贵州白市水电站计算机监控系统运行分析与改进措施

何田华

摘 要：贵州白市水电站的计算机监控系统自2011年12月投运以来，性能稳定，状态良好，完全达到设计要求和满足现场设备综合控制要求。本文通过对贵州白市水电站计算机监控系统的运行情况进行介绍与分析，对运行中已出现的问题如何采取措施与今后面临的困难提出改进建议。

关键词：水电站;监控系统;运行;措施

贵州白市水电站处于沅水干流上游河段的清水江下游，坝址位于贵州省黔东南苗族侗族自治州天柱县境内，为规划复核后沅水干流上的第4个梯级水电站。电站以发电为主，兼有航运等综合利用效益，属于二等大（2）型水电工程，并具有季调节性能。

该电站装有3台单机容量140MW的混流式水轮发电机组，总装机容量为420MW;有3台额定容量160MVA主变，两回500kV线路，其中一回连接距本厂67km的三板溪水电厂，另一回接入距本厂32km的艳山红开关站;设计年平均发电量为12.36亿kWh。电站建成后并入湖南省电网，承担着调峰、调频及事故备用等任务。而其计算机监控系统，按“无人值班、少人值守”要求与五凌远程集控系统对接，并与500kV开关站同时正式投运。

一、贵州白市水电站计算机监控系统的结构与特点

贵州白市水电站的计算机监控系统由中南勘测设计研究院和北京中水科水电科技开发有限公司共同设计，其H9000系统具有数据采集与处理、控制、人机联系、打印制表、故障记录、自诊断与远程集控功能。主要控制功能具体为机组正常开停机、事故停机、紧急事故停机、机组负荷调节、断路器、隔离开关、刀闸、机组进水口闸门和各辅助设备控制等，同时还具有整个电站自动发电和电压控制的功能（AGC/AVC）。

1.计算机监控系统的结构

（1）采用内控型的分层分布、开放总线型网络结构。贵州白市水电站计算机监控系统采用的是分层分布、开放式结构的总线型网络系统，即计算机监控内管理。而系统的通讯服务器，负责本系统同其他部各节点开放的以太网（Ethernet）总线连接，现地工业总线采用MOXA公司的控制总线。所有监控设备都按IEEE802.3标准连接到冗余的以太网，采用GPS卫星时钟系统对监控系统的计算机进行时钟同步。网络的通讯介质采用的是光纤。系统分为全厂控制层上位机（H9000）和现地控制层（LCU）。

（2）控制层硬件为HP Z600工件站，操作系统可靠性高。水电站的控制层硬件为hpz600工作站，操作系统可靠性较高，选用的是unix系统，负责全站的自动化功能、历史数据处理以及全站的人机对话。设双机冗余操作员工作站，A、B站设置在中控室，对生产过程进行监视与控制，以实现自动管理。系统中的通讯服务器，负责本系统同其他系统的通讯，如网调、省调、五凌远程集控，以及电厂内部的其他智能数据采集功能装置等。事故语音报警站也设于中控室，可同电话系统联网。另外，还设置有工程师工作站、数据采集工作站、五凌集控服务器等，配有2台Cisco Catalyst 3560系列100Mbps的网络交换机，用于连接操作员工作站、服务器以及全站5套现地控制单元（LCU）等设备。

（3）系统中的现地单元层控制以单元分布原则设计。该水电站的现地控制单元层采用按单元分布的原则，3台发电机组各设一个LCU，开关站、公用系统各设一个LCU。监控系统中的现地单元（LCU）采用的是法国施耐德电气公司的Quantum 自动化平台，系统内所有PLC均为Quantum 系列模块。LCU则采用双以太网，通过工业控制微机以100 Mbps带宽速率与主机（上位机）通信。各现地控制单元直接完成生产过程中的实时数据采集及预处理，完成单元状态的监视、调整和控制，以及与上位机的通信联络等功能。

2.计算机监控系统的特点

（1）所有设备的冗余配置。贵州白市水电站监控系统的硬件采用多层次的冗余措施，如数据库采集站、操作员站、通讯服务器、五凌远程集控服务器、网络交换机、网络通道、LCU的数据采集与控制器、CPU模块、通讯模块、I/O通道、现地总线、UPS电源、机柜电源等，全部实现冗余配置，并由软件对其进行检测与故障诊断，实现全覆盖的无扰动切换，以确保因每一部件出现故障而系统仍能正常运行。而对于故障设备，则由消缺人员及时处理，不会因此影响发电机组的正常运行。

（2） 双机等硬件设备的冗余配置。全站的控制层主控站采用双机配置，正常情况下A站为工作主控站，B站为备用监视站。全站只有主控站对所控制的设备下达控制命令，如调整负荷、开停机、操作辅机设备等，其余的均为监视站，没有控制权限。中控室所设置的A站和B站可以相互切换为工作主控站，当A站发生故障可自动切至B站为工作站。现地控制层（LCU）也采用双机（采用140CPU67160.586/266M）热备结构。每套LCU有两个独立的CPU机架，每个机架内都有一块电源、一块CPU主板和一块热备模件，两个CPU机架的热备模件之间有光纤热备电缆连接，用以实现数据传送，保证主备无扰动切换。而每台CPU机架都接入工业控制局域网络。

（3）双网等软件设备的冗余配置。监控系统采用的是双光纤以太网。双光纤以太网工作方式采用同时工作（ALL INWORKING）的方式。这样，如果A网发生故障，B网可以零时间切换启动，由此可靠性能增强。

