水布埡電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化改造

徐興友，陶紀軍，王 勇，蘭志專

(湖北清江水電開發(fā)有限責任公司，湖北 宜昌 443000)

水布埡電廠裝有4臺容量為460 MW混流式機組，引水式地下廠房，發(fā)電機主變單元接線，兩回500 kV雙母分段出線。原計算機監(jiān)控系統(tǒng)為分布式雙環(huán)網系統(tǒng)，投產12年來，存在舊型號元件停產，故障頻發(fā)，部分配置先天不滿足目前國家和行業(yè)規(guī)范,以及在運行維護中發(fā)現存在不合理的地方等問題，后針對性對監(jiān)控系統(tǒng)硬件進行了更新改造。

1 總體結構

新計算機監(jiān)控系統(tǒng)結構圖如圖1。

電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)一般采用兩層結構[1]，系統(tǒng)為分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)，分為廠站層和現地層。雙星型網絡結構。

廠站層設備主要包括2臺數據采集服務器、2臺歷史數據服務器、3臺操作員工作站、2臺調度遠動通信工作站、2臺清江梯調通信網關工作站、1臺工程師工作站、1臺廠內通信數據服務器、1臺多功能服務工作站、KVM及顯示設備、2臺核心交換機、2套同步時鐘裝置、1套防火墻以及打印機和網絡柜。

大型或重要的中型電廠，數據服務器在結構配置上一般應采用冗余節(jié)點的結構方式[1]。數據采集服務器采用雙機熱備運行方式，主要負責主控制層實時數據采集和處理，運行及管理電站的高級應用功能，自動發(fā)電控制(AGC)，自動電壓控制(AVC)，記錄數據的計算和處理，實時數據和運行文檔的保存和檢索，實時數據庫生成及管理、系統(tǒng)時鐘管理等。

歷史數據服務器主要負責歷史數據的存儲、歸檔和檢索，歷史數據庫生成及管理，歷史數據和運行文檔的保存和檢索等。

操作員工作站主要作為操作員人機接口工作臺，負責完成監(jiān)視、控制調節(jié)和參數設置等操作，但不允許修改或測試各種應用軟件。事故時自動或按人員召喚實時打印主要設備的各類操作，事故和故障記錄及有關參數和表格等人機界面(MMI)功能。

圖1 新系統(tǒng)結構圖

2臺調度遠動通訊工作站互為熱備，用于與華中網調、湖北省調的通信。

2臺梯調通信網關機互為熱備，用于與梯調中心的通信。

工程師工作站主要負責監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)、編制和修改應用軟件、建立系統(tǒng)數據庫、系統(tǒng)維護和管理、程序下載、遠程診斷維護等工作。

廠內通信數據服務器主要負責與廠內其他綜合自動化系統(tǒng)的連接，實現與系統(tǒng)時鐘、機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、繼電保護及故障錄波信息管理系統(tǒng)、消防監(jiān)控系統(tǒng)、溢洪道閘門集控等的通信。

多功能服務工作站主要負責事故語音報警、電話語音及短信報警，同時可以實現歷史數據查詢、報表生成、打印等功能。

每臺水輪發(fā)電機組分別設置1套現地控制單元(LCU)、500 kV開關站、10 kV廠用電設備、公用設備、模擬屏驅動設備、進水口快速閘門各設置1套現地控制單元(LCU)。機組LCU、10 kV廠用電LCU為雙CPU雙總線，其他LCU為單CPU雙總線。

4臺水輪發(fā)電機組、主變及輔助設備(LCU1-LCU4)，LCU1至LCU4按照6屏(4塊主屏+2塊遠程測溫屏)進行組屏。

機組LCU主要監(jiān)控對象如表1。

表1 機組LCU監(jiān)控對象表

開關站(LCU5)，按照5屏(3塊主屏+2塊遠程屏)組屏。

其主要監(jiān)控對象如表2。

表2 開關站LCU監(jiān)控對象表

廠用電(LCU6)按照5屏(3塊主屏+2塊遠程屏)組屏。

其主要監(jiān)控對象如表3。

表3 10 kV廠用電LCU監(jiān)控對象表

公用設備(LCU7)，按照1屏組屏。

其主要監(jiān)控對象如表4。

表4 輔機LCU監(jiān)控對象表 套

更換原有中控室模擬屏驅動PLC、GPS時鐘等設備，按照3屏組屏。

其主要監(jiān)控對象如表5。

表5 模擬屏LCU監(jiān)控對象表 套

在1號和2號進水口油缸房各新增2個控制屏，拆除原控制屏，保留動力屏。

其主要監(jiān)控對象如表6。

表6 進水口LCU監(jiān)控對象表 套

2 監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化改造要點

2.1 網絡拓撲

雙環(huán)網改為雙星網，主交換機由百兆升級為千兆。舊系統(tǒng)為雙環(huán)形網，主站交換機和其他LCU交換機均為封閉網絡的節(jié)點，當有2個LCU同時處于停電檢修或者交換機異常狀態(tài)時，雙環(huán)網處于斷開狀態(tài)，主站層設備不能監(jiān)控其他正常LCU。改為雙星型結構后，2個以上LCU同時停電或者異常離線時，不影響其他LCU信號上送。

