袁二哲，呂志娟，張 法，王旭一

（1.國網(wǎng)新源控股有限公司回龍分公司，河南省南陽市 473000；2.國網(wǎng)新源控股有限公司，北京市 100761）

0 引言

回龍抽水蓄能電站位于河南省南陽市南召縣境內(nèi)，距離南陽市負荷中心70km，電站是河南省第一座抽水蓄能電站，裝機總量為120MW，安裝2臺60MW可逆式混流水泵水輪機組，額定水頭379m，最高揚程420m，機組轉(zhuǎn)速為750r/min，是國內(nèi)生產(chǎn)的第一臺高水頭高轉(zhuǎn)速蓄能機組，在系統(tǒng)中的主要任務(wù)是調(diào)峰、填谷、調(diào)頻和事故備用等。

電站原計算機監(jiān)控系統(tǒng)由安德里茨（中國）有限公司提供，基于型號為AK1703的PLC系統(tǒng)，已投運11年，存在設(shè)備陳舊、板卡點表數(shù)量不足、板卡停產(chǎn)無法購置等缺點，新監(jiān)控系統(tǒng)采用國產(chǎn)的南瑞NC2000監(jiān)控系統(tǒng)，于2018年4月改造完畢。本文主要介紹回龍抽蓄電站改造后的計算機監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、配置、主要功能和技術(shù)特色[1]。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及配置

改造后的監(jiān)控系統(tǒng)采用南京南瑞公司提供的開放式環(huán)境下的分層分布式計算機監(jiān)控系統(tǒng)NC2000，以南瑞MB80系列智能PLC為現(xiàn)地LCU核心控制器，對電站所屬設(shè)備進行實時的監(jiān)控。系統(tǒng)共分為現(xiàn)地控制層、中控層和調(diào)度層，按“無人值班，少人值守”原則進行總體設(shè)計。電站由河南省調(diào)進行調(diào)度，計算機監(jiān)控系統(tǒng)負責實現(xiàn)與其接口，傳送遙測遙信量和執(zhí)行調(diào)度指令。監(jiān)控系統(tǒng)采用1000Mbps光纖雙星型以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線作為監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，其基本的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)配置圖如圖1所示。

調(diào)度層設(shè)2臺互為熱備用的調(diào)度通信主機（hlcom1、hlcom2），通過調(diào)度數(shù)據(jù)專網(wǎng)和 2M 專線連接河南省調(diào)和南陽地調(diào)。

（1）中控層采用智能微機結(jié)構(gòu)。位于地面中控樓的計算機監(jiān)控機房配置有2臺互為熱備用的主服務(wù)器（hlmain1、hlmain2）、2套互為熱備用的歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器集群（his1、his2）、2套相互獨立的操作員工作站（hlop1、hlop2）、l套語音報警工作站（hlaud）、1套廠內(nèi)通信工作站（hlcom3）、1套監(jiān)控機房動態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、2臺1000 MB核心交換機、2套冗余 配置的UPS 電源設(shè)備、1套雙衛(wèi)星時鐘同步系統(tǒng)設(shè)備、1套電力二次安防設(shè)備等。考慮到電站調(diào)試和運維人員巡檢方便，現(xiàn)地各LCU盤柜內(nèi)均配置1套工控機觸摸屏。監(jiān)控系統(tǒng)及服務(wù)器工作站均基于 Redhat 6.5系統(tǒng)，監(jiān)控軟件采用南瑞NC2000 V3.0，歷史數(shù)據(jù)庫軟件采用Mysql。

（2）現(xiàn)地控制層設(shè)備包括 2 套機組 LCU、1 套廠用電及公用設(shè)備LCU、1 套中控樓 LCU、1 套上庫 LCU，現(xiàn)地LCU均以南瑞MB80系列智能PLC控制器為核心。布置于地下廠房內(nèi)的機組 LCU、廠用電及公用設(shè)備LCU、上庫 LCU、中控樓LCU與布置在計算機監(jiān)控系統(tǒng)機房的兩臺核心交換機組成冗余的雙星型光纖網(wǎng)絡(luò)。各現(xiàn)地控制單元以MB80 722E型CPU為核心，采用了雙CPU四通信網(wǎng)模塊的PLC冗余結(jié)構(gòu)，均配置有17in彩色液晶觸摸屏的一體化工控機方便現(xiàn)地操作。

