龍灘水力發(fā)電廠監(jiān)控系統(tǒng)主控層優(yōu)化與實現(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.南京南瑞集團公司水利水電技術(shù)分公司,江蘇南京211106)

針對監(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)場使用的功能與性能要求的現(xiàn)狀,龍灘水電廠于2016年對監(jiān)控系統(tǒng)主控層進行整體優(yōu)化改造,通過總結(jié)近十年的維護管理經(jīng)驗,在原有的功能基礎(chǔ)上,開發(fā)創(chuàng)新出很多獨特的軟、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臺熱備冗余的實時數(shù)據(jù)服務(wù)器；2臺冗余的歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器,共用1套磁盤陣列；4臺操作員工作站；1臺工程師站；2臺廠內(nèi)通訊站；2臺調(diào)度通訊站；1臺培訓工作站；1臺WEB服務(wù)器；1臺打印服務(wù)器。這套主控層系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性在近十年的運行中得到了充分的肯定。然而隨著時代的發(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,為今后相當一段時間的安全穩(wěn)定運行打下了堅實的基礎(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程,導致主服務(wù)器CPU負載率與內(nèi)存占用率都偏高,服務(wù)器處于長期高負荷運行狀態(tài),已經(jīng)于2015年初損壞一臺歷史數(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臺機組一年產(chǎn)生的歷史數(shù)據(jù)量為120 GB,除去基本數(shù)據(jù),整個磁盤僅能存儲一年半的數(shù)據(jù)。每年年中都必須刪除上一年歷史數(shù)據(jù),導致查詢歷史數(shù)據(jù)困難。本次升級改造采用目前最新的硬件設(shè)備,數(shù)據(jù)處理與存儲能力大大提升,新的硬件設(shè)備至少能存儲十年的數(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出數(shù)據(jù)的工作站,工作人員只能使用臨時工作站對數(shù)據(jù)進行導出,導出后的數(shù)據(jù)又要使用大容量移動硬盤拷貝出來,單獨存放。需要使用歷史數(shù)據(jù)時，又得進行長時間的導入工作,整個工作流程復(fù)雜,安全性低,效率也很低。為了解決以上問題,本次升級的新系統(tǒng)增配一臺歷史備份工作站,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)對外導出是一項很普遍的工作,然而這項工作最容易出現(xiàn)內(nèi)、外網(wǎng)互聯(lián)的風險。由于工作人員躲避繁瑣操作流程的原因、由于專用存儲介質(zhì)管理不善的原因,使得從監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)導出數(shù)據(jù)并向外部傳輸?shù)倪^程中,具有很大的安全風險。為了解決此項問題,新系統(tǒng)將增配一臺對外工作站,專門用于監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)導出。增加的這臺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)庫與畫面實時同步至對外工作站,這樣就能夠保持對外工作站內(nèi)的數(shù)據(jù)庫和組態(tài)畫面與實時服務(wù)器中的完全相同。工作人員可以從對外工作站向指定的客戶端導出相關(guān)數(shù)據(jù),整個工作過程與控制區(qū)的設(shè)備完全隔離,避免了內(nèi)外網(wǎng)互聯(lián)的安全風險。

