郭萬森，楊春霞，呂海濤

（北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京 100038）

在水電廠自動(dòng)化、信息化高速發(fā)展的今天，數(shù)字化、智能化、智慧化成為水電計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展的核心目標(biāo)，特別是多流域、多電站的集控中心，可以充分實(shí)現(xiàn)互聯(lián)、互通、互動(dòng)模式。水電站集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)具備統(tǒng)一存儲(chǔ)、管理、整合、分析各電廠海量數(shù)據(jù)的能力，充分應(yīng)用大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)手段，形成具有數(shù)據(jù)分析和推理能力的智慧一體化平臺(tái)，能夠有效提取歸納業(yè)務(wù)要素，根據(jù)管理、運(yùn)行、維護(hù)等不同應(yīng)用需求提供交互界面。

1 總體設(shè)計(jì)

為了保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩约案黜?xiàng)功能部署的合理性，可以將水電站集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)分為實(shí)時(shí)區(qū)和非實(shí)時(shí)區(qū)，實(shí)時(shí)區(qū)包括的功能：數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、運(yùn)行監(jiān)視，非實(shí)時(shí)區(qū)包括的功能：報(bào)表系統(tǒng)、仿真培訓(xùn)系統(tǒng)、WEB 發(fā)布系統(tǒng)、趨勢分析系統(tǒng)等[1]。

實(shí)時(shí)區(qū)與非實(shí)時(shí)區(qū)之間、電站側(cè)通道與接入交換機(jī)之間均部署防火墻隔離并配置相關(guān)安全策略。

交換機(jī)分為實(shí)時(shí)交換機(jī)、非實(shí)時(shí)交換機(jī)、接入交換機(jī)，其中接入交換機(jī)用于集控側(cè)前置機(jī)與電站側(cè)的通道連接，屬于專用網(wǎng)絡(luò)?？紤]到網(wǎng)絡(luò)冗余性，全網(wǎng)采用雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

前置主機(jī)采用冗余配置，根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)采集及電站數(shù)量情況，可部署多臺(tái)前置服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)互備模式，正常運(yùn)行情況下，全部前置機(jī)均分采集任務(wù)，當(dāng)其中一臺(tái)服務(wù)器宕機(jī)后，按照權(quán)重第二臺(tái)自動(dòng)接替采集任務(wù)，整個(gè)過程無擾動(dòng)切換，不會(huì)影響運(yùn)行監(jiān)視。

操作員站可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行需求，部署多臺(tái)工作站，不同的操作員站控制不同電站，其中值長機(jī)可以監(jiān)視控制所有電站。

操作賬戶可以分為維護(hù)、運(yùn)行兩個(gè)角色，維護(hù)賬戶進(jìn)行系統(tǒng)配置及集成，運(yùn)行賬戶進(jìn)行監(jiān)視及控制。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 集控中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 硬件部署

現(xiàn)場設(shè)備安裝之前，需要對安裝人員進(jìn)行相關(guān)技術(shù)培訓(xùn)及安全交底，并遵守相關(guān)電力標(biāo)準(zhǔn)及法規(guī)。

設(shè)備到達(dá)現(xiàn)場后，需要檢查設(shè)備裝箱清單及相關(guān)技術(shù)文件是否齊全，設(shè)備型號(hào)、規(guī)格數(shù)量應(yīng)符合合同要求，備品備件、專用工具齊全，外觀無損壞。滿足GB/T 2887《電子計(jì)算機(jī)場地通用規(guī)范》的要求。

