近尾洲水电厂计算机监控系统改造的实现及其特点

毛 琦，周永滨，邓小刚，张卫君，郭 洁，胡志斌，卢小芳，何亚文，刘 宇

（1.北京中水科水电科技开发有限公司，北京 100038；2.湖南五凌电力有限公司近尾洲水电厂，湖南 衡阳 410007）

0 概述

近尾洲水电厂位于湘江中游，是湘江干流开发规划中的第五级电站。近尾洲水电厂安装有3台由奥地利制造的灯泡贯流式机组，单机容量为21.06 MW,总装机容量63.18 MW,设计年发电量2.92亿kw·h，是一座具有发电、航运、灌溉等综合效益的水电工程。

1 改造背景

近尾洲水电厂计算机监控系统于90年代设计，2001年设备正式投入运行，整个监控系统由奥地利引进，主要由主控级、现地单元控制级两层构成。主控级包括操作员工作站、打印机、SQL服务器等设备，现地单元控制级包括3套机组、1套公用与开关站。

电站计算监控系统投运至今已超过10年，主控级、现地LCU、网络等关键设备均已淘汰或老化，设备的稳定性、可靠性大幅下降，故障率明显升高，不利于电站的安全运行。原有设计方案、技术理念不能满足水电站计算机监控系统技术日益发展的需要。

此外，国内水电站计算机监控系统技术已经成熟，国产化计算机监控系统监控系统在技术、理念、服务方面的优势日益显著，得到越来越多用户的认同。

综合考虑上述因素，电厂方面经过分析比较，最终选用北京中水科水电科技开发有限公司所研发的活H9000V4.0计算机控制系统，对水电站计算机监控系统的硬件、软件进行全面升级改造。

2 改造总体思路

2.1 系统的可靠性设计

（1）为达到“无人值班（少人值守）”，监控系统应具有极高的可靠性，采用国际著名厂商的成熟而可靠的、标准化的硬件、软件、网络结构和汉化操作系统，广泛采用分布处理技术和冗余技术。采用软件冗余措施，数据库及控制功能分布处理，系统功能分布在网络的各个节点中，系统内任一节点的故障不影响其余节点的正常工作。

（2）现地控制单元采用PLC直接上网的结构，充分利用PLC的高可靠性及逻辑控制方面的优点，各LCU及各个辅机设备控制单元以可编程序控制器（PLC）及触摸显示屏等为基础，由PLC完成全厂闭环控制与调节，保证全厂发电运行可靠，同时确保各个LCU不会因主控级发生故障而影响LCU各自承担的监控功能，LCU在脱离电站主控级的情况下，能保证机组安全运行。

（3）有关运行控制采用多重软硬件安全闭锁和操作权限制，并加强系统的供电电源的可靠性，现地控制单元LCU采用冗余供电。

2.2 功能的完善

（1）实现电站远方AGC控制功能，稳定可靠地与远方调度中心进行数据通信，达到远方调度自动化系统对电站的遥测、遥信、遥控、遥调的功能。

（2）实现监控系统与电站MIS系统、水调自动化系统、机组状态监测系统、火灾报警系统、工业电视监控系统通信，同时预留将来可能出现的其它系统可靠的通信通道。

（3）改进现有监控系统机组开机前需要在现地LCU屏上手动对报警信号复归的设计缺陷，增加可以在监控上位机上对所有报警信号进行手动复归确认。

（4）为满足与机组检修后同步投运的安全、可靠要求，现地配置触摸屏，运行人员可以在机旁完成机组投运或调试中的操作及辅机设备启停、主备用切换，单步开停机等操作。

2.3 改造后系统的开放性与可扩性

改造后的近尾洲计算机监控系统仍然采用开放式分层分布系统，既便于功能和硬件的扩充，又能充分保护用户的投资。全分布式数据库及软件模块化、结构化的设计，使系统更能适应功能的增加和规模的扩充。

整个系统由电站主控级计算机和现地控制单元（LCU）组成，采用10/100/1000 Mb/s冗余光纤交换式环型网或双以太网结构。电站的计算机监控系统能对全厂主要机电设备进行控制，对所有机电设备的运行情况进行全面监控，对电站生产管理、状态检修用途的数据采集、处理、归档、历史数据库的生成、网络数据拷贝，并为MIS系统提供数据。功能和数据库分布在系统各节点上，使监控系统具有更高的效率、更高的可靠度及更好的可扩性。系统支持在线及离线编程，远程维护和全网络化数据信息交换。更换各发电机组、中央控制/公用/开关站LCU柜内PLC及相应设备。

3 主控级改造

（1）硬件

由于原有系统运行时间较长，设备老化，对生产运行带来较大的安全隐患，因此本次改造将换所有旧系统的硬件，关键设备均采用当前主流进口产品：美国HP公司主机兼操作员站、（远动、调度、厂内）通信工作站、工程师工作站、报表工作站等，中心交换机采用两台德国赫斯曼公司生产的高档工业骨干中心交换机，构成10/100/1000 Mb/s自适应冗余光纤交换式星型以太网。增设报表系统计算机，水情测报、电能量采集系统接口程序开发、新增的近区变、厂用变等电度表接入监控系统，并为MIS系统提供数据。更换卫星同步时钟装置，并接入监控系统，对整个系统对时，具备网络对时功能。更换冗余UPS系统。

4套现地控制单元PLC硬件全部更换，新的PLC硬件均选用法国施耐德公司的Quantum系列产品。大大提高任务执行速度，增加了多任务特性，存贮容量加大，用户编程更加方便。

