徐興友，陶紀(jì)軍，王 勇，蘭志專

(湖北清江水電開發(fā)有限責(zé)任公司，湖北 宜昌 443000)

水布埡電廠裝有4臺(tái)容量為460 MW混流式機(jī)組，引水式地下廠房，發(fā)電機(jī)主變單元接線，兩回500 kV雙母分段出線。原計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為分布式雙環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)，投產(chǎn)12年來，存在舊型號(hào)元件停產(chǎn)，故障頻發(fā)，部分配置先天不滿足目前國(guó)家和行業(yè)規(guī)范,以及在運(yùn)行維護(hù)中發(fā)現(xiàn)存在不合理的地方等問題，后針對(duì)性對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)硬件進(jìn)行了更新改造。

1 總體結(jié)構(gòu)

新計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1。

電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)一般采用兩層結(jié)構(gòu)[1]，系統(tǒng)為分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)，分為廠站層和現(xiàn)地層。雙星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

廠站層設(shè)備主要包括2臺(tái)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、2臺(tái)歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、3臺(tái)操作員工作站、2臺(tái)調(diào)度遠(yuǎn)動(dòng)通信工作站、2臺(tái)清江梯調(diào)通信網(wǎng)關(guān)工作站、1臺(tái)工程師工作站、1臺(tái)廠內(nèi)通信數(shù)據(jù)服務(wù)器、1臺(tái)多功能服務(wù)工作站、KVM及顯示設(shè)備、2臺(tái)核心交換機(jī)、2套同步時(shí)鐘裝置、1套防火墻以及打印機(jī)和網(wǎng)絡(luò)柜。

大型或重要的中型電廠，數(shù)據(jù)服務(wù)器在結(jié)構(gòu)配置上一般應(yīng)采用冗余節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)方式[1]。數(shù)據(jù)采集服務(wù)器采用雙機(jī)熱備運(yùn)行方式，主要負(fù)責(zé)主控制層實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理，運(yùn)行及管理電站的高級(jí)應(yīng)用功能，自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)，自動(dòng)電壓控制(AVC)，記錄數(shù)據(jù)的計(jì)算和處理，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和運(yùn)行文檔的保存和檢索，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)生成及管理、系統(tǒng)時(shí)鐘管理等。

歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器主要負(fù)責(zé)歷史數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、歸檔和檢索，歷史數(shù)據(jù)庫(kù)生成及管理，歷史數(shù)據(jù)和運(yùn)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(jī)接口工作臺(tái)，負(fù)責(zé)完成監(jiān)視、控制調(diào)節(jié)和參數(shù)設(shè)置等操作，但不允許修改或測(cè)試各種應(yīng)用軟件。事故時(shí)自動(dòng)或按人員召喚實(shí)時(shí)打印主要設(shè)備的各類操作，事故和故障記錄及有關(guān)參數(shù)和表格等人機(jī)界面(MMI)功能。

圖1 新系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2臺(tái)調(diào)度遠(yuǎn)動(dòng)通訊工作站互為熱備，用于與華中網(wǎng)調(diào)、湖北省調(diào)的通信。

2臺(tái)梯調(diào)通信網(wǎng)關(guān)機(jī)互為熱備，用于與梯調(diào)中心的通信。

工程師工作站主要負(fù)責(zé)監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)、編制和修改應(yīng)用軟件、建立系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)、系統(tǒng)維護(hù)和管理、程序下載、遠(yuǎn)程診斷維護(hù)等工作。

廠內(nèi)通信數(shù)據(jù)服務(wù)器主要負(fù)責(zé)與廠內(nèi)其他綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的連接，實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)時(shí)鐘、機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、繼電保護(hù)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(wù)工作站主要負(fù)責(zé)事故語音報(bào)警、電話語音及短信報(bào)警，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)查詢、報(bào)表生成、打印等功能。

每臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組分別設(shè)置1套現(xiàn)地控制單元(LCU)、500 kV開關(guān)站、10 kV廠用電設(shè)備、公用設(shè)備、模擬屏驅(qū)動(dòng)設(shè)備、進(jìn)水口快速閘門各設(shè)置1套現(xiàn)地控制單元(LCU)。機(jī)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(tái)水輪發(fā)電機(jī)組、主變及輔助設(shè)備(LCU1-LCU4)，LCU1至LCU4按照6屏(4塊主屏+2塊遠(yuǎn)程測(cè)溫屏)進(jìn)行組屏。

