广州蓄能水电厂监控系统下位机改造

陈龙骧

(广州蓄能水电厂，广州 510950)

0 引言

广州蓄能水电厂(以下简称广蓄水电)位于广东省从化市吕田镇境内，距广州市120 km。电站分为2个厂房，共安装8台300 MW可逆式抽水蓄能机组，总装机容量2 400 MW，设计水头535 m，是我国自行设计和施工的第1座高水头、大容量抽水蓄能电站，也是目前世界上已投运的最大抽水蓄能电站。

广蓄水电A厂共4台300 MW机组，其计算机监控系统采用法国ALSTOM的ALSPA_P320系统，上位机已于2007年由系列2改造为系列5产品，下位机(RTU)为H20系统，仍为投运初期的系列2产品。鉴于下位机已连续运行超过20年，亟需改造升级。

1 监控系统下位机原有结构

广蓄水电A厂设计有下位机10台，分别为4台机组RTU，1台机组公用RTU(20 GTA)，1台电厂公用RTU(厂用电20 KKL)，1台500 kV RTU，1台模拟屏RTU，上下库各1台RTU，除模拟屏及上下库RTU外，其余7个RTU均为完全双重化结构，即电源、CPU及I/O模块均为冗余设置，AA1和AA2互为备用。

下库RTU已进行试验性改造为PCX，C8035的结构，上库RTU也将在近期进行同类型改造，两项改造为下位机整体改造积累了经验。

广蓄水电下位机为集中式控制结构，机组所有控制功能都在RTU自身上实现，其中温度保护功能和振动保护功能已通过后期改造，从RTU分离到单独的可编程控制器(PLC)中进行控制。由于上位机和下位机分别采用了不同时期的系列5和系列2产品，因此在网络通信层增加了ELIPASS和CSS-F两套设备用于上下位机间信息传输，使RTU通过串口，经ELIPASS与CSS-F接入上位机S8000环网。除各RTU与上位机外，各RTU之间通过硬布线进行联系，在背靠背拖动时互相传送信息。

广蓄水电A厂原监控系统拓扑结构如图1所示。

图1 广蓄水电A厂监控系统拓扑图

2 对新设备及改造过程的要求

(1)由于现实情况的限制，改造不能采用全停所有机组同时改造所有RTU的方案，只能逐台RTU停机改造，并尽量缩短改造时间。

(2)上位机为ALSTOM系列5产品，此次改造不涉及上位机，因此下位机改造需要考虑与上位机的信息传输问题。

(3)原有RTU仍为多年前使用的集中式控制结构，信号线数量巨大且传输距离较远，需要改造为分层分布式结构，使用工业总线代替部分硬布线。

(4)老系统在各RTU之间有硬布线联系，进行部分信息传输和信号闭锁，尤其是公用RTU是各RTU的中心，静止变频器(SFC)拖动、背靠背拖动等工况都依靠其进行联系，因此，在逐台RTU改造过程中，需要解决新旧系统同时运行期间各RTU之间的通信问题。

(5)RTU与SFC、励磁系统、保护系统等系统也存在大量信号联系，目前信号全部采用硬布线进行联系，升级时应考虑部分升级为现场总线通信方式。此外，新RTU涉及接口要充分考虑SFC、励磁系统、保护系统等后期升级的需要，预留足够的接口。

3 设备选型

下位机改造有多种设备选择：可以继续沿用ALSTOM的ALSPA_P320系统；或者与广蓄水电B厂一致，选择西门子S7系列产品；也可以选用国产设备，如南瑞MB80系列PLC。

(1)ALSTOM的ALSPA_P320系统的优势在于广蓄水电A厂主机全部为ALSTOM产品，厂家对各在用设备较为了解，便于改造；同时升级选用同一厂家设备，改造难度较小。

(2)西门子S7系列优势在于产品成熟，应用相当广泛，有良好的技术支持，并且与广蓄水电B厂型号相同，能大大降低后期运行维护人力、物力成本。

(3)南瑞MB80系列PLC优势在于，国产设备用户体验较好，厂家也能提供更加便利、个性化的设备功能，提高运维效率。

经分析，改造仍沿用ALSTOM系列产品。其主控制器选用MFC1000，Celeron M 处理器，1 GHz主频，无风扇，1 GB闪存，512 MB RAM；现地控制器选用CE1000/CE1500，Celeron处理器，512 MHz主频，无风扇，512 MB 闪存，32 MB RAM；现场总线采用EPL Field BUS(E8000)。

4 改造方案

4.1 改造顺序

首先进行机组公用RTU的改造，然后逐台升级各机组的RTU，接着进行厂用电RTU和模拟屏RTU的改造，最后根据具体检修安排进行500 kV RTU的改造。

4.2 改造步骤

每台RTU的改造步骤大致相同，因此以#1机组为例列出主要改造步骤。按下列步骤改造后，下位机拓扑图(以机组RTU为例)如图2所示。

图2 改造后下位机拓扑图(以机组RTU为例)

第1步，完成新RTU柜内PLC、继电器等元件的安装及接线，离线进行新PLC程序的编写、下载与测试。

第2步，完成各子系统盘柜及PLC的安装以及程序的编写、下载与调试。由于改造前系统为集中式控制，现地无子系统PLC盘柜，因此可以在不退备机组的情况下，在现地规划位置进行子系统盘柜的安装及PLC离线调试等工作。

第3步，#1机组退出备用，解除#1机组侧与其他RTU间联系的硬布线，并在其它RTU上闭锁或强制#1机组所送信号为正常状态。

第4步，解除旧RTU供电电源后，解开并抽出RTU与各现地设备间的接线电缆，移走旧RTU盘柜。

第5步，进行新电缆的敷设，安装新RTU盘柜，进行盘柜接线，完成RTU的全部硬件安装。新旧RTU之间的少量连接仍临时使用硬布线，待全部RTU改造完成可以解除硬布线。

第6步，依次完成新RTU的静态调试与动态调试。

5 结束语

广蓄水电A厂下位机改造涉及设备范围广、设备年代跨度大、设备升级局限多，致使改造难度很大。按照本文提出的方案，能在尽可能减少设备停运时间的前提下解决一系列问题，同时也为诸多面临同类改造问题的电厂提供改造经验。