回龙抽水蓄能电站计算机监控系统

袁二哲，吕志娟，张 法，王旭一

（1.国网新源控股有限公司回龙分公司，河南省南阳市 473000；2.国网新源控股有限公司，北京市 100761）

0 引言

回龙抽水蓄能电站位于河南省南阳市南召县境内，距离南阳市负荷中心70km，电站是河南省第一座抽水蓄能电站，装机总量为120MW，安装2台60MW可逆式混流水泵水轮机组，额定水头379m，最高扬程420m，机组转速为750r/min，是国内生产的第一台高水头高转速蓄能机组，在系统中的主要任务是调峰、填谷、调频和事故备用等。

电站原计算机监控系统由安德里茨（中国）有限公司提供，基于型号为AK1703的PLC系统，已投运11年，存在设备陈旧、板卡点表数量不足、板卡停产无法购置等缺点，新监控系统采用国产的南瑞NC2000监控系统，于2018年4月改造完毕。本文主要介绍回龙抽蓄电站改造后的计算机监控系统的结构、配置、主要功能和技术特色[1]。

1 系统结构及配置

改造后的监控系统采用南京南瑞公司提供的开放式环境下的分层分布式计算机监控系统NC2000，以南瑞MB80系列智能PLC为现地LCU核心控制器，对电站所属设备进行实时的监控。系统共分为现地控制层、中控层和调度层，按“无人值班，少人值守”原则进行总体设计。电站由河南省调进行调度，计算机监控系统负责实现与其接口，传送遥测遥信量和执行调度指令。监控系统采用1000Mbps光纤双星型以太网和现场总线作为监控网络，其基本的网络拓扑结构配置图如图1所示。

调度层设2台互为热备用的调度通信主机（hlcom1、hlcom2），通过调度数据专网和 2M 专线连接河南省调和南阳地调。

（1）中控层采用智能微机结构。位于地面中控楼的计算机监控机房配置有2台互为热备用的主服务器（hlmain1、hlmain2）、2套互为热备用的历史数据服务器集群（his1、his2）、2套相互独立的操作员工作站（hlop1、hlop2）、l套语音报警工作站（hlaud）、1套厂内通信工作站（hlcom3）、1套监控机房动态环境监测系统、2台1000 MB核心交换机、2套冗余 配置的UPS 电源设备、1套双卫星时钟同步系统设备、1套电力二次安防设备等。考虑到电站调试和运维人员巡检方便，现地各LCU盘柜内均配置1套工控机触摸屏。监控系统及服务器工作站均基于 Redhat 6.5系统，监控软件采用南瑞NC2000 V3.0，历史数据库软件采用Mysql。

（2）现地控制层设备包括 2 套机组 LCU、1 套厂用电及公用设备LCU、1 套中控楼 LCU、1 套上库 LCU，现地LCU均以南瑞MB80系列智能PLC控制器为核心。布置于地下厂房内的机组 LCU、厂用电及公用设备LCU、上库 LCU、中控楼LCU与布置在计算机监控系统机房的两台核心交换机组成冗余的双星型光纤网络。各现地控制单元以MB80 722E型CPU为核心，采用了双CPU四通信网模块的PLC冗余结构，均配置有17in彩色液晶触摸屏的一体化工控机方便现地操作。

图1 回龙抽蓄电站计算机监控系统结构Figure 1 System structure of Nanyang Huilong CSCS

2 系统的主要功能

2.1 调度层功能

回龙电站接受河南省调调度。监控系统通过调度通信主机向河南省调实时上传遥测、遥信信息，包括各机组断路器位置、主变压器断路器位置、机组有功和无功出力值、母线电压电流、电量信息等。由中控室值守人员接收调度下发的各项指令，实现对机组的操控。

2.2 中控层功能

系统为运维人员提供操作便捷、易用性强、美观的人机交互画面，对机组和其辅助设备进行全方位的监控。能实时生成各种事件报文，对任何异常情况均可进行光字报瞥，语音报警。能自动采集运维人员所需要的各种数据，自动生成相应报表文件。

