H9000计算机监控系统在大黑汀水电站的应用及改进分析

刘建波，武金辉

（海委引滦局大黑汀水库管理处电站，河北 迁西 064309）

0 引言

大黑汀水库位于河北省唐山地区迁西县城以北约5 km处的滦河干流上。水库上游约30 km 有潘家口水库，大黑汀及潘家口两水库联合运用，以发挥防洪、供水等功能。大黑汀水电站坐落在滦河干流上，是引滦入津工程的源头，由渠首电站、河床电站及升压站组成，电站共安装5台机组，总装机容量23.8 MW。其中，渠首电站安装1号～4号机组，单机容量为3.2 MW，向天津和唐山供水时发电；河床电站安装5号机组，单机容量为11 MW，向滦河下游农业供水及泄洪时发电。电站于1987年投入运行，运行期间虽然对主机设备进行了大修或技术改造，其性能较以前有了很大提高。但是，由于机组自动控制、监测保护、音响信号等二次设备均为70年代阿城继电器厂产品，是硅半导体分立元件组成的弱电无触点逻辑控制回路，技术落后，回路复杂，老化失修，已属淘汰产品。运行中拒动、误动现象时有发生，直接威胁着电站的安全可靠运行，严重制约着电站经济效益的发挥，更不能适应现代化管理技术发展的需要。

鉴于目前现代化生产过程计算机控制技术的飞速发展，尤其是计算机监控技术在水电站得到广泛应用。基于这样的发展趋势，决定对大黑汀水电站的二次系统进行彻底改造，选定中国水科院自动化所开发的H9000 监控系统作为大黑汀的计算机监控系统。

根据机组运行的实际情况及投资安排，这几年相继完成了1号、3号、4号、5号机组二次系统和升压站信号传输系统的更新改造，使大黑汀的自动化控制水平及自动控制功能得到大大提高，还有2号机组的计算机监控系统需要进行改造。本文对大黑汀水电站的计算机监控系统应用进行介绍，对进一步改进进行分析。

1 系统的结构及主要功能

根据大黑汀电站的实际情况和分层分布的基本原理，大黑汀的计算机监控系统采用二层分布开放系统总线结构。监控系统总体结构如图1。下面从分层和分布两个方面描述。

图1 大黑汀水电站计算机监控系统配置图

1.1 分层

从上图可以看出整个监控系统的系统结构，共分二层：厂站级主控制层以及现地控制单元层。

现地控制层包括6套现地控制单元（LCU），其中，5套机组LCU、1套公用设备/开关站LCU，完成指定设备的现地监控任务。

厂站级主控层及其现地控制单元层之间采用快速交换式以太网络总线，构成高可靠性的局域网络结构，通讯采用100 MB网络交换机和光纤，具有较高传输速率和良好的抗电磁干扰能力。主控层计算机设备布置在渠首电站中控室。100MB网络交换机通过高品质屏蔽双绞线介质连接主控层的各个工作站，通过多膜光缆分别联接现地层分布的各LCU单元。厂站级主控层包括操作员站和通讯站，其中操作员站设置2台计算机，二者为双机冗余结构，为主备用工作方式。两台工作站可同时工作，同时接受各种实时数据，更新数据库，数据库内容时刻保持一致。两台工作站以互为热备用方式工作，互相监视，一台完成监视控制任务，另一台则进行正常监视。当监控工作站故障时，监视工作站自动升为监控站。操作员工作站(兼主机)设在中控室，供运行值班人员使用。

采用上述分层结构，确保了整个监控系统控制的实时性、安全性和可靠性。

1.2 分布

整个监控系统的功能分布在不同层次的不同设备之中，各设备协调配合，完成全厂监控功能。具体功能分布情况如下：

现地控制层各LCU按被控对象单元分布，如机组现地控制单元、公用设备及开关站控制单元，各控制单元完成其被控设备的数据采集、监视及控制功能。

主站的监控功能分布在厂站级主控层中，如操作员工作站主要完成数据采集与处理、实时数据库的管理、监控系统的人机联系功能以及完成历史数据管理等任务。完成对本厂的运行监视和闭环控制、随时接受远方控制中心的调度命令，发布操作控制命令、设定与变更工作方式、厂内优化运行AGC/AVC计算和处理，数据库管理等功能。

工程师/通讯工作站供系统专责工程师使用。用于系统开发、编辑和修改应用软件、建立数据库、系统初始化和管理、检索历史记录、系统故障诊断及培训等工作，培训工作只在离线时进行用于修改定值，增加和修改画面，并可进行系统维护、软件开发工作及远程诊断等。工程师工作站安装在计算机室，工程师工作站具有与操作员站相同的配置，也可作为操作员工作站的备用。同时它还担任与中控室内的反馈屏及其他系统的实时通讯功能。