機(jī)組LCU主要監(jiān)控對(duì)象如表1。

表1 機(jī)組LCU監(jiān)控對(duì)象表

開關(guān)站(LCU5)，按照5屏(3塊主屏+2塊遠(yuǎn)程屏)組屏。

其主要監(jiān)控對(duì)象如表2。

表2 開關(guān)站LCU監(jiān)控對(duì)象表

廠用電(LCU6)按照5屏(3塊主屏+2塊遠(yuǎn)程屏)組屏。

其主要監(jiān)控對(duì)象如表3。

表3 10 kV廠用電LCU監(jiān)控對(duì)象表

公用設(shè)備(LCU7)，按照1屏組屏。

其主要監(jiān)控對(duì)象如表4。

表4 輔機(jī)LCU監(jiān)控對(duì)象表 套

更換原有中控室模擬屏驅(qū)動(dòng)PLC、GPS時(shí)鐘等設(shè)備，按照3屏組屏。

其主要監(jiān)控對(duì)象如表5。

表5 模擬屏LCU監(jiān)控對(duì)象表 套

在1號(hào)和2號(hào)進(jìn)水口油缸房各新增2個(gè)控制屏，拆除原控制屏，保留動(dòng)力屏。

其主要監(jiān)控對(duì)象如表6。

表6 進(jìn)水口LCU監(jiān)控對(duì)象表 套

2 監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)化改造要點(diǎn)

2.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/h3>

雙環(huán)網(wǎng)改為雙星網(wǎng)，主交換機(jī)由百兆升級(jí)為千兆。舊系統(tǒng)為雙環(huán)形網(wǎng)，主站交換機(jī)和其他LCU交換機(jī)均為封閉網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，當(dāng)有2個(gè)LCU同時(shí)處于停電檢修或者交換機(jī)異常狀態(tài)時(shí)，雙環(huán)網(wǎng)處于斷開狀態(tài)，主站層設(shè)備不能監(jiān)控其他正常LCU。改為雙星型結(jié)構(gòu)后，2個(gè)以上LCU同時(shí)停電或者異常離線時(shí)，不影響其他LCU信號(hào)上送。

2.2 入侵檢測(cè)和日志審計(jì)系統(tǒng)

新增啟明星辰入侵檢測(cè)和日志審計(jì)系統(tǒng)。

2.3 同步時(shí)鐘系統(tǒng)

舊系統(tǒng)僅有GPS對(duì)時(shí)，并且不能給電廠其他系統(tǒng)授時(shí)，不方便發(fā)生異常情況時(shí)基于同一時(shí)標(biāo)進(jìn)行全面分析。新系統(tǒng)為恒宇衛(wèi)星時(shí)鐘同步系統(tǒng)，北斗和GPS雙輸入，并接收清江梯調(diào)PTP地基對(duì)時(shí)，默認(rèn)清江梯調(diào)對(duì)時(shí)優(yōu)先。各機(jī)組LCU、廠用電LCU、500KV開關(guān)站LCU和進(jìn)水口LCU均布置有擴(kuò)展時(shí)鐘裝置，全廠共設(shè)置有9個(gè)同步時(shí)鐘分授時(shí)點(diǎn)。預(yù)備將來為線路保護(hù)、機(jī)組保護(hù)、故障錄波裝置、調(diào)速器控制系統(tǒng)、勵(lì)磁控制系統(tǒng)等其他系統(tǒng)統(tǒng)一授時(shí)。

2.4 跨LCU信號(hào)讀取方式變更

舊系統(tǒng)涉及跨LCU信息讀取，由各LCU根據(jù)需要在兩段LCU獨(dú)立編寫通訊程序發(fā)收數(shù)據(jù)，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(wǎng)負(fù)載，提高了信號(hào)準(zhǔn)確率。

2.5 廠站層主機(jī)電源改進(jìn)

