谷振富，張 鑫，黃國(guó)平

（河北張河灣蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 石家莊 050300）

張河灣公司計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化改造可行性研究

谷振富，張 鑫，黃國(guó)平

（河北張河灣蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 石家莊 050300）

介紹了張河灣抽水蓄能電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀，通過(guò)綜合比較進(jìn)口監(jiān)控系統(tǒng)與國(guó)產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的性能參數(shù)、功能配置，對(duì)張河灣抽水蓄能電站國(guó)產(chǎn)化改造可行性進(jìn)行了研究論證，并給出了監(jiān)控系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化改造的思路及配置建議，分析總結(jié)了監(jiān)控系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化改造的意義。

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；抽水蓄能電站；國(guó)產(chǎn)化；改造

1 概述

張河灣抽水蓄能電站位于河北省石家莊市井陘縣測(cè)魚(yú)鎮(zhèn)，電站裝機(jī)總?cè)萘繛? 000 MW，安裝4臺(tái)250 MW的單級(jí)混流可逆式機(jī)組，以單回500 kV線路接入河北南網(wǎng)，在系統(tǒng)中承擔(dān)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相及事故備用等任務(wù)。

電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)招標(biāo)采用隨主機(jī)捆綁式的招標(biāo)方式，由法國(guó)阿爾斯通供貨，采用ALSTOM ALSPA P320型產(chǎn)品。電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)從安裝調(diào)試至全部投入商業(yè)運(yùn)行，至今已運(yùn)行了近10年，監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足電站日益提高的運(yùn)行管理要求。目前，監(jiān)控系統(tǒng)在軟硬件平臺(tái)的可靠性、售后服務(wù)的及時(shí)性、監(jiān)控系統(tǒng)功能的擴(kuò)充性、電站生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分析挖掘等方面存在問(wèn)題，已經(jīng)對(duì)電站的生產(chǎn)運(yùn)行產(chǎn)生較大影響。另外，原監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)設(shè)備已經(jīng)屬于早期淘汰產(chǎn)品，系統(tǒng)的軟硬件均已不能進(jìn)行進(jìn)一步的維護(hù)和更新，監(jiān)控系統(tǒng)的不穩(wěn)定運(yùn)行已經(jīng)對(duì)電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行構(gòu)成威脅。

對(duì)比其他抽水蓄能電站監(jiān)控系統(tǒng)性能配置（表1）可看出，無(wú)論從性能參數(shù)、電站應(yīng)用業(yè)績(jī)方面，國(guó)產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)采用的PLC都具有明顯優(yōu)勢(shì)，且性價(jià)比突出。

張河灣抽水蓄能電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)自投產(chǎn)至今已有近10年時(shí)間，上、下位機(jī)設(shè)備故障率逐漸增高，陸續(xù)出現(xiàn)數(shù)據(jù)服務(wù)器故障、網(wǎng)關(guān)機(jī)工作站故障等問(wèn)題，主機(jī)設(shè)備SUN工作站、LCU模板均已停產(chǎn)，且監(jiān)控系統(tǒng)存在維修售后困難，功能不能完全滿足生產(chǎn)運(yùn)行需求等一系列問(wèn)題，同時(shí)鑒于國(guó)產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用在我國(guó)抽水蓄能電廠工程項(xiàng)目中，說(shuō)明國(guó)產(chǎn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)已能滿足蓄能電站控制的需要，在大、中型抽水蓄能電站采用國(guó)產(chǎn)化監(jiān)控系統(tǒng)是可行的，因此張河灣電廠亟需對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化改造。

2 監(jiān)控系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化改造研究

2.1 改造思路

張河灣監(jiān)控系統(tǒng)改造將遵循“統(tǒng)一規(guī)劃、分步實(shí)施、安全可靠、技術(shù)先進(jìn)”的原則，監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)升級(jí)以確保不影響電廠正常的安全生產(chǎn)為前提，新的監(jiān)控系統(tǒng)除具備原老系統(tǒng)的全部功能外，還應(yīng)在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、成組控制、畫(huà)面展示、培訓(xùn)仿真等方面具備更出色的功能。

2.1.1 外部環(huán)境落實(shí)條件

監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)改造可結(jié)合2017年張河灣公司上庫(kù)檢修計(jì)劃實(shí)施，3號(hào)機(jī)組的改造可根據(jù)3號(hào)機(jī)組A級(jí)檢修的計(jì)劃實(shí)施，剩余其他機(jī)組LCU的改造可結(jié)合每年機(jī)組檢修進(jìn)行。公用系統(tǒng)LCU的改造可結(jié)合每年的春檢預(yù)試進(jìn)行。