(3)龍灘電廠作為西部大開發(fā)的龍頭工程,裝機容量大,在南方電網(wǎng)中的地位非常重要。常常會作為南方電網(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)的項目有自動發(fā)電控制AGC、自動電壓控制AVC、組合順序控制信號上送調(diào)度等。這些項目的開發(fā)與完善基本都在龍灘電廠進行,然而每次入場調(diào)試都需要臨時搭建調(diào)試環(huán)境,機房里的臨時主機與臨時工作站嚴重影響了機房的日常維護工作,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)增配一臺調(diào)試服務(wù)器,專門用于監(jiān)控系統(tǒng)新功能開發(fā)時的調(diào)試工作。增加的這臺調(diào)試服務(wù)器正常運行時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,與移動工作站搭建成臨時的調(diào)試環(huán)境。同時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)運行的方式,兩臺UPS電源各承擔50%的負荷,然而其中一臺發(fā)生故障時往往會影響到另一臺正在運行的UPS。且共用母線一旦發(fā)生故障,兩臺UPS將同時退出運行,對主控層設(shè)備造成不可預(yù)測的損傷。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)運行改為雙UPS并列運行。改造后每臺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,對日常的維護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)審計功能,滿足二次安防的相關(guān)要求。增加1臺入侵檢測服務(wù)器和1臺網(wǎng)絡(luò)審計服務(wù)器,并配置入侵檢測系統(tǒng)、漏洞掃描系統(tǒng)、安全管理審計系統(tǒng)等,用于提高監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全。 升級監(jiān)控系統(tǒng)對時裝置,采用北斗、GPS雙模的新型雙星對時系統(tǒng)。具有NTP、直流B碼、PPM、PPS、DCF77等多種對時信號?？蓾M足龍灘電廠目前的對時需要,同時預(yù)留擴展與升級功能,為以后的現(xiàn)地LCU改造和全廠統(tǒng)一對時做好準備。

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改造相當于更換電廠的中樞控制系統(tǒng)。新系統(tǒng)的整體布局也進行了一些創(chuàng)新，如圖1所示。除GPS柜外,每兩個機柜配一套KVM系統(tǒng),由加長VGA線分別將兩路顯示延長至新的工作臺(4個顯示器),由加長控制線將4個KVM切換控制器延長至新的工作臺面。如此一來,控制臺上的4個顯示器可以切換顯示4個機柜中的所有服務(wù)器和工作站的界面。既方便工程師對設(shè)備進行快速的切換維護,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房較遠,必須采用延長方式,此次改造采用延長裝置將鼠標和鍵盤延長至中控室,而顯示則采用50 m加長VGA視頻線直接將操作員站的主機與中控室的顯示器相連。避免了延長裝置傳輸視頻信號受干擾的情況。

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)點狀態(tài),如：操作員站、主機服務(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)點狀態(tài),便于調(diào)試工作的進行。同時設(shè)置嚴密的邏輯閉鎖功能,當工作站檢測到系統(tǒng)內(nèi)有相同節(jié)點時,閉鎖調(diào)試服務(wù)器切換該節(jié)點的功能,避免系統(tǒng)中同時出現(xiàn)兩個一樣的節(jié)點,造成系統(tǒng)沖突。調(diào)試服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)一旦斷開,將自動恢復(fù)至默認調(diào)試服務(wù)器節(jié)點并自動重啟生效,這就避免了工作人員忘記切換服務(wù)器節(jié)點,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)場工作提供了很大的方便,不必再臨時修改多個系統(tǒng)文件來切換節(jié)點功能,也不會因誤改系統(tǒng)文件導致服務(wù)器啟動失敗,更不會因為人為誤操作導致系統(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服務(wù)器與對外工作站上,在經(jīng)過正向隔離的同時,將實時服務(wù)器上的最新數(shù)據(jù)庫與畫面報表、畫面、報表等文件同步至對外工作站。使對外工作站中的數(shù)據(jù)保持最新,以便于向外導出最新的數(shù)據(jù)。此軟件的特點是既實現(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)。這樣即保護了系統(tǒng)的安全,同時能夠靈活的完成對外工作任務(wù),成為此次升級改造的一個創(chuàng)新點。

(3)新開發(fā)自動備份軟件。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)備份至本地硬盤當中,當本地磁盤容量達到設(shè)定上限時自動彈出報警窗口,提醒維護人員更換硬盤。以往備份數(shù)據(jù)都是靠人為操作,每個月備份一次,往往工作一忙就容易忽略。有了自動備份軟件就解決了以上問題。

(4)新開發(fā)定期自動保存與打印報表軟件。老版的NC2000系統(tǒng)沒有自動保存報表的功能,此次開發(fā)的軟件多了自動保存功能,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)化自動打印功能,避免服務(wù)器出現(xiàn)死機或網(wǎng)絡(luò)故障的情況,在必要的情況下能夠自動打印報表,減輕運行人員的工作量。

