華光潭梯級水電站計算機監控系統改造方案設計

傅水祥

（浙江浙能華光潭水力發電有限公司，浙江 杭州 310000）

1 概況

華光潭梯級水電站工程位于浙江省杭州臨安市分水江干流昌化江上游的巨溪，電站為引水式梯級電站，一級站裝機2×30 MW，二級站裝機2×12.5 MW，總裝機容量85 MW，多年平均發電量1.85億kW·h，是杭州電網進行“黑啟動”的首選電源，在保障電網安全方面起了重要作用。改造前華光潭梯級水電站計算機監控系統上位機采用的是南瑞集團NC 2000系統，現地LCU采用的是美國GE 90-30系列PLC為核心的LCU現地控制單元，自2004年投運以來設備故障逐漸增多，工作站性能快速下降，備品備件停產短缺，已嚴重影響計算機監控系統的穩定可靠運行，同時電站計算機監控系統存在系統網絡單網運行、現地PLC未冗余配置等隱患問題，不滿足防止電力生產事故的二十五項重點要求以及水電廠安全性評價等檢查要求，需對電站計算機監控系統進行整體升級改造。

2 改造方案

2.1 總體結構改造方案設計

2.1.1 改造前

改造前，華光潭梯級水電站計算機監控系統由一級站、二級站（兼集控中心）組成，兩站點之前通過光纖鏈路連接。一級站上位機配置2臺操作員站、1臺工程師工作站、1臺報警主機、1套GPS對時裝置等，現地控制單位（LCU）包括2套機組LCU、1套公用LCU、1套壩區LCU等；二級站（兼集控中心）上位機包含2臺操作員站、1臺工程師站、1臺語音報警主機、2臺主機服務器、2臺廠外通信機、1臺廠內通信機等，現地控制單位（LCU）包括2套機組LCU、1套公用LCU、1套壩區LCU等。華光潭梯級水電站主要通過串口通信方式接入杭州地調。改造前總體結構如圖1所示。

圖1 計算機監控系統總體結構圖（改造前）

2.1.2 改造后

本次改造將華光潭梯級水電站整個計算機監控系統網絡結構設計為雙星型以太網結構，在二級站（集控中心）以及一級電站上位機各配置2臺工業級核心交換機（GE）互聯，接入上位機各設備，在兩個站點現地控制級LCU均配置2臺工業級接入交換機（GE），兩個站點之間部署雙獨立光纖網絡，1號網絡光纖采用OPGW光纜，2號網絡光纖采用租用運營商裸光纜。

新計算機監控系統采用北京中水科技基于Unix/Linux操作系統的H9000 V4.0監控軟件，具備數據采集、運行操作、歷史數據存儲及查詢等完整功能。二級站（集控中心）上位機配置2臺操作員站、1臺工程師站、1臺語音報警主機、2臺歷史服務器、2臺廠外通信服務器、1臺廠內通信服務器、1套北斗/GPS對時裝置；一級站上位機配置2臺操作員站、1臺工程師工作站、1臺報警主機、1套北斗/GPS對時裝置等。由二級站（集控中心）承擔與杭州電網調度自動化系統接口通信，同時接受電網調度自動化系統下達的AGC命令等，采用雙電力調制解調器（101串口通信方式）接入電網調度。改造后計算機監控系統總體結構如圖2所示。

圖2 計算機監控系統總體網絡結構圖

2.2 監控系統改造期間的過渡方案

由于計算機監控系統改造往往涉及到上位機設備和現地LCU設備的改造，而現地LCU設備的改造經常結合開關站、機組檢修方可一并開展，因此整個計算機監控系統改造施工持續會比較長而且不連續。監控系統改造期間，會有新、舊計算機監控系統設備同時運行的情況，這時如何保證與調度通信不中斷、遠動數據仍能全部正常上送調度，又保證對新、舊現地控制單元的實時監視控制則是整個計算機監控系統改造實施的關鍵[1]。

結合華光潭梯級水電站新、舊計算監控系統為不同品牌的情況，經綜合考慮論證分析，決定采用新、舊計算機監控系統上位機系統同時運行的模式，現地控制單元（LCU）逐一改造并接入新計算機監控系統。具體過渡方案見圖3。

圖3 新舊計算機監控系統過渡方案

2.2.1 新系統上位機平臺搭建

在改造開始階段，首先在二級站（集控中心）搭建新的監控系統（H9000 V4.0）上位機。在二級站（集控中心）監控及通信機房新增UPS電源系統（配置2臺10 kV），其交流電源取自機房總配電柜，直流電源取自二級站內直流電源系統；在監控及通信機房搭建所有上位機主機、網絡、對時設備，運行H9000 V4.0系統；其次在一級站也一樣搭建新的監控系統上位機設備，包括主機、網絡、對時以及UPS設備。一、二級站新上位機通過冗余核心交換機及雙獨立光纖網絡實現互聯。