表1 抽水蓄能電站監(jiān)控系統(tǒng)PLC性能配置對(duì)比表

2.1.2 施工過(guò)渡措施

考慮到監(jiān)控系統(tǒng)整體改造不可能一蹴而就，需要分步實(shí)施，這就會(huì)出現(xiàn)新舊監(jiān)控系統(tǒng)并列運(yùn)行的情況。阿爾斯通監(jiān)控系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化改造過(guò)程可采取新老系統(tǒng)過(guò)渡運(yùn)行的方式，并確保新系統(tǒng)在完成各項(xiàng)功能的離線測(cè)試后才接入監(jiān)控環(huán)網(wǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)試，因此不需獨(dú)立的退備時(shí)間。

新老系統(tǒng)過(guò)渡運(yùn)行的重要技術(shù)保障是國(guó)產(chǎn)化監(jiān)控系統(tǒng)與阿爾斯通核心控制器C80-75 PLC數(shù)據(jù)交互。阿爾斯通C80-75 PLC由通用電氣GE貼牌生產(chǎn)，新監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)置2臺(tái)熱備冗余方式工作的GE PLC作為數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)，通過(guò)GE專用通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)對(duì)C80-75 PLC各類型寄存器的讀取和置位，從而完成新監(jiān)控系統(tǒng)與阿爾斯通LCU的數(shù)據(jù)交互。

這種新老通訊實(shí)現(xiàn)方式的優(yōu)點(diǎn)是通訊安全可靠，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性高。一方面，不需要對(duì)阿爾斯通的C80-75程序做任何改動(dòng)就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互，完全保證現(xiàn)地控制單元的原廠狀態(tài)；另一方面，采用GE數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)可以實(shí)現(xiàn)新老系統(tǒng)的無(wú)縫通訊，可靠性高而且也能提高新老系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互的實(shí)時(shí)性。

機(jī)組的升級(jí)改造保持原有機(jī)柜數(shù)量不變，將機(jī)柜、機(jī)柜內(nèi)部設(shè)備等全部更換，拆除后的機(jī)組PLC等設(shè)備可以作為未改造的LCU的備件使用。

2.1.3 工程實(shí)施計(jì)劃安排

（1）工期安排

結(jié)合張河灣抽蓄電站檢修計(jì)劃，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)整體升級(jí)改造內(nèi)容擬分為5個(gè)階段：

第1階段：項(xiàng)目前期，包括完成合同簽訂、提交初步設(shè)計(jì)方案；

第2階段：上位機(jī)廠內(nèi)調(diào)試及現(xiàn)場(chǎng)改造實(shí)施；

第3階段：3號(hào)機(jī)組廠內(nèi)調(diào)試及現(xiàn)場(chǎng)改造實(shí)施；

第4階段：剩余LCU廠內(nèi)調(diào)試及現(xiàn)場(chǎng)改造實(shí)施；

第5階段：項(xiàng)目整體驗(yàn)收，包括消缺完善、SAT現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收、系統(tǒng)試運(yùn)行。

2.2 國(guó)產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)配置原則

國(guó)產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)配置遵循原有系統(tǒng)的分層分布，并實(shí)現(xiàn)開(kāi)放性、可移植性和可擴(kuò)充性。作為抽水蓄能電站的控制核心，新系統(tǒng)重點(diǎn)強(qiáng)化其配置和功能以及數(shù)據(jù)的處理、存儲(chǔ)能力，所有硬件設(shè)備均采用最新的成熟產(chǎn)品和最新的設(shè)計(jì)技術(shù)。此外，國(guó)產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)充分考慮LCU改造時(shí)的兼容性、可行性和便利性，以節(jié)約投資。

2.3 新上位機(jī)系統(tǒng)主要硬件配置建議

新上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)備布置在電站中控室、遠(yuǎn)控室和計(jì)算機(jī)室內(nèi)，冗余設(shè)備分開(kāi)放置在不同機(jī)架內(nèi)，并采用雙獨(dú)立電源供電。

（1）數(shù)據(jù)服務(wù)器：計(jì)算機(jī)室設(shè)2套，冗余配置，每套使用1臺(tái)26″彩色液晶工業(yè)用監(jiān)視顯示器。采用機(jī)架式結(jié)構(gòu)，分別放置在兩處機(jī)架式服務(wù)器盤(pán)柜內(nèi)，負(fù)責(zé)電站設(shè)備的數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)。