(5)將原來兩臺廠內(nèi)通信站的通訊功能集合至一臺通信機,另一臺作為熱備用通信機。這樣兩臺通信機才真正實現(xiàn)了互為備用。此項改造是考慮到龍灘電廠目前只有五個系統(tǒng)與廠內(nèi)通信站進行通信,用一臺工作站完全能夠滿足功能要求,沒有必要分開兩臺,且如果分成兩臺則相互沒有備用,一臺通信機故障必然導致部分系統(tǒng)通信中斷。而集合在一臺通信站后,可以兩臺工作站互為熱備,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)升級為NC2000-3.0系統(tǒng)。相對于舊版系統(tǒng),新系統(tǒng)的優(yōu)點有4點。

3.2.1 更全面的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析工能

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條曲線同時查詢,簡報窗口也支持最近1000條簡報保存功能。不僅僅能對測點數(shù)據(jù)進行簡單的查詢,還可以設(shè)置一定的邏輯條件,對歷史數(shù)據(jù)進行篩選查詢,對設(shè)備運行情況進行統(tǒng)計分析,擁有了一定的趨勢分析的功能。為技術(shù)人員進行設(shè)備分析提供了更為方便的查詢功能。

3.2.2 更友好的測試界面

NC2000-3.0在很多功能界面上都做了優(yōu)化,比如測點索引界面,工程人員常常使用這個畫面進行功能測試。老系統(tǒng)的界面是單個測點下拉界面顯示,不便于同時觀察和強制多個測點屬性。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,又方便多臺服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)對比調(diào)試工作。

3.2.3 非常方便的自動巡回檢查功能

NC2000-3.0在系統(tǒng)中集成了一個系統(tǒng)結(jié)點狀

態(tài)顯示界面。此界面可以實時顯示系統(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)器中正在運行的程序進程情況、各服務(wù)器的內(nèi)存運行情況、CPU占用率、對時情況和系統(tǒng)溫度等。有了這個自動巡回界面,并定期將巡回結(jié)果自動保存在指定的存儲器上,大大將低了維護人員的工作量。也為設(shè)備的安全運行提供了更全面的分析數(shù)據(jù)。

3.2.4 更完善的報表編輯功能

NC2000-3.0在報表編輯功能上有很大的進步,把以往繁瑣的連點工作進行了非常智能的升級,大大提高了報表編輯工作的效率。在報表中不僅能連接相關(guān)測點,顯示實時數(shù)據(jù)，還可以設(shè)定連接測點的高低限動作時間,動作次數(shù)等數(shù)據(jù)。在報表顯示方面也做了很大的改進,不僅能顯示報表數(shù)據(jù),還能夠以多種圖型的方式顯示歷史數(shù)據(jù)的趨勢情況。為設(shè)備的運行、分析提供了更為直觀的報表數(shù)據(jù)。

4 結(jié) 語

龍灘電廠監(jiān)控系統(tǒng)主控層的升級改造,一切從實際應(yīng)用出發(fā)?？偨Y(jié)了近十年的維護管理經(jīng)驗,在原有的功能基礎(chǔ)上,開發(fā)創(chuàng)新出很多獨特的軟、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,緊跟時代的發(fā)展,選擇當今主流成熟的硬件設(shè)備,在保證性能得到滿足的同時,追求平穩(wěn)安全的運行。軟件開發(fā)方面,充分考慮現(xiàn)場實際的應(yīng)用,功能簡單而實用,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)新推動著進步,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. 龍灘水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點[J]. 水電自動化與大壩監(jiān)測, 2007, 31(4): 7- 11．

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

[3]DL/T 822—2012 水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)試驗驗收規(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)電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范[S]．

(責任編輯 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,高級工程師,技師,主要從事水電站自動化工作．

TM762(267)

A

0559- 9342(2017)04- 0044- 04