圖1 回龍抽蓄電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Figure 1 System structure of Nanyang Huilong CSCS

2 系統(tǒng)的主要功能

2.1 調(diào)度層功能

回龍電站接受河南省調(diào)調(diào)度。監(jiān)控系統(tǒng)通過調(diào)度通信主機向河南省調(diào)實時上傳遙測、遙信信息，包括各機組斷路器位置、主變壓器斷路器位置、機組有功和無功出力值、母線電壓電流、電量信息等。由中控室值守人員接收調(diào)度下發(fā)的各項指令，實現(xiàn)對機組的操控。

2.2 中控層功能

系統(tǒng)為運維人員提供操作便捷、易用性強、美觀的人機交互畫面，對機組和其輔助設(shè)備進行全方位的監(jiān)控。能實時生成各種事件報文，對任何異常情況均可進行光字報瞥，語音報警。能自動采集運維人員所需要的各種數(shù)據(jù)，自動生成相應(yīng)報表文件。

（1）通過系統(tǒng)主服務(wù)器對本電站所有被控設(shè)備進行監(jiān)控。自動加載工程配置文件，建立數(shù)據(jù)交互緩沖區(qū)，實時進行數(shù)據(jù)處理，提供實時數(shù)據(jù)交互服務(wù)。負責監(jiān)控主機和現(xiàn)地控制層、外部設(shè)備等各個通信進程的管理。能對節(jié)點間數(shù)據(jù)交互進行智能化管控，對節(jié)點的狀態(tài)進行實時在線監(jiān)視。具備雙機熱備功能及斷電自啟動功能。

（2）歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器具備存儲、同步、備份功能，支持以集群方式對其他節(jié)點提供歷史數(shù)據(jù)的服務(wù)。支持一覽表查詢和歷史曲線查詢的功能。

（3）通過廠內(nèi)通信機能具備對廠前區(qū)備用柴油發(fā)電機、上庫備用柴油發(fā)電機、下庫備用柴油發(fā)電機、35kV備用電源系統(tǒng)等設(shè)備進行監(jiān)視和控制。

（4）多元化用戶管理和配置。為不同運維人員設(shè)置不同的使用權(quán)限。

（5）強大的上位機組態(tài)功能。對于所有控制對象的流程閉鎖和報瞥，在每一步控制步序中都有控制閉鎖判斷，所有的控制過程都有詳細的操作記錄顯示在簡報畫面。

2.3 現(xiàn)地控制層功能

現(xiàn)地控制層設(shè)備由2套機組LCU、1套廠用電及公用設(shè)備 LCU、1套中控樓LCU、1 套上庫 LCU等設(shè)備構(gòu)成。

（1）機組 LCU 監(jiān)控范圍包括水泵水輪機、發(fā)電電動機、機組斷路器、主變壓器高壓側(cè)斷路器、機組進水閥、尾水閘門、機組附屬及輔助設(shè)備等。每套機組LCU均設(shè)置雙重化的水力機械保護。一方面機組LCU本體PLC具有水機保護功能，能實現(xiàn)水力機械故障報警、事故停機和緊急事故停機；另一方面還設(shè)置1套獨立于監(jiān)控系統(tǒng)的水機保護PLC，在機組LCU本體PLC故障情況下，能獨立完成水力機械事故停機和緊急事故停機。

（2）廠用電及公用設(shè)備LCU監(jiān)控范圍包括廠用電斷路器、廠用高壓斷路器、SFC及其輔助設(shè)備、地下廠房220kV GIS系統(tǒng)設(shè)備、集中技術(shù)供水系統(tǒng)等。

（3）中控樓LCU監(jiān)控范圍包括地面 220kV開關(guān)站設(shè)備、營地柴油發(fā)電機系統(tǒng)、中控樓UPS電源系統(tǒng)、通信48V電源系統(tǒng)、35kV岳莊變備用電源系統(tǒng)等。