（2）應(yīng)用服務(wù)器：計(jì)算機(jī)室設(shè)2套，冗余配置，每套使用1臺(tái)26″彩色液晶工業(yè)用監(jiān)視顯示器。采用機(jī)架式結(jié)構(gòu)，分別放置在兩處機(jī)架式服務(wù)器盤(pán)柜內(nèi)，作為應(yīng)用邏輯處理核心，用于收集、處理和存儲(chǔ)過(guò)程數(shù)據(jù)。

（3）操作員站：中控室設(shè)2套，遠(yuǎn)方控制室（生產(chǎn)辦公樓四樓）設(shè)2套，每套使用2臺(tái)26″彩色液晶工業(yè)用監(jiān)視顯示器。采用機(jī)架式結(jié)構(gòu)，分別放置在中控室、遠(yuǎn)控室機(jī)架式服務(wù)器盤(pán)柜內(nèi)，值班員可進(jìn)行多畫(huà)面、實(shí)時(shí)監(jiān)控，且具備擴(kuò)展功能，并能實(shí)現(xiàn)操作員站的新增。

（4）語(yǔ)音報(bào)警站：中控室設(shè)1套，使用1臺(tái)26″彩色液晶工業(yè)用監(jiān)視顯示器。采用機(jī)架式結(jié)構(gòu)，放置在機(jī)架式服務(wù)器盤(pán)柜內(nèi)，報(bào)警音箱放置在中控臺(tái)，可通過(guò)音頻線連接至語(yǔ)音報(bào)警站，實(shí)現(xiàn)對(duì)電站設(shè)備狀態(tài)變化的語(yǔ)音警示。

（5）工程師站：計(jì)算機(jī)室設(shè)1套，使用2臺(tái)26″彩色液晶工業(yè)用監(jiān)視顯示器。采用機(jī)架式結(jié)構(gòu)，放置在機(jī)架式服務(wù)器盤(pán)柜內(nèi)，用于監(jiān)控系統(tǒng)在線和離線測(cè)試、參數(shù)設(shè)置、整定和軟件更改；能完成上位機(jī)系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備的管理；能完成監(jiān)控系統(tǒng)各種變量的編輯、新增、刪除等管理功能。

（6）遠(yuǎn)動(dòng)通訊機(jī)：計(jì)算機(jī)室設(shè)2套，采用機(jī)架式結(jié)構(gòu)，用于與華北網(wǎng)調(diào)和河北省調(diào)的遠(yuǎn)動(dòng)通信。

（7）廠內(nèi)通訊機(jī)：計(jì)算機(jī)室設(shè)1套，采用機(jī)架式結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)與廠內(nèi)（如五防系統(tǒng)）、廠外（如生產(chǎn)實(shí)時(shí)系統(tǒng)）其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊。

2.4 新現(xiàn)地控制單元主要硬件配置建議

（1）PLC CPU模塊：現(xiàn)地LCU配置2塊熱備冗余的CPU。兩個(gè)CPU模塊一個(gè)為主機(jī)運(yùn)行，一個(gè)為從機(jī)運(yùn)行，兩個(gè)CPU模塊通過(guò)高速內(nèi)部總線實(shí)時(shí)備份數(shù)據(jù)。主CPU完成梯形邏輯的執(zhí)行，并且向從CPU實(shí)時(shí)備份數(shù)據(jù)。當(dāng)主CPU模件出現(xiàn)故障時(shí)，從CPU能夠自動(dòng)升為主機(jī)運(yùn)行，保證系統(tǒng)運(yùn)行不受影響。

（2）通訊管理模塊：串口通訊模塊用于PLC和現(xiàn)地其他智能設(shè)備的通訊，很好地解決了傳統(tǒng)現(xiàn)地控制裝置通訊功能弱的問(wèn)題。該模塊應(yīng)獨(dú)立完成串口通訊任務(wù)，僅與CPU完成數(shù)據(jù)交換，不占用CPU資源。1塊串口通訊模塊內(nèi)置不少于8個(gè)RS-232/RS-485串口接口，一套系統(tǒng)中最多可配置4個(gè)通訊模塊，最多支持32個(gè)通訊對(duì)象。