每个LCU配备的PLC，完成系统的数据采集、电厂主辅设备的控制及设备的调节与控制(包括顺控)。进行全厂闭环控制与调节，保证全厂发电运行可靠。（见图1）

图1 近尾洲水电厂计算机监控系统改造方案配置框图

（2）软件

改造后的近尾洲计算机监控系统仍然采用开放式分层分布系统，全分布数据库。整个系统由电站主控级计算机和现地控制单元（LCU）组成，电站的计算机监控系统能对全厂主要机电设备进行控制，对所有机电设备的运行情况进行全面监控，对电站生产管理、状态检修用途的数据采集、处理、归档、历史数据库的生成、网络数据拷贝，并为MIS系统提供数据。

电厂和长沙调度中心计算机系统之间进行通讯采用104规约，实现遥信、遥测、遥控和遥调的功能；电厂与衡阳地调中心计算机之间进行通讯采用101规约，实现遥信、遥测、遥控和遥调的功能。

4 系统改造的特点

近尾州水电厂计算机监控系统改造项目在设计和施工过程中出现了一些新问题，并提出了相应的解决方案。

4.1 部分模拟量输出信号采用差分传输方式

施耐德模出模块140ACO13000的4～20 mA电流信号输出，采用的是传统单端传输方式，其公共端为DC24 V负端，而励磁、调速器相应电流输入同样为单端输入，公共端为DC24 V正端。如果强行将公共端连接在一起，将会出现不同系统电源混接，导致多个系统无法正常工作的，甚至损坏设备的严重后果。因此，140ACO13000输出信号不能直接传输到励磁、调速系统。为解决此矛盾，在模拟量输入输出之间加装了信号隔离装置，将单端传输的信号转换成了差分传输信号，如图2所示：

图2 近尾州模拟量隔离示意图

此种设计解决了信号不能直接传输的问题，同时采用差分方式有效提高了电流信号抗共模噪声的能力，保证了系统电压及功率调节的安全性、准确性和可靠性。

4.2 施工安全性

（1）高空作业

根据现场实际情况，需要人员在4 m高桥架进行电缆敷设工作，这就对现场人员的安全提出了极高的要求。首先，要求每个参与施工人员从思想上认识施工安全的极端重要性，在保证安全的前提下高效的完成工作任务；第二，严格按照施工方案进行施工作业，现场人员不能擅做主张，随意更改施工方法；第三，现场人员必须佩戴安全帽、安全带等防护设备，不佩戴安全帽不得进入施工现场，不佩戴安全带不得登上桥架；第四，现场高空作业实行双重监督机制，即：现场指挥管理人员为第一层监督，施工时间必须时刻在现场指挥监督，及时发现问题解决问题，防患于未然，电厂相关人员为第二层监督，对现场进行指导发现问题可随时暂停施工，并及时提供关于现场的咨询服务；第五，对可能出现的意外情况进行预案处理，将损失降到最低。

（2）带强电作业

现地LCU改造过程中，由于部分设备不能断电，且进入LCU的开入信号为DC220 V强电信号。此外原技术图纸与实际接线有误差，盘柜内部原配线繁杂凌乱。因此，施工过程中的人员及设备安全受到威胁。对此，提出了有针对性防护措施；①在施工现场铺设绝缘垫，施工人员佩戴绝缘手套；②拆除原设备前，对屏柜内每个设备进行登记，由电厂人员进行确认；③使用电压测试笔测定每个端子的电压等级，对高于36 V安全电压的端子进行标记和隔离处理；④施工过程有专人监督，任何人不得单独作业；⑤配线完成屏柜上电前，按照图纸严格检查配线情况，尤其是电源供电系统，确保无短路、无强弱电交叉混接；⑥确保所有设备开关处于关闭状态，按照交流、直流一段、直流二段顺序逐一给电，后对电源系统所有端子及空开的极性、电压等级等进行测定，无误后逐一开启设备电源，出现不正常情况立即关掉进线电源。

4.3 现地人机界面报警数据库功能完善

近尾州水电厂现地人机界面首次采用昆仑通态高性能TPC系列触摸屏，其报警数据库的组态采用实时报警数据库和历史报警数据库分开但相结合的方式，实时报警一览表只显示当前的报警，无报警时无任何条目显示；历史报警一览表最多追溯2000条报警记录，历史报警数据库会记录任何报警的变位情况，报警解除也不会消失。

这种方式，既满足厂方对现地人机界面可追溯性的要求，又可使报警信息一目了然，在现地触摸屏功能有限的情况下，最大限度实现了功能齐全、界面友好。

5 结束语

在多方面的大力支持和配合下，近尾洲水电厂计算机监控系统改造顺利完成，新的监控系统接受上级调度中心的调度指令，实现厂内经济运行，实现远方调度中心及站内闭环运行、自动监测和控制，对于提高电厂运行经济效益，提高电站安全运行水平，改善职工运行条件及提高电能生产的质量等方面产生的积极效果得到业主的肯定与好评。同时此次监控系统的改造为今后改造国外监控系统提供了宝贵的经验。

[1]王德宽，袁 宏，王峥瀛，等.H9000 V4.0计算机监控系统计算特点概要[J].水电自动化与大坝监测，2007（3）.

[2]张 毅，王德宽，等.面向巨型机组特大型水电站监控系统的研制与开发[J].水电自动化与大坝监测，2008，（1）.