2.1 設(shè)備安裝

現(xiàn)場安裝的設(shè)備主要包括：不間斷電源、盤柜、盤柜內(nèi)設(shè)備、電纜的敷設(shè)及配線。

不間斷電源設(shè)備的安裝，應(yīng)符合GB/T 14715《信息技術(shù)設(shè)備用不間斷電源》的要求。電源裝置對地絕緣電阻值應(yīng)大于1 MΩ，針對冗余電源的服務(wù)器或其他設(shè)備，需要進(jìn)行電源切換測試，確保每路電源均可正常工作。對于單電源設(shè)備，需要采用STS 自動(dòng)切換裝置的輸出?？傊?，從UPS 饋線柜到每個(gè)盤柜至少3 路電源，其中2 路為獨(dú)立互備電源，1 路為STS 自動(dòng)切換裝置輸出的電源。

安裝的盤柜框架及盤面應(yīng)無變形，應(yīng)符合GB 50171《電氣裝置安裝工程盤、柜及二次回路接線施工及驗(yàn)收規(guī)范》的要求，盤柜之間接地母排與接地網(wǎng)應(yīng)連接良好，采用截面積不小于50 mm2的接地電線或銅編織線與接地扁鐵可靠連接。

盤柜內(nèi)設(shè)備主要包括服務(wù)器設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，安裝前應(yīng)檢查盤柜設(shè)備托板數(shù)量是否齊全以及滑輪、支撐柱是否完好等。同一盤柜內(nèi)兩臺(tái)服務(wù)器上下間距保持（1～2）U，以保持良好散熱空間。對于部分網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，重量較大，除自身支架外，還需要配備額外的托板。設(shè)備與前后門之間預(yù)留足夠空間。

電纜的敷設(shè)及配線，柜內(nèi)強(qiáng)、弱電回路應(yīng)分開走線，分層布置，交、直流回路分開走線布置并采用不同的電纜，以避免相互干擾。每根線芯標(biāo)明電纜編號(hào)、回路號(hào)、端子號(hào)，字跡清晰不褪色。對于冗余網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)線，在條件允許的情況下，采用不同顏色的線纜，或者采用不同顏色的接頭保護(hù)套，方便后期調(diào)試。

2.2 系統(tǒng)組網(wǎng)

按照用途將網(wǎng)絡(luò)分為實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)、非實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)、接入網(wǎng)絡(luò)3 部分[2]。

實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備主要包括前置機(jī)服務(wù)器、操作員站、工程師站、歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、實(shí)時(shí)交換機(jī)等，詳細(xì)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)參考圖1 實(shí)時(shí)交換機(jī)部分。

非實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備主要包括WEB 發(fā)布服務(wù)器、報(bào)表服務(wù)器、趨勢分析服務(wù)器、非實(shí)時(shí)交換機(jī)等，詳細(xì)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)參考圖1 非實(shí)時(shí)交換機(jī)部分。

接入網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備主要包括前置機(jī)服務(wù)器的通信接口、與電站側(cè)通信接口等，詳細(xì)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)參考圖1 接入交換機(jī)部分。

2.3 安全策略

整個(gè)網(wǎng)絡(luò)涉及到兩套防火墻裝置，均需要配置完善的安全策略。

詳細(xì)策略結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 安全策略結(jié)構(gòu)圖

在雙機(jī)雙網(wǎng)冗余情況下，存在多個(gè)網(wǎng)關(guān)地址，需要在前置機(jī)服務(wù)器上以命令行的方式配置靜態(tài)路由表。

3 集成調(diào)試

在系統(tǒng)平臺(tái)搭建完成并上電運(yùn)行后，需要進(jìn)行系統(tǒng)的集成調(diào)試工作，集成部分主要包括數(shù)據(jù)庫集成和畫面集成，調(diào)試部分主要包括離線調(diào)試和在線調(diào)試。

3.1 數(shù)據(jù)庫集成

水電站集控中心數(shù)據(jù)庫是整個(gè)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分，主要包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、配置庫、通信點(diǎn)表等。數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)一般采用對象化配置，以樹狀形式顯示數(shù)據(jù)庫的配置信息，包含設(shè)備對象配置、服務(wù)和進(jìn)程配置、系統(tǒng)基礎(chǔ)配置、數(shù)據(jù)庫配置、網(wǎng)絡(luò)總線配置、主機(jī)配置、日志服務(wù)配置、命令配置和權(quán)限管理配置等等[3]。