（4）上庫LCU監(jiān)控范圍包括上水庫區(qū)域內(nèi)的水力測量、公用直流系統(tǒng)設(shè)備及配電系統(tǒng)設(shè)備、上庫柴油發(fā)電機，以及進出水口閘門等。

現(xiàn)地各LCU根據(jù)設(shè)定能完成各種數(shù)據(jù)的采集和分析，存入歷史數(shù)據(jù)庫，并與電站中控層各設(shè)備進行數(shù)據(jù)交互，實時傳送電站中控層設(shè)備所需的各種信息，實時接收電站中控層設(shè)備所發(fā)送的任何操控命令；對所監(jiān)控對象進行控制與調(diào)節(jié)，同相應(yīng)區(qū)域的輔助設(shè)備進行可靠通信，通信對象統(tǒng)計詳見下表1；在沒有電站中控層指令或意外中斷與電站中控層通信的時候，各 LCU 也能自主完成對所控設(shè)備的精準控制，滿足機組等設(shè)備的安全運行。

表1 全廠監(jiān)控系統(tǒng)通信對象統(tǒng)計表Table 1 Statistical tables of communication objects in CSCS

3 系統(tǒng)技術(shù)特色

3.1 主動安全的設(shè)計

（1）計算機監(jiān)控系統(tǒng)的控制權(quán)限分為電站中控層控制權(quán)限、現(xiàn)地控制單元層LCU控制權(quán)限、被控對象設(shè)備的就地手動控制權(quán)限。其中，被控設(shè)備的就地手動控制權(quán)限最高，LCU層控制權(quán)限其次，中控層控制權(quán)限最低，調(diào)度層設(shè)備不參與控制現(xiàn)場設(shè)備。

（2）系統(tǒng)的關(guān)鍵節(jié)點設(shè)備采用冗余配置，如監(jiān)控主服務(wù)器、歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、主交換機、各LCU的CPU和電源模塊等，通信網(wǎng)絡(luò)也構(gòu)成雙星形網(wǎng)和雙現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)。監(jiān)控系統(tǒng)中控層設(shè)備的供電均采用不間斷電源（UPS）供電。

（3）系統(tǒng)增設(shè)的電力二次安全防護系統(tǒng)主要針對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和基于網(wǎng)絡(luò)的電力生產(chǎn)控制系統(tǒng)，對電力監(jiān)控系統(tǒng)從主機、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、惡意代碼防范、應(yīng)用安全控制、審計、備份及容災(zāi)等多個層面進行信息安全防護，重點強化邊界防護，提高內(nèi)部安全防護能力，保證電力生產(chǎn)控制系統(tǒng)及重要數(shù)據(jù)的安全。監(jiān)控系統(tǒng)所用交換機全部為經(jīng)公安部檢測合格且具備相應(yīng)資格認證的國產(chǎn)品牌產(chǎn)品。按照最新的監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全要求，增設(shè)電力監(jiān)控系統(tǒng)安全監(jiān)測裝置，將監(jiān)控系統(tǒng)接入網(wǎng)監(jiān)平臺。

（4）機組流程設(shè)計中參照已有舊流程及新源相關(guān)流程類規(guī)范要求，通過對順序控制流程的分析，整理出機組的預(yù)啟動條件、穩(wěn)態(tài)判斷條件、工況轉(zhuǎn)換條件等條件，對各工況轉(zhuǎn)換過程進行監(jiān)視報警，保證機組處于安全可控的狀態(tài)。機械事故停機啟動源、電氣事故停機啟動源、緊急事故停機啟動源的分級分類設(shè)置，更有利于機組在事故情況下的快速停機。

（5）上位機系統(tǒng)能對操作員的操作行為進行適用性的檢查和二次彈窗確認，杜絕誤操作。

3.2 故障自我診斷和主動定位功能

（1）PLC硬件故障實時診斷?？蛇B機或脫機實時自檢PLC各模件的故障，它能定位到模塊板并顯示在上位機監(jiān)視畫面上，在現(xiàn)場更換故障部件后即可恢復(fù)正常。機組LCU模件監(jiān)視畫面如圖2所示。