通过功能的合理分布，确保系统各节点的负荷率满足设计和实时运行的要求，同时任何局部设备的故障，不影响系统其余部分功能的正常运行。

1.3 主要功能

本系统采用了标准H9000 系统，是一套完整的实时控制系统，配备了完整的系统监控功能。主要功能描述如下。

（1）新型人机联系功能

系统采用最新开放式图形硬件、软件技术，全图形人机界面软件基于X/Window，Motif，显示直观易懂，操作手段简便、灵活，具有多窗口无级缩放、细节显示、跟踪查询等功能，面向目标编程，全鼠标驱动，图形操作，汉字界面，多级下拉式菜单加多级弹出式菜单操作，灵活的用户适配工具功能，人机界面非常友好，用户可以根据自己的习惯制作自己的人机界面。H9000 系统支持多屏、多窗口显示，不同窗口可以显示同一画面，也可显示不同画面。信息可采用图形、数字、信号灯、表格、曲线等表示方式，表现方式灵活多样，并可采用立体三维、实时动画的方式。系统还可以方便地采用专业图形表示电站的运行状态，如发电机P－Q 图、闸门水位图等。

（2）实时采集电站主要设备的运行状态、参数，对电站各控制点和监视点进行自动安全检测、越限报警、事件顺序记录、事故故障原因提示、事故语音报警。

（3）实现水轮发电机组的自动顺序起、停控制及负荷调整，断路器、隔离开关等重要电气设备的投切操作以及其他自动控制功能。

（4）综合计算与统计分析

监控系统可根据实时采集到的数据进行周期、定时或召唤计算分析，形成各种计算数据库与历史数据库，帮助运行人员对电厂设备的运行进行全面监视与综合管理。

（5）通过通讯机实现与中控室反馈屏的实时通讯，把一次主接线中各开关的状态实时显示出来。

（6）机组LCU的一般功能

每台LCU均是一套完整的计算机控制系统。与系统联网时，作为监控系统的一部分，实现系统指定的功能。而当与系统脱离时，则能独立运行，实现LCU的现地监控功能。

2 应用情况及改进分析

大黑汀的监控系统自2000年陆续投入运行以来，减轻了电站运行人员的劳动强度，提高了设备安全运行能力，保证了机组的安全可靠运行。但随着系统应用的不断深入，随着技术进步，尤其是计算机技术的不断发展，先期进行改造的监控系统存在的问题日益显出来，需进行改造和完善，主要问题及改进思路如下：

2.1 一期工程中监控系统应用情况及分析

（1）由于大黑汀监控系统的一期工程（河床电站监控系统）是于2000年改造完成的，当时采用的设备及系统与大黑汀后期工程相比，相对落后一些，需要对其进行改进，首先是将监控系统H9000的版本由原来的V1.0升级到V3.0，需要对系统数据库进行升级，同时将河床电站的操作员站硬件进行升级，使河床电站和渠首电站的监控系统相一致，保证通讯正常进行。

（2）河床电站监控系统中的工控机应该取消。工控机在系统中主要用于接收上位机的命令并转发给PLC，同时接收PLC 和其他采集装置上送的各种现场设备信息并转发给上位机。在运行中发现，因为机旁震动大、灰尘多、湿度大，影响工控机风扇的运行，导致工控机可靠性不高，影响监控系统的正常运行。需要考虑在原有PLC 设备的基础上，将部分模块置换并增加网络通讯模块，将现地单元的工控机更换为现在渠首电站采用的触摸屏，即可实现PLC 直接上网功能。

2.2 监控系统与外网的通讯问题

目前大黑汀机组运行的情况还处于一个独立的闭环网络中，外部MIS 网中每天需要的机组运行数据还需要人工填写，为了实现从外网上了解机组运行情况，考虑到监控系统的安全防护问题，需增加厂外通讯器及相应的软件，还要增设一套物理隔离装置和IP 认证加密装置，保证外网只能单方向读监控系统数据，防止黑客及病毒入侵监控系统，保证机组安全可靠运行。

2.3 操作员工作站报警窗口中报警信息的定义问题。

目前监控系统报警窗的信息比较多，只要现场设备状态变位，则均会在报警窗内显示。维护人员需要了解这些详尽的数据，但运行人员需要了解重要的故障信号。所以建议最好能进行分门别类，需要按照条件进行报警并配上语音报警，正常变位的信息不需要在报警窗内显示，但全部报警应该保存在历史数据库中，以备需要时查询。

目前大黑汀的2号机组的二次系统还没有改造完成，不能实现整个电站的集中监控，所以现在运行人员还不能完全在中控室进行监视，给运行人员带来了不便，需加快对2号机组二次系统的改造进度，尽快实现整个电站机组的计算机监控。

总之，在改造过程中需要经常总结，梳理需求，做到有目标、有计划进行改造，使改造后的监控系统在可靠性、实时性上进一步提高，充分考虑系统的可扩充性和网络冗余，并兼顾系统性能价格比，达到系统的设备先进，运行可靠，维护方便。

3 结束语

H9000计算机监控系统在大黑汀得到了良好的应用，使机组的运行状态更加稳定，查找故障点也比以前方便很多。今后通过大黑汀技术人员与北京水科院的技术人员密切沟通、合作，不断的提高大黑汀的综合自动化水平，取得良好的经济效益和社会效益，为大黑汀实现下一步的无人值班（少人值守）的目标奠定坚实的基础。

[1]刘建波，武金辉.大黑汀水电站5号机组计算机监控系统与基础自动化改造[J].水利水电工程设计，2001（1）.

[2]中国水利水电科学研究院自动化所.H9000计算机监控系统高级培训班资料[Z].2005.