（3）SOE模塊：SOE輸入模塊應(yīng)為具有32路通道數(shù)的開(kāi)入模塊，用于將現(xiàn)場(chǎng)重要的事故、故障、報(bào)警等信號(hào)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部測(cè)點(diǎn)的1/0狀態(tài)。

（4）開(kāi)入模塊：開(kāi)入模塊應(yīng)為具有32路通道數(shù)的開(kāi)入模塊，用于將現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)等開(kāi)關(guān)的ON/OFF信號(hào)轉(zhuǎn)換為PLC內(nèi)部測(cè)點(diǎn)的1/0狀態(tài)。該模件的各個(gè)通道都應(yīng)有指示其輸入狀態(tài)的指示燈。

（5）開(kāi)出模塊：開(kāi)出模塊應(yīng)為具有32路通道數(shù)的開(kāi)出模塊，可以將PLC內(nèi)部測(cè)點(diǎn)的1/0狀態(tài)轉(zhuǎn)換為對(duì)外部設(shè)備如繼電器、指示燈等的ON/OFF控制信號(hào)。

（6）模入模塊：模入模塊用于把來(lái)自傳感器、變送器等設(shè)備的諸如壓力、液位、溫度等模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為PLC可以處理的數(shù)字量信號(hào)。

（7）模出模塊：模出模塊用于把PLC的設(shè)定值數(shù)字量轉(zhuǎn)換為電流或電壓信號(hào)并通過(guò)電氣回路輸出。

（8）溫度量模塊：溫度量模塊用于將測(cè)溫電阻的電阻值轉(zhuǎn)換為PLC能夠處理的數(shù)字量信號(hào)。

（9）同期裝置：選用國(guó)產(chǎn)品牌自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置，該裝置應(yīng)基于DSP和超大規(guī)模集成在線可編程技術(shù)的硬件平臺(tái)。整體大面板、全封閉機(jī)箱，硬件電路采用后插拔式的插件式結(jié)構(gòu)，強(qiáng)弱電分離，CPU電路板和MMI電路板采用四層板，表面貼裝技術(shù)。

表2 改造個(gè)LCU模塊數(shù)量表

（10）現(xiàn)地觸摸屏工控機(jī)：配置1臺(tái)一體化工控機(jī)，具備自適應(yīng)功能，即當(dāng)上位機(jī)與PLC通訊正常時(shí)，現(xiàn)地工控機(jī)只作為操作員站完成相關(guān)監(jiān)視控制功能。而當(dāng)上位機(jī)與PLC通訊中斷后，現(xiàn)地工控機(jī)自動(dòng)升級(jí)為通訊機(jī)完成與PLC通訊，并實(shí)現(xiàn)所有監(jiān)控功能。

（11）根據(jù)測(cè)點(diǎn)情況，建議改造各LCU模塊數(shù)量如表2所示（括號(hào)內(nèi)為PLC模塊數(shù)量）。

2.5 國(guó)產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

國(guó)產(chǎn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)基于分布式對(duì)象計(jì)算技術(shù)，從系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、軟件實(shí)現(xiàn)到提供給用戶的組態(tài)工具、應(yīng)用界面都使用了面向?qū)ο蠛涂缙脚_(tái)的技術(shù)。遵循 TCP/IP、SQL、ODBC、JDBC、Java RMI、OPC等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和被廣泛使用的軟件工具，具有充分的開(kāi)放性、可擴(kuò)展性和異構(gòu)平臺(tái)適應(yīng)性，其主要特點(diǎn)有：

（1）安全可靠的系統(tǒng)平臺(tái)

系統(tǒng)采用各系列高性能的服務(wù)器和開(kāi)放性的UNIX操作系統(tǒng)，例如SUN公司的SPARC平臺(tái)服務(wù)器、IBM公司的AIX系統(tǒng)服務(wù)器、HP公司的HP-UX服務(wù)器等，同時(shí)新監(jiān)控系統(tǒng)也可在當(dāng)前的開(kāi)源操作系統(tǒng)上安全穩(wěn)定運(yùn)行，例如美國(guó)Redhat Advanced-Server平臺(tái)等。

（2）面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)思路

系統(tǒng)以對(duì)象為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)組織。主要對(duì)象有發(fā)電機(jī)、閘門(mén)、開(kāi)關(guān)、輔助設(shè)備等；按對(duì)象直觀方便的控制操作，減少誤操作；按對(duì)象信息查詢，能迅速判斷和分析事故；按對(duì)象計(jì)算各種二次計(jì)算量、狀態(tài)量；按對(duì)象處理相關(guān)事件，并綜合分析處理；按對(duì)象設(shè)置設(shè)備狀態(tài)（檢修、報(bào)警、投退）；按對(duì)象進(jìn)行各種歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析。