（2）軟件故障診斷。系統(tǒng)軟件運行時，若有故障能主動給出故障性質(zhì)及部位，方便故障查找及事故處理。

（3）故障智能定位。機組啟停機中或運行中發(fā)生故障，能在簡報中顯示出事故啟動源信息，定位到故障設(shè)備和相應(yīng)流程，并用語音機作相應(yīng)報警。故障智能定位縮短了運維人員事故處理的時間，提高了故障處理的效率，使機組能在短時間內(nèi)恢復(fù)備用。

3.3 防水淹廠房設(shè)計

電站配置1套獨立于計算機監(jiān)控系統(tǒng)之外的光纖硬布線緊急操作裝置，包括獨立光端機、獨立PLC、繼電器、聲光報警裝置等設(shè)備，分別設(shè)置在廠房公用LCU、上庫LCU及中控樓，并設(shè)置獨立的電源回路（包括直流小開關(guān)及其直流電源監(jiān)視回路）和出口動作回路。水淹廠房及緊急停機結(jié)構(gòu)圖見圖3。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)模件監(jiān)視畫面Figure 2 Monitoring screen of PLC module in CSCS

圖3 水淹廠房及緊急停機結(jié)構(gòu)圖Figure 3 Structural Drawings of Flooding Workshop and Emergency Shutdown

3.4 “實用+美觀型”型智能人機界面設(shè)計

監(jiān)控系統(tǒng)所有人機界面均由電站監(jiān)控設(shè)備主人參與設(shè)計及維護，歷經(jīng)工廠聯(lián)合開發(fā)、現(xiàn)場調(diào)試、值守意見反饋、2號機組試運行，人機界面優(yōu)化融合30余幅，歷時500余天。充分吸收仙居抽水蓄能電站、海南抽水蓄能電站、洪屏抽水蓄能電站人機界面優(yōu)點，并吸取廠家建議，從方便"運維操作"角度，形成了以“實用+ 美觀型”為主要特色的人機界面，從而起到了方便值守人員精準監(jiān)盤的作用，使運維人員在使用中達到了提質(zhì)增效的效果[2-4]。

現(xiàn)地控制單元較之前監(jiān)控系統(tǒng)更多的接入了輔機通信，引入了氣系統(tǒng)、技術(shù)供水系統(tǒng)、主變壓器冷卻水控制系統(tǒng)、消防控制系統(tǒng)、調(diào)速器系統(tǒng)、球閥系統(tǒng)等，對全廠輔機設(shè)備的控制更加全面，而且上位機監(jiān)視系統(tǒng)引入了更多監(jiān)測量，方便值班人員對設(shè)備的全面了解。

3.5 更全面的工況轉(zhuǎn)換

回龍電站的監(jiān)控系統(tǒng)由“停機—待機”“待機—空轉(zhuǎn)”等17個流程組成，調(diào)試期間的同期參數(shù)、充氣壓水時間、BTB拖轉(zhuǎn)參數(shù)等參照改造前監(jiān)控參數(shù)，且各流程均經(jīng)過機組調(diào)試期間嚴格的試驗驗證，大大減少了調(diào)試時間，加快了整體改造進度，取得了良好效果。

以2018年12月5日兩臺機組所執(zhí)行的時間為例，其流程執(zhí)行時間請見表2。

表2 機組各流程所用時間列表Table 2 Time List of Unit flow chart

4 結(jié)束語

回龍抽蓄電站的第1臺機組于2018年3月恢復(fù)運行，全部機組于2018年4月恢復(fù)運行。截至目前，兩臺機組共發(fā)電1077次，成功率100%；抽水1050次，成功率99.81%；滿足調(diào)度的各項運行指標。系統(tǒng)由回龍抽蓄電站運維人員和南瑞廠家聯(lián)合開發(fā)，開發(fā)過程中依照了最新的防水淹廠房的設(shè)計要求，努力建成了防水淹廠房示范電站，調(diào)試和運行過程中持續(xù)對機組流程進行優(yōu)化，使得回龍電站的監(jiān)控流程擁有良好的安全品質(zhì)，機組運行穩(wěn)定可靠，保障機組順利完成了調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、事故備用的任務(wù)。