通信點(diǎn)表是集控側(cè)與電站側(cè)進(jìn)行通信的數(shù)據(jù)點(diǎn)匯總，需要雙方共同確認(rèn)核對，主要包括以下4 部分：

（1）遙信：為開關(guān)量，主要包括斷路器分閘/合閘、隔離開關(guān)分閘/合閘、機(jī)組狀態(tài)、一般設(shè)備狀態(tài)、保護(hù)信號(hào)、繼電器動(dòng)作狀態(tài)等。

（2）遙測：為模擬量，主要包括機(jī)組有功功率、無功功率、機(jī)端電壓、勵(lì)磁電壓、定子電流、轉(zhuǎn)子電流、其他電氣量等。

（3）遙調(diào)：為設(shè)定值命令，主要包括機(jī)組有功功率設(shè)定值、無功功率設(shè)定值、電壓設(shè)定值等。

（4）遙控：為控制命令，主要包括機(jī)組開機(jī)命令、停機(jī)命令、一般設(shè)備控制命令、斷路器分閘/合閘命令、隔離開關(guān)分閘/合閘命令等。

3.2 畫面集成

運(yùn)行監(jiān)視畫面是人機(jī)交互的樞紐，直接影響著日常的運(yùn)行效率。

水電站集控中心運(yùn)行畫面集成遵循的原則如下[4]：

（1）全面性：集控系統(tǒng)不僅是各電廠監(jiān)控系統(tǒng)中控層的延申，也是各電廠的集合，因此集控中心除包含各電廠原監(jiān)控畫面外，還應(yīng)至少包含集控電廠一級畫面、集控電廠二級畫面、集控電廠綜合畫面。

（2）統(tǒng)一性：集控系統(tǒng)畫面應(yīng)遵循統(tǒng)一的顏色管理要求，按照統(tǒng)一的風(fēng)格，由統(tǒng)一圖元、線條、設(shè)備圖案繪制形成，集控系統(tǒng)各電廠一級畫面和二級畫面應(yīng)在統(tǒng)一要素布局的原則下，根據(jù)各電廠監(jiān)控要素差異進(jìn)行差異化繪制。

（3）便捷性：集控系統(tǒng)應(yīng)遵循最多雙擊兩次就可以找到所需要的監(jiān)控要素的便攜性要求，信號(hào)樹最多設(shè)置三級，畫面跳轉(zhuǎn)最多只允許設(shè)置兩層，畫面各圖元關(guān)聯(lián)的測點(diǎn)均可通過右鍵快捷打開測點(diǎn)相關(guān)的信息、曲線等。

3.3 離線調(diào)試

離線調(diào)試的主要目的是確保所有的集成工作準(zhǔn)確無誤，為后續(xù)的在線聯(lián)調(diào)做好充足準(zhǔn)備。

離線調(diào)試方式一般采用背靠背方式，臨時(shí)搭建電站側(cè)系統(tǒng)，與集控中心建立臨時(shí)通信通道，主要工作內(nèi)容如下：

（1）物理通道：以超五類或六類網(wǎng)線，將電站側(cè)仿真服務(wù)器連接至集控中心的接入交換機(jī)，按照設(shè)計(jì)規(guī)劃的參數(shù)配置兩側(cè)的服務(wù)器，依次ping 對側(cè)地址。

（2）數(shù)據(jù)報(bào)文：在集控中心和電站側(cè)仿真服務(wù)器上分別運(yùn)行IEC104 通信程序，各自檢查后臺(tái)通信報(bào)文，首次建立握手，隨后產(chǎn)生U 幀I 幀報(bào)文，在從站側(cè)模擬信號(hào)變位，在主站側(cè)檢查數(shù)據(jù)接收情況。