大容量發(fā)電廠的計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)全部主機(jī)都是雙電源供電，雖然前端監(jiān)控主站UPS進(jìn)線電源一共有兩路交流兩路直流一路旁路共計(jì)五路獨(dú)立電源，但舊UPS為雙機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，如果UPS故障會(huì)影響整個(gè)主站層供電，不嚴(yán)格滿足《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》第9.2.1.5“監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)交流供電電源應(yīng)采用兩路獨(dú)立電源供電”要求，改造后，UPS改為雙機(jī)獨(dú)立運(yùn)行，并且新系統(tǒng)的廠站層所有主機(jī)均為雙電源供電并且分別取自兩段外部電源。不與其他設(shè)備合用電源，具備無擾自動(dòng)切換功能[3]。

2.6 設(shè)置KVM設(shè)備

考慮到上位機(jī)設(shè)備比較多，在現(xiàn)場(chǎng)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(shè)備來減少顯示器、鼠標(biāo)和鍵盤，以及電纜，使得現(xiàn)場(chǎng)布線簡(jiǎn)潔明了，保證維護(hù)的方便性。新系統(tǒng)按如下方案配置：

1)1套數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、1套歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、1套電網(wǎng)調(diào)度通訊工作站、1套梯級(jí)調(diào)度通訊網(wǎng)關(guān)工作站、1套廠內(nèi)通訊服務(wù)器布置在1面服務(wù)器機(jī)柜中，配置1套1切8可級(jí)聯(lián)的KVM設(shè)備，采用延長(zhǎng)線方式，將顯示器、鼠標(biāo)和鍵盤延長(zhǎng)至機(jī)房控制臺(tái)(10 m)。

2)1套數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、1套歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、1套電網(wǎng)調(diào)度通訊工作站、1套梯級(jí)調(diào)度通訊網(wǎng)關(guān)工作站、布置在1面服務(wù)器機(jī)柜中，配置1套1切8的可級(jí)聯(lián)KVM設(shè)備，采用延長(zhǎng)線方式，將顯示器、鼠標(biāo)和鍵盤延長(zhǎng)至機(jī)房控制臺(tái)(10 m)。

3)2臺(tái)操作員工作站分別布置在1面服務(wù)器機(jī)柜中，采用信號(hào)延長(zhǎng)器方式，將顯示器、鼠標(biāo)和鍵盤延長(zhǎng)至中控室(20 m)。

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

2.7 冗余測(cè)速裝置

舊系統(tǒng)的機(jī)組轉(zhuǎn)速信號(hào)模擬量和開關(guān)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(cè)頻回路異?；驕y(cè)頻精度無法達(dá)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(jī)組LCU自身增加一套測(cè)速裝置，型號(hào)SJ-22D，也是齒盤和殘壓雙輸入，在原有齒盤測(cè)速位置新增一個(gè)專用測(cè)速探頭，殘壓信號(hào)源和原測(cè)速裝置一致，新測(cè)速裝置的開關(guān)量信號(hào)定義和原有裝置的測(cè)點(diǎn)一致。新系統(tǒng)人機(jī)監(jiān)控畫面定義有軟切換節(jié)點(diǎn)，可根據(jù)需要在人機(jī)界面成組切換信號(hào)源。

2.8 拆分開關(guān)站現(xiàn)地單元

電廠電氣主接線方式為：4臺(tái)機(jī)組分別以發(fā)電機(jī)主變單元接線連接到兩段500 kV母線，1號(hào)機(jī)組和2號(hào)機(jī)組連接到1號(hào)母線，3號(hào)機(jī)組和4號(hào)機(jī)組連接到2號(hào)母線，兩段母線之間有2個(gè)常開狀態(tài)的聯(lián)絡(luò)隔離開關(guān)，兩段母線分別引一回出線接入系統(tǒng)。開關(guān)站LCU主要監(jiān)視對(duì)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(hù)信號(hào)、監(jiān)控系統(tǒng)UPS系統(tǒng)、400 V廠內(nèi)公用配電系統(tǒng)5P。舊系統(tǒng)設(shè)置在此處的LCU一體監(jiān)控所有以上設(shè)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(gè)子單元，兩個(gè)子單元可以隨對(duì)應(yīng)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(shí)將舊系統(tǒng)開關(guān)站LCU管轄的地面廠房和進(jìn)水口區(qū)域電氣設(shè)備監(jiān)控遠(yuǎn)程柜調(diào)整到輔機(jī)LCU管轄。