2.2 入侵檢測和日志審計系統(tǒng)

新增啟明星辰入侵檢測和日志審計系統(tǒng)。

2.3 同步時鐘系統(tǒng)

舊系統(tǒng)僅有GPS對時，并且不能給電廠其他系統(tǒng)授時，不方便發(fā)生異常情況時基于同一時標進行全面分析。新系統(tǒng)為恒宇衛(wèi)星時鐘同步系統(tǒng)，北斗和GPS雙輸入，并接收清江梯調PTP地基對時，默認清江梯調對時優(yōu)先。各機組LCU、廠用電LCU、500KV開關站LCU和進水口LCU均布置有擴展時鐘裝置，全廠共設置有9個同步時鐘分授時點。預備將來為線路保護、機組保護、故障錄波裝置、調速器控制系統(tǒng)、勵磁控制系統(tǒng)等其他系統(tǒng)統(tǒng)一授時。

2.4 跨LCU信號讀取方式變更

舊系統(tǒng)涉及跨LCU信息讀取，由各LCU根據需要在兩段LCU獨立編寫通訊程序發(fā)收數據，新系統(tǒng)所有此類信息改為統(tǒng)一從廠站層讀取，規(guī)范了編程方式，減輕了主干網負載，提高了信號準確率。

2.5 廠站層主機電源改進

大容量發(fā)電廠的計算機系統(tǒng)需要交流不間斷電源裝置供給可靠的交流電源[2]。舊系統(tǒng)廠站層未實現全部主機都是雙電源供電，雖然前端監(jiān)控主站UPS進線電源一共有兩路交流兩路直流一路旁路共計五路獨立電源，但舊UPS為雙機并聯(lián)運行，如果UPS故障會影響整個主站層供電，不嚴格滿足《防止電力生產事故的二十五項重點要求》第9.2.1.5“監(jiān)控系統(tǒng)上位機交流供電電源應采用兩路獨立電源供電”要求，改造后，UPS改為雙機獨立運行，并且新系統(tǒng)的廠站層所有主機均為雙電源供電并且分別取自兩段外部電源。不與其他設備合用電源，具備無擾自動切換功能[3]。

2.6 設置KVM設備

考慮到上位機設備比較多，在現場布線上比較繁瑣，并且配置的顯示器也比較多，因此采用KVM設備來減少顯示器、鼠標和鍵盤，以及電纜，使得現場布線簡潔明了，保證維護的方便性。新系統(tǒng)按如下方案配置：

1)1套數據采集服務器、1套歷史數據服務器、1套電網調度通訊工作站、1套梯級調度通訊網關工作站、1套廠內通訊服務器布置在1面服務器機柜中，配置1套1切8可級聯(lián)的KVM設備，采用延長線方式，將顯示器、鼠標和鍵盤延長至機房控制臺(10 m)。

2)1套數據采集服務器、1套歷史數據服務器、1套電網調度通訊工作站、1套梯級調度通訊網關工作站、布置在1面服務器機柜中，配置1套1切8的可級聯(lián)KVM設備，采用延長線方式，將顯示器、鼠標和鍵盤延長至機房控制臺(10 m)。

3)2臺操作員工作站分別布置在1面服務器機柜中，采用信號延長器方式，將顯示器、鼠標和鍵盤延長至中控室(20 m)。

4)1套工程師工作站采用延長線方式，將顯示器、鼠標和鍵盤延長至機房控制臺(10 m)。

2.7 冗余測速裝置

舊系統(tǒng)的機組轉速信號模擬量和開關量均來自安裝在系統(tǒng)外的瑞格大SPCT1-3/6-225-23-2-11，齒盤和殘壓雙輸入。如果測頻回路異?；驕y頻精度無法達到要求，后續(xù)的控制回路將無法正常工作[4]。新系統(tǒng)在各機組LCU自身增加一套測速裝置，型號SJ-22D，也是齒盤和殘壓雙輸入，在原有齒盤測速位置新增一個專用測速探頭，殘壓信號源和原測速裝置一致，新測速裝置的開關量信號定義和原有裝置的測點一致。新系統(tǒng)人機監(jiān)控畫面定義有軟切換節(jié)點，可根據需要在人機界面成組切換信號源。

