H9000系统在凌津滩水电站监控改造中的应用

周永滨，卢小芳，李清华，高 伟，罗 浩

（中国水利水电科学研究院中水科技公司，北京 100038）

H9000系统在凌津滩水电站监控改造中的应用

周永滨，卢小芳，李清华，高 伟，罗 浩

（中国水利水电科学研究院中水科技公司，北京 100038）

随着国内水电站计算机监控系统的日渐成熟，具有自主知识产权的监控系统凭借其可靠的技术和优质的服务已经成为水电厂在选择计算机监控系统时的首选，也促使一些原本使用国外监控系统水的水电厂对其进行国产化改造。主要阐述了凌津滩监控系统改造方法以及带给我们的启示。

水电站；H9000；监控系统；改造

0 引言

凌津滩水电厂位于湖南省沅水流域干流，距桃源县城40km，是沅水流域最后一个梯级电站。安装有9台单机容量为30MW的灯泡贯流式机组，设计年发电量12.33亿kW·h。5号机组与3号主变组成单机单变的单元接线，其余8台机组和4台主变组成两机一变的4组扩大单元接线，采用220kV单母线分段，5进2出的主接线方式，由两回220kV的出线接入系统。

凌津滩水电厂原计算机监控系统由法国引进，于1998年投运。

1 问题提出

电站监控系统从设计到投产至今已运行十余年，主机和网络等设备都已淘汰或老化，设备的稳定性大幅下降，故障率明显升高。加上国外系统在设计理念、操作习惯、后期服务等方面都存在问题，这使得电厂方面决定对其进行国产化改造。

1.1 厂站级系统设备已不满足全厂控制要求

上位机设备老化严重，目前已属淘汰产品，工作站频频出现死机、脱网现象，严重影响运行值班人员对发电机组设备的监视与控制。系统网络结构已经落后，二次安全防护要求的入侵检测系统IDS设备无法正常接入上位机网络，病毒及网络入侵将无法被系统检测到，从而使上位机系统失去安全保障。上位机原有的鼠标、键盘等设备均为厂家成套供应，其他产品无法代替，由于长期使用，灵活性已大大降低，给运行人员带来极大不便。此外，原系统供应商被其他公司兼并，存在技术交接问题，技术服务费用十分昂贵。

1.2 现地层部分设计不完善

原系统公用LCU逻辑设计不完善，对公用系统的远方控制功能未能实现，400V厂用电系统等的操作均需运行人员现场手动操作。

2 总体设计

为了实现改造的平稳衔接和过渡，电厂方面经过认真分析比较选用了北京中水科水电科技开发有限公司 （水科院自动化所）研发的H9000V4.0分布开放式计算机控制系统，在硬件和软件上都进行了升级改造。更换电厂计算机监控系统上位机全部设备和网络设备，升级PLC等工作。仅保持现地控制单元（LCU）端子柜位置、盘面布置不变，以减少工作量，缩短施工工期。

监控系统改造后的结构配置图如图1：

3 厂站层的改造

厂站层的改造主要包括系统硬件设备的更换升级；上位机控制功能重新设计开发；上位机监控画面、报表文件重新设计开发；数据库配置设计开发；AVC经济运行等。

3.1 厂站层硬件改造及配置

监控系统上位机更换PC工作站共9套，其中主机服务器2套，操作员工作站2套，工程师站1套，通信工作站4套。其中主机服务器采用SUN公司的Sun Fire V490Server每台配置为2个64位UltraSPARC IV+处理器，8G内存，4块146G硬盘；操作员站和通信工作站为SUN公司的Sun Ultra45，配置为2个64位Sun UltraSPARC IIIi处理器，4G内存，3块146G硬盘；工程师站为HP公司的HP XW8600工作站，配置为2个Intel Xeon E5430处理器，8G内存，3块146G硬盘；

主机服务器用于在线备份监控系统的数据，并用以存储监控系统的历史数据。监控系统和水调系统的通信通过厂外通讯服务器实现，厂外通讯服务器通过物理隔离装置接入监控系统，水调系统通过与厂外通讯服务器进行网络通讯可获得全厂机电设备的运行情况信息。

图1 凌津滩电站监控系统配置框图

和省调通信有两条互备通道，一是通过通信服务器的RS232串口通过101规约由MODEM和省调相连；二是采用104规约通过光纤以太网和省调进行通信，在服务器上安装了104规约，进行了相应的调试，实现了遥信、遥测、遥控、遥调等功能。

