電廠所有的操作控制都可以通過鼠標器及鍵盤實現。

5.4 工程師/編程員站

工程師/編程員站的功能既作為整個計算機監控系統運行管理維護和故障診斷的人機接口，又作為開發系統的有效測試平臺。

5.5 廠內通訊工作站

廠內通訊工作站主要負責與電站內其他自動化系統通訊[3]。

5.6 調度遠動通信工作站

調度通信工作站用于與電網調度系統通訊。該通信工作站主要將各電廠的數據上送調度、將電網調度下發的指令傳輸到集控中心的網絡中，供集控中心的SCADA/歷史服務器、值班員工作站等計算機進行相應的計算、存儲、操作等。

5.7 ONCALL、語音報警及打印工作站

語音報警及ON-CALL系統工作站主要完成語音/電話報警、電話查詢、事故自動尋呼（ON-CALL）及手機短信報警等功能。

5.8 Web服務器

主要用于接收并保存電站監控系統的數據，用于web顯示以及與其他自動化系統通信。

5.9 時鐘同步裝置

配置一套采用雙主時鐘冗余配置的時鐘同步系統，能接收GPS及北斗星系統時間信號。

5.10 冗余逆變電源

雙重配置的兩套UPS以并行方式工作，任何一套UPS故障，不影響集控中心計算機監控系統及相關系統所有設備的正常運行。

6 結語

集控中心正式投入試運行，實現了流域電站遠程集中監控，有利于提升深能水電公司的生產管理水平，統籌利用資源，優化人力資源配置，形成精干高效的生產運行隊伍，為打造一流水電開發公司奠定了堅實基礎；有利于流域水庫優化調度和電站經濟運行，提高水能資源利用率，充分發揮流域綜合經濟效益，確保流域梯級電站安全、優質、高效運行。