2.9 變更LCU與遠(yuǎn)程柜的連接介質(zhì)

由于監(jiān)控點(diǎn)分散，各LCU一般都附帶有遠(yuǎn)程盤柜，舊系統(tǒng)的連接方式為同軸電纜連接，電廠投產(chǎn)10多年來，頻發(fā)通訊故障報(bào)警，每次故障發(fā)生，現(xiàn)場(chǎng)檢查均未發(fā)現(xiàn)T型接頭真實(shí)松動(dòng)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為原因是金屬卡子壓同軸電纜金屬線芯有結(jié)構(gòu)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(guān)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(hào)源，也不方便對(duì)比參考，新系統(tǒng)新增了變送器作為后備。

2.11 納入進(jìn)水口快速閘門控制系統(tǒng)

該電廠為引水式地下電站，各機(jī)組進(jìn)水口快速閘門距廠房較遠(yuǎn)，每2臺(tái)機(jī)組布置1套控制系統(tǒng)和1套公用油系統(tǒng)。該系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)視2臺(tái)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(dòng)啟停油泵，現(xiàn)地遠(yuǎn)方落閘門和現(xiàn)地提門以及正常運(yùn)行時(shí)下滑監(jiān)視自動(dòng)提門功能。此次改造，將原先的獨(dú)立系統(tǒng)作為新增的LCU納入計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，不同于舊系統(tǒng)只上送部分重要信號(hào)，新LCU上送所有信號(hào)，同時(shí)作為遠(yuǎn)離廠房的進(jìn)水口區(qū)域集中授時(shí)點(diǎn)。為此新敷設(shè)了廠區(qū)到進(jìn)水口區(qū)域的光纖。

機(jī)組快速閘門的落門按鈕最好設(shè)置一個(gè)獨(dú)立于監(jiān)控軟件操作之外的實(shí)物按鈕，安裝在中控室便于運(yùn)行人員操作的地方[5]。此次改造，確認(rèn)中控室模擬屏上的遠(yuǎn)方落門按鈕獨(dú)立于計(jì)算機(jī)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(zhǔn)同期和手動(dòng)同期兩種控制方式，舊系統(tǒng)僅手動(dòng)同期裝有同步檢查閉鎖繼電器，不符合《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》第10.9.1條“微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置應(yīng)安裝獨(dú)立的同期鑒定閉鎖繼電器”，新系統(tǒng)在保留手動(dòng)同期同步檢查繼電器基礎(chǔ)上為自準(zhǔn)同期回路增加了獨(dú)立同步檢查閉鎖繼電器。

2.13 增加與梯調(diào)數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)對(duì)點(diǎn)功能

通過104規(guī)約，當(dāng)啟動(dòng)自動(dòng)對(duì)點(diǎn)功能后，自動(dòng)將廠站側(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)信息傳送到梯調(diào)形成表單，消除了雙方都是人工情況下核對(duì)錯(cuò)報(bào)和漏點(diǎn)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(jīng)多年實(shí)際運(yùn)行實(shí)踐，存在散熱不理想和維護(hù)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(hù)空間，改善了盤柜散熱。

3 結(jié) 語

新系統(tǒng)參考當(dāng)前主流設(shè)備配置情況相對(duì)舊系統(tǒng)進(jìn)行了硬件性能升級(jí)，修改了主干網(wǎng)絡(luò)配置，對(duì)照當(dāng)前國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)充了必要的元件和子系統(tǒng)，對(duì)測(cè)速和電流電壓等重要信號(hào)新增了冗余配置，對(duì)過去10多年來運(yùn)行維護(hù)問題實(shí)施了針對(duì)性解決方案，查閱電廠生產(chǎn)管理系統(tǒng)記錄，監(jiān)控系統(tǒng)缺陷從2015年13項(xiàng)，2016年5項(xiàng)，2017年5項(xiàng)，2018年6項(xiàng)，這4年其中2項(xiàng)是緊急缺陷；2019年下降為2項(xiàng)，這2項(xiàng)其中1項(xiàng)是新舊系統(tǒng)通訊問題，另1項(xiàng)是系統(tǒng)頻率偏低導(dǎo)致同期困難，并非新系統(tǒng)本身問題。實(shí)踐證明提高了系統(tǒng)可靠性和自動(dòng)化水平。