监控系统还配置了2台网络打印机，按照运行操作人员的管理和要求打印日志和报表。

3.2 上位机AVC功能的完善和实现

经改造后，监控系统能实时接收省调设定的母线电压值，并根据电厂当前的母线电压给定值与电压测量值进行比较，根据该偏差，通过PI调节计算得出电站无功功率目标值。无功功率目标值及PI调节计算中的积分项均受到并网机组的无功负荷能力的限制。该无功功率目标值将在参加联合调节的机组间分配，经过分配后得出电站每台机组的无功功率目标值。机组无功功率目标值与无功功率测量值比较，根据比较的偏差，通过PI调节计算出机端电压给定值，送给LCU执行。该电压给定值及PI调节计算中的积分项将受到励磁调节器电压给定最大和最小值的限制。

4 现地层的改造

各下位机（LCU）采用双网结构，实现了完全的网络备份。其结构图如图2所示。

4.1 PLC的改造

图2 凌津滩电站LCU结构框图

原下位机PLC的CPU均采用GE公司的CPU351，现改为IC693CPU374，主要负责对机组实施控制，并且提供网络接口，供上位机进行数据采集，IC693CPU374具有强大的数据处理功能，可以快速完成控制、监视等工作。原下位机PLC为两个独立的站点单独运行，改造后更换一块10槽底板IC694CHS392，设计成一个本地站两个远程站的结构，提高了系统的集成度和可靠性。为实现双网改造，每套PLC增加一块支持TCP/IP协议的网络模块，型号为IC693CMM321CA。每个PLC底板的电源模块改用大容量电源模块IC693PWR331，这种模块负载能力为30W，较以前提高了供电可靠性。

鉴于原系统电量采集装置已经老化，采集精度已经不满足控制要求，我们在每套LCU增加了IC693PTM100电量采集模块，已完成对电压、电流、功率、频率、功率因数等电气量的采集任务，并通过PLC的内部总线直接将这些量的原码值送到CPU，送到上位机供运行人员监视。

4.2 工控机的改造

为节约工程成本，改造方案保留了原系统的工控机，为了提高其响应速度，方便维护人员进行组态，把工控机与PLC的连接方式改为以太网方式。

重新对工控机进行了组态设计，增加了重要点的报警点，使现地LCU即使在完全脱网的情况下也能对机组进行监视和控制。

4.3 LCU电源的改造

由于原LCU电源系统设备老化，出现了数次LCU断电事故，使现地控制单元完全处于失控状态，电源系统的改造尤其重要。

改造后的电源系统包括3台交直流双供电电源，其中2台容量分别为150W和400W的电源均是输入AC220V/DC220V，输出DC24V，两台电源为互备，给盘内交换机、触摸屏、光耦隔离板等设备供电；1台容量为150W输入AC220V/DC220V，输出DC48V，供给外部I/O使用。设备电源和外部I/O电源隔离，即使外部I/O回路出现短路或接入强电等故障，也不会影响盘柜内设备的运行。此外，1台电源故障熄火或者1条输入断电都不影响电源系统的正常供电，极大的提高了电源系统的可靠性，使因电源系统引起的系统失控的概率降到最低。

5 改造后的系统功能

新的监控系统继承了原系统的一切优点，并兼备了一些新的特点，综合起来实现了以下功能：

（1）控制功能：现地和远方自动开停机、刀闸分合、开关、设备启闭等操作；

（2）监视功能：运行工况监视（开关量、中断量、模拟量、事故点、温度量等），语音报警；

（3）事故追忆：开关动作顺序和时间、电气量、非电气量和温度值记录等；

（4）统计功能：开停机次数、刀闸分合闸次数等；

（5）报表打印功能：生产日报、月报，一览表打印；

（6）远程通信：与省调、MSI通信等；

（7）数据储存：历史数据库在历史数据站自动存档；

（8）调节功能：AVC等。

6 结束语

计算机系统改造是一个很复杂的系统工程，回顾整个改造过程，以下几点是改造成功的关键所在：

（1）施工前协助厂方定好安全施工方案，施工过程中精心组织、调试。

（2）邀请电站方面技术人员直接参与开发调试，使维护人员熟悉开发过程，为以后进一步掌握系统打下基础。

（3）尽量掌握原系统的结构、控制程序，保留其运行成熟的可靠的部分，尊重原系统的设计。

（4）实施监控系统的过渡方案。使得在整个改造过程中，由新旧系统组合而成的过渡系统始终可用，最大限度保证运行生产不受影响。

[1]田启荣.凌津滩电厂计算机监控系统AGC/AVC的技术改造[J].水电厂自动化,2003.

TV736

B

1672-5387（2011）03-0045-03

2011-04-11

周永滨（1983-），男，助理工程师，从事水电站计算机监控系统的研究和调试工作。