2.8 拆分開關站現地單元

電廠電氣主接線方式為：4臺機組分別以發(fā)電機主變單元接線連接到兩段500 kV母線，1號機組和2號機組連接到1號母線，3號機組和4號機組連接到2號母線，兩段母線之間有2個常開狀態(tài)的聯(lián)絡隔離開關，兩段母線分別引一回出線接入系統(tǒng)。開關站LCU主要監(jiān)視對象為：各主變以上到出線、地面廠房220 V直流系統(tǒng)、線路保護信號、監(jiān)控系統(tǒng)UPS系統(tǒng)、400 V廠內公用配電系統(tǒng)5P。舊系統(tǒng)設置在此處的LCU一體監(jiān)控所有以上設備，不方便停電檢修，故而新系統(tǒng)以母線為單位拆分為兩個子單元，兩個子單元可以隨對應線路停電檢修分別開展停電狀態(tài)下的定期工作和消缺。同時將舊系統(tǒng)開關站LCU管轄的地面廠房和進水口區(qū)域電氣設備監(jiān)控遠程柜調整到輔機LCU管轄。

2.9 變更LCU與遠程柜的連接介質

由于監(jiān)控點分散，各LCU一般都附帶有遠程盤柜，舊系統(tǒng)的連接方式為同軸電纜連接，電廠投產10多年來，頻發(fā)通訊故障報警，每次故障發(fā)生，現場檢查均未發(fā)現T型接頭真實松動，根據經驗，認為原因是金屬卡子壓同軸電纜金屬線芯有結構性接觸電阻，處理方式為松開連接頭后重新旋緊，新系統(tǒng)改為光纖連接。

2.10 開關站LCU增加變送器

舊系統(tǒng)在該部位僅配置有交采裝置，故障情況下無后備信號源，也不方便對比參考，新系統(tǒng)新增了變送器作為后備。

2.11 納入進水口快速閘門控制系統(tǒng)

該電廠為引水式地下電站，各機組進水口快速閘門距廠房較遠，每2臺機組布置1套控制系統(tǒng)和1套公用油系統(tǒng)。該系統(tǒng)負責監(jiān)視2臺閘門的位置和公用油系統(tǒng)的油壓油位及油泵狀態(tài)等，具備啟動啟停油泵，現地遠方落閘門和現地提門以及正常運行時下滑監(jiān)視自動提門功能。此次改造，將原先的獨立系統(tǒng)作為新增的LCU納入計算機監(jiān)控系統(tǒng)，不同于舊系統(tǒng)只上送部分重要信號，新LCU上送所有信號，同時作為遠離廠房的進水口區(qū)域集中授時點。為此新敷設了廠區(qū)到進水口區(qū)域的光纖。

機組快速閘門的落門按鈕最好設置一個獨立于監(jiān)控軟件操作之外的實物按鈕，安裝在中控室便于運行人員操作的地方[5]。此次改造，確認中控室模擬屏上的遠方落門按鈕獨立于計算機監(jiān)控系統(tǒng)主站和廠房任何LCU。

2.12 增加同步檢查閉鎖繼電器

同期裝置分為自準同期和手動同期兩種控制方式，舊系統(tǒng)僅手動同期裝有同步檢查閉鎖繼電器，不符合《防止電力生產事故的二十五項重點要求》第10.9.1條“微機自動準同期裝置應安裝獨立的同期鑒定閉鎖繼電器”，新系統(tǒng)在保留手動同期同步檢查繼電器基礎上為自準同期回路增加了獨立同步檢查閉鎖繼電器。

2.13 增加與梯調數據庫自動對點功能

通過104規(guī)約，當啟動自動對點功能后，自動將廠站側數據庫信息傳送到梯調形成表單，消除了雙方都是人工情況下核對錯報和漏點的可能。

2.14 修改盤柜尺寸

舊系統(tǒng)LCU盤柜尺寸為2 200×800×600，經多年實際運行實踐，存在散熱不理想和維護空間狹窄的問題，新系統(tǒng)將大部分LCU盤柜尺寸修改為2 200×800×800，拓展了安全維護空間，改善了盤柜散熱。

3 結 語

新系統(tǒng)參考當前主流設備配置情況相對舊系統(tǒng)進行了硬件性能升級，修改了主干網絡配置，對照當前國家和行業(yè)標準補充了必要的元件和子系統(tǒng)，對測速和電流電壓等重要信號新增了冗余配置，對過去10多年來運行維護問題實施了針對性解決方案，查閱電廠生產管理系統(tǒng)記錄，監(jiān)控系統(tǒng)缺陷從2015年13項，2016年5項，2017年5項，2018年6項，這4年其中2項是緊急缺陷；2019年下降為2項，這2項其中1項是新舊系統(tǒng)通訊問題，另1項是系統(tǒng)頻率偏低導致同期困難，并非新系統(tǒng)本身問題。實踐證明提高了系統(tǒng)可靠性和自動化水平。