（3）豐富多彩的圖形界面

系統(tǒng)采用Java 2D技術(shù)，建立藝術(shù)級(jí)的圖形效果；具有豐富的電力系統(tǒng)專業(yè)圖符元件庫(kù)；支持GIF、JPG、AVI等格式的第三方圖形；支持按對(duì)象生成設(shè)備控制操作菜單；支持按對(duì)象的前景連接和替換功能；采用矢量繪圖，實(shí)現(xiàn)無(wú)失真的無(wú)級(jí)縮放；自適應(yīng)屏幕分辨率顯示；支持單屏、雙屏、三屏、四屏等多種模式；支持動(dòng)態(tài)潮流顯示、功率圓顯示等儀表顯示；支持多層圖形顯示，有效利用屏幕空間；支持屏幕畫(huà)面拷貝輸出、打印，所見(jiàn)即所得；支持監(jiān)控圖形的無(wú)縫Web展示。

（4）形式多樣的報(bào)表系統(tǒng)

系統(tǒng)采用電子表格方式組織、顯示報(bào)表，美觀大方；兼容Execl報(bào)表格式（99%），通用方便；支持運(yùn)行日志、月、年統(tǒng)計(jì)以及各種特殊統(tǒng)計(jì)表格；根據(jù)行業(yè)報(bào)表特點(diǎn)，設(shè)計(jì)專業(yè)數(shù)據(jù)連接，制作快速簡(jiǎn)潔；以棒圖、餅圖等模式直觀顯示，圖文并茂；支持各種公式計(jì)算，便于二次處理；支持召喚打印和定時(shí)打印輸出；支持報(bào)表數(shù)據(jù)離線查詢。

（5）智能化的報(bào)警處理

系統(tǒng)光字畫(huà)面可自動(dòng)生成，不同級(jí)別的光字可定義不同的顏色；提供按不同的對(duì)象及不同的光字級(jí)別查詢光字的手段；提供光字牌多種確認(rèn)方法：按對(duì)象確認(rèn)、逐個(gè)確認(rèn)，全屏確認(rèn)具有對(duì)象光字報(bào)警提示功能，用對(duì)象樹(shù)圖標(biāo)的顏色區(qū)分有無(wú)光字報(bào)警。提供面向?qū)ο蟮亩喾N查詢方法，既可按對(duì)象，也可按事件類型查詢。

（6）全面支持Web瀏覽

系統(tǒng)采用J2EE架構(gòu)和面向服務(wù)的思想設(shè)計(jì)，支持異構(gòu)環(huán)境；支持利用XML技術(shù)和SOAP協(xié)議進(jìn)行對(duì)外的數(shù)據(jù)交互，支持各種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口，如JDBC、ODBC、TCP/IP等；有效數(shù)據(jù)流量控制，具有動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡能力；多級(jí)用戶訪問(wèn)權(quán)限，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一認(rèn)證管理；監(jiān)控系統(tǒng)與Web系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接；支持防火墻配置，滿足電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)要求，確保系統(tǒng)安全。

3 結(jié)論

我國(guó)早期大型抽水蓄能電站基本采用的都是國(guó)外廠商計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，目前來(lái)看，外方監(jiān)控廠家在售后服務(wù)和備品備件價(jià)格、服務(wù)的質(zhì)量和響應(yīng)速度、技術(shù)的開(kāi)放性及系統(tǒng)功能的擴(kuò)展方面均存在明顯的短板。

張河灣抽水蓄能電站作為國(guó)網(wǎng)新源首個(gè)進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化改造的大型抽水蓄能電站，其改造經(jīng)驗(yàn)可為新源公司其他蓄能電站的國(guó)產(chǎn)化改造提供寶貴的技術(shù)積累和豐富的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)。監(jiān)控系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化改造后，將明顯降低電站的運(yùn)行維護(hù)成本，提高電站的整體管控能力，消除原來(lái)存在的生產(chǎn)和安全方面的諸多隱患。

TV736

B

1672-5387（2016）12-0009-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.12.004

2016-08-29

谷振富（1981-），男，高級(jí)工程師，從事抽水蓄能電站運(yùn)維管理工作。