2.2.2 新舊系統及調度通信

新上位機平臺搭建完成后，將新系統上位機的廠內通信服務器模擬成調度與舊系統通信（edt通信），舊系統將遠動數據先全部送至新系統廠內通信服務器，新系統廠外通信服務器則通過101規約以串口通信方式與調度建立連接，實現遠動數據上送調度。這樣確?，F地LCU設備改造過程中，不管舊設備還是新設備，實時數據均可正常上送調度。

2.2.3 現地控制單元改造

華光潭梯級水電站共8個現地LCU，均結合機組、開關站檢修計劃分批進行改造。每臺LCU改造時，完成原盤柜外部線纜拆線（做好標記），舊盤柜拆除，新盤柜立柜，外部線纜接線工作，同時完成中斷量、開關量、模擬量溫度量、通信量的測點核對以及PLC順控流程的靜態動態調試，新LCU與新上位機系統的聯合調試等工作。

3 改造實施工作中的一些體會

水電站計算機監控系統改造是一項跨度時間長、系統性的工程，因此改造前既要進行整體規劃設計，同時也要對改造過程的關鍵問題提早思考分析，制定行之有效的解決方案，確保改造工作的順利開展。除了上述提到的新舊上位機系統的過渡方案，還可以提早謀劃以下情況。

3.1 新LCU盤柜內部設計

華光潭梯級水電站原現地LCU盤柜配置較少，LCU盤柜內自動化設備及布線布局非常緊湊。此次升級改造，只更換LCU盤柜及內部設備，仍保留外部線纜，由于新的盤柜內部布局設計肯定與原盤柜不同，因此為確保舊電纜仍能正常匹配新盤柜，減少LCU改造施工的接線工作量，應提早開展準備工作。改造前可采取以下措施：

（1）組織專業人員對原LCU盤柜外部電纜排查，尤其是電纜左右兩側分布情況以及柜內線纜長度情況，并對線纜標識牌核對信息確保準確；同時考慮是否涉及新增線纜，應提前設計電纜穿線走向及預設，改造前形成一份電纜清冊；

（2）與新系統廠商召開設計聯絡會，結合排查的電纜清冊情況，參與新LCU盤柜的內部布局設計，優化內部布局盡量滿足華光潭電站現場電纜實際情況，就能減少現場調整改動的工作，大大提高工作效率。

3.2 監控系統與其他系統之間的通信

水電站計算機監控系統除了與調度遠動通信外，還涉及廠內其他系統的通信，如勵磁、保護、調速器、交流采樣、在線監測系統等，因此新系統廠商確定后，改造前應組織廠內其他系統廠家和新監控系統廠家溝通確認通信模式，準備好通信接口程序，非常有助于現場調試工作的開展。

3.3 聯合開發、聯合調試模式

水電站計算機監控系統的建設和改造是一項系統性工作，在和許多水電站調研交流過程中，發現水電站在改造過程中都實行業主和廠家“聯合開發、聯合調試”模式。華光潭梯級水電站在此次改造中也踐行此模式，前期設計聯絡會共同參與監控系統總體結構模式及LCU盤柜的內部設計，組織運行人員和檢修專業技術人員在設備出廠前共同進行系統開發和安裝調試，運行人員參與監控系統操作界面設計，可以讓運行人員提早熟悉界面，快速適應新監控系統的操作，檢修專業人員參與設備的安裝及調試，可以更全面清晰地了解新監控系統的設計原理和整體布局，有助于專業人員更深層次掌握監控系統的運維技術，尤其是專業青工可以非常快速地提升專業技術技能。華光潭梯級水電站在改造起始階段就應認真謀劃布局，結合“聯合開發、聯合調試”模式，制定運行和檢修專業人員的計算機監控系統培訓培養計劃，通過計算機監控系統改造鍛煉大大提高了生產人員的整體業務技能。

4 結束語

華光潭梯級水電站計算機監控系統整體改造后運行穩定，可靠性大大增強，在性能、功能上均更加優越，改造成果顯著，達到了預期改造目的。國內也有類似華光潭水電站一樣的梯級水電站需要進行計算機監控系統改造完善，希望本次改造中新舊計算監控系統過渡方式、雙星型網絡結構設計、現地LCU盤柜設計、聯合開發聯合調試模式等成果可以為其他水電站的計算機監控系統改造和建設做參考，提供實踐經驗，得到同行的借鑒和交流。