（3）四遙信號(hào)核對：遙信遙測為上送信號(hào)，需要在電站側(cè)仿真服務(wù)器上逐一模擬信號(hào)變化，在集控中心逐一檢查數(shù)據(jù)變化情況及事件；遙控遙調(diào)為命令下發(fā)，需要在集控中心操作員站上逐一下發(fā)相應(yīng)命令，在電站側(cè)仿真服務(wù)器上逐一檢查命令接收情況。

3.4 在線調(diào)試

在離線調(diào)試完成并確保所有集成內(nèi)容正確無誤后，經(jīng)集控中心、電站側(cè)、電網(wǎng)調(diào)度三方同時(shí)允許的情況下進(jìn)行在線調(diào)試，在線聯(lián)調(diào)具備一定風(fēng)險(xiǎn)性，需提前做好安全防控工作，主要工作內(nèi)容如下：

（1）準(zhǔn)備工作：試驗(yàn)方案通過三方審核，參加聯(lián)調(diào)的設(shè)備做好防護(hù)措施，由專人值守。

（2）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)：在集控中心操作員站人機(jī)界面上，逐一核對電站側(cè)上送的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

（3）遙控命令：根據(jù)參加聯(lián)調(diào)設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行情況，下發(fā)該設(shè)備的控制命令，在電站側(cè)網(wǎng)關(guān)機(jī)檢查命令接收情況，在現(xiàn)地檢查設(shè)備執(zhí)行情況，并做好相應(yīng)記錄。

（4）調(diào)節(jié)命令：根據(jù)參加聯(lián)調(diào)設(shè)備（機(jī)組）的實(shí)際運(yùn)行情況，下發(fā)該設(shè)備的調(diào)節(jié)命令（例如有功設(shè)定值），在電站側(cè)網(wǎng)關(guān)機(jī)檢查命令接收情況，在現(xiàn)地檢查設(shè)備執(zhí)行情況，并做好相應(yīng)記錄。

4 試運(yùn)行

在所有測試全部完成后，還需要考驗(yàn)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，將系統(tǒng)功能逐步投入運(yùn)行，并通過相關(guān)時(shí)間的驗(yàn)證，主要過程如下[5]：

（1）基本功能：7×24 h 長時(shí)間運(yùn)行后，系統(tǒng)運(yùn)行流暢，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)刷新及時(shí)有效，歷史數(shù)據(jù)記錄完整無遺漏，冗余切換無擾動(dòng)等。

（2）部分廠站可控：鑒于安全性考慮，初期只對部分電站進(jìn)行設(shè)備控制，其他電站限制控制權(quán)限，運(yùn)行人員務(wù)必二次確認(rèn)下發(fā)的控制命令，防止誤操作。

（3）全部廠站可控：試運(yùn)行后期，可逐步增加可控廠站的數(shù)量，最終實(shí)現(xiàn)全部廠站可控。

（4）高級功能：在系統(tǒng)功能、性能、四遙信號(hào)都經(jīng)過試運(yùn)行驗(yàn)證無誤后，可進(jìn)行高級功能的投入，如趨勢分析系統(tǒng)、仿真培訓(xùn)系統(tǒng)等。

5 結(jié)語

水電站集控中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)，是一項(xiàng)復(fù)雜的技術(shù)性工作，包括通信、網(wǎng)絡(luò)安全、人機(jī)交互、數(shù)據(jù)分析等一系列領(lǐng)域內(nèi)容。前期需要進(jìn)行詳細(xì)周密的設(shè)計(jì)，從硬件設(shè)備選型到軟件各項(xiàng)功能，設(shè)備安裝部署及組網(wǎng)，調(diào)試期間需要做大量的集成工作及測試。每一項(xiàng)工作的匯聚，都是為了更高效、更精確的管理水電站安全穩(wěn)定運(yùn)行。