（4）远程机箱通讯联结的冗余设置。水电站的远程机箱通讯联结采用的也是冗余配备与设置，如LCU单元需要多个I/O扩展机箱，则连接于Quantum系列的PLC上，一种是远程RIO（RemoteInput/Output）方式，一种是分布D10（Distributed.Input/Output）方式。

貴州白市水电站采用的是RIO方式，有多个扩展机箱，控制器与远程站I/O机箱采用双通讯通道，当任一通道出现故障或通道电缆断线，也能保证控制器与I/O机箱的正常数据进行交换通讯。

3.计算机监控系统的运行效果

贵州白市水电站监控系统自投运至今，运行良好，效果显著，主要表现为四个方面。

（1）减少了运行值班人员，改善了他们的工作环境，提高了工作效率，实现了“减员增效”目的。而对于承建单位与远程监控终端而言，则为实现“无人值班（少人值守）”和五凌远程的集控创造了有利条件。

（2）监控系统采集的信息量大，实时性强，分辨率高，故障、事故、越限、状态变化、事故追忆等实时和历史事件能自动记录和打印，并记录各种操作和保护的动作顺序及时間，为值班人员及时发现设备缺陷，避免设备发生事故起到了积极的预防作用，为在事故发生情况下对事故原因进行分析及消除事故隐患提供了充分的依据。

（3）系统对于值班人员的任何操作都会检查命令的合法性和控制的闭锁条件，拒绝执行非法命令和不满足闭锁条件的控制操作命令，并提示拒绝执行的具体原因;而对于满足条件的操作须进行确认后系统才会执行，提高了操作的安全性和可靠性。

（4）贵州白市水电站的计算机监控系统开机仅需90 s时间，不仅满足了电网调频调峰、事故处理的快速要求，也减少了开机过程中的水耗，提高了经济效益。该监控系统自投运以来，极少出现主要设备损坏、系统“死机”等问题。系统连续工作时间长，利用率高，为安全生产提供了可靠的保障。

二、计算机监控系统存在的问题与改进措施

贵州白市水电站的计算机监控系统在运行中也存在着一些问题，经过多次流程修改、数据完善和技术改进，不仅没有影响机组的正常运行，其稳定性和可靠性反而大大增强，再没出现相关的故障和异常。

1.部分模拟量越限值整定不当，致使越限报警频繁

通过设备现场实际运行情况及设备厂家提供的技术参数对比，合理整定模拟量限制参数，可减轻监控系统控制单元和运行人员监视的负担。

2.模拟量数据跳变、模块偶发性死机，致使开停机受阻

这是因为部分信号电缆的敷设不正确，信号电缆与动力电缆敷设在同一层桥架内，对数据采集处理系统的测量精度、系统稳定性和可靠性均有严重影响， 有些现场干扰脉冲源可达千伏以上，致使计算机系统误动作，程序“飞掉”造成“死机”，甚至造成模拟量模块损坏。通过架空分层进行重新敷设，将动力电缆敷设于最上层，依次下来是电气控制、热控控制，最底层为仪表信号电缆。电力电缆与信号电缆间保证有30 cm 以上距离，用隔板隔离，避免平行走线。对模拟信号特别是毫伏级低电平信号采用了带绝缘层的屏蔽双绞线，更换了原普通信号线，并在现地LCU接线端加装了模拟量信号隔离器，让所有信号线的屏蔽层采用一点接地。

3.让现场过程和系统环境及控制信号收集、处理和传输兼容

系统所含数据主要由模拟量和开关量两大类组成，无论是模拟量还是开关量，其采样的准确性、可靠性和实时性对监控系统的主要性能指标都将产生直接影响。为提高监视的准确性和控制的可靠性，可通过定期对计算机监控系统模拟量通道进行检查、测试，确实保障系统输入、输出通道的各项技术指标满足规程要求。

4.应采取同时开启技术供水、主轴密封供水主阀等措施

在机组的顺序控制中，为节省开机时间，提高开机效率，可增加同时开启技术供水、主轴密封供水主用阀;并判断技术供水、主轴密封供水示流信号;如主阀开启失败，进行逻辑判断后可分别按顺序打开相应的备用阀。

5.当机组失电失控时，应增补与完善事故处理程序

机组正常运行时监控系统只监视各系统的运行状态，记录各种实时数据，接收各系统传来的故障信号，启动相应的控制程序和停机流程。对于机组保护、调速器系统和励磁系统，监控系统并不参与实时的系统内部控制。为保证机组在完全失电失控制时的正常运行，应对事故停机程序进行完善，让监控系统能启动事故停机流程，使机组安全停转。

6.为保证机组安全和运行稳定，应对主控流程进行确定

如应对事故停机、紧急事故停机等进行详细讨论确认，并对正常开停机流程中的转速信号开入点进行修正，即让原开入点“转速小于5%”改为“转速小于1%”，并以此点作为停机态的判断条件之一。同时，当因电气事故而造成停机，应取消“有功为0”的条件判

断;而对于机械事故的停机，则仍需在“跳断路器GCB”前判断“有功为0”“无功为0”“导叶关至空载以下”等情况，并增加退出蠕动程序控制点，以确保机组蠕动后能紧急开机。

通过近三年的运行、改进和完善，不断发现问题与解决问题，贵州白市水电站计算机监控系统的运行可靠性不断得以提高，功能日趋完善，操作更加方便，尽管还存在一些不如意的地方，只要不断改进完善，就一定会真正成为高效果的“电脑值班员”。

（作者单位：中电投五凌电力白市水力发电厂）