（1）通过系统主服务器对本电站所有被控设备进行监控。自动加载工程配置文件，建立数据交互缓冲区，实时进行数据处理，提供实时数据交互服务。负责监控主机和现地控制层、外部设备等各个通信进程的管理。能对节点间数据交互进行智能化管控，对节点的状态进行实时在线监视。具备双机热备功能及断电自启动功能。

（2）历史数据服务器具备存储、同步、备份功能，支持以集群方式对其他节点提供历史数据的服务。支持一览表查询和历史曲线查询的功能。

（3）通过厂内通信机能具备对厂前区备用柴油发电机、上库备用柴油发电机、下库备用柴油发电机、35kV备用电源系统等设备进行监视和控制。

（4）多元化用户管理和配置。为不同运维人员设置不同的使用权限。

（5）强大的上位机组态功能。对于所有控制对象的流程闭锁和报瞥，在每一步控制步序中都有控制闭锁判断，所有的控制过程都有详细的操作记录显示在简报画面。

2.3 现地控制层功能

现地控制层设备由2套机组LCU、1套厂用电及公用设备 LCU、1套中控楼LCU、1 套上库 LCU等设备构成。

（1）机组 LCU 监控范围包括水泵水轮机、发电电动机、机组断路器、主变压器高压侧断路器、机组进水阀、尾水闸门、机组附属及辅助设备等。每套机组LCU均设置双重化的水力机械保护。一方面机组LCU本体PLC具有水机保护功能，能实现水力机械故障报警、事故停机和紧急事故停机；另一方面还设置1套独立于监控系统的水机保护PLC，在机组LCU本体PLC故障情况下，能独立完成水力机械事故停机和紧急事故停机。

（2）厂用电及公用设备LCU监控范围包括厂用电断路器、厂用高压断路器、SFC及其辅助设备、地下厂房220kV GIS系统设备、集中技术供水系统等。

（3）中控楼LCU监控范围包括地面 220kV开关站设备、营地柴油发电机系统、中控楼UPS电源系统、通信48V电源系统、35kV岳庄变备用电源系统等。

（4）上库LCU监控范围包括上水库区域内的水力测量、公用直流系统设备及配电系统设备、上库柴油发电机，以及进出水口闸门等。

现地各LCU根据设定能完成各种数据的采集和分析，存入历史数据库，并与电站中控层各设备进行数据交互，实时传送电站中控层设备所需的各种信息，实时接收电站中控层设备所发送的任何操控命令；对所监控对象进行控制与调节，同相应区域的辅助设备进行可靠通信，通信对象统计详见下表1；在没有电站中控层指令或意外中断与电站中控层通信的时候，各 LCU 也能自主完成对所控设备的精准控制，满足机组等设备的安全运行。

表1 全厂监控系统通信对象统计表Table 1 Statistical tables of communication objects in CSCS

3 系统技术特色

3.1 主动安全的设计

（1）计算机监控系统的控制权限分为电站中控层控制权限、现地控制单元层LCU控制权限、被控对象设备的就地手动控制权限。其中，被控设备的就地手动控制权限最高，LCU层控制权限其次，中控层控制权限最低，调度层设备不参与控制现场设备。

（2）系统的关键节点设备采用冗余配置，如监控主服务器、历史数据服务器、主交换机、各LCU的CPU和电源模块等，通信网络也构成双星形网和双现场总线结构。监控系统中控层设备的供电均采用不间断电源（UPS）供电。

（3）系统增设的电力二次安全防护系统主要针对网络系统和基于网络的电力生产控制系统，对电力监控系统从主机、网络设备、恶意代码防范、应用安全控制、审计、备份及容灾等多个层面进行信息安全防护，重点强化边界防护，提高内部安全防护能力，保证电力生产控制系统及重要数据的安全。监控系统所用交换机全部为经公安部检测合格且具备相应资格认证的国产品牌产品。按照最新的监控系统网络安全要求，增设电力监控系统安全监测装置，将监控系统接入网监平台。

（4）机组流程设计中参照已有旧流程及新源相关流程类规范要求，通过对顺序控制流程的分析，整理出机组的预启动条件、稳态判断条件、工况转换条件等条件，对各工况转换过程进行监视报警，保证机组处于安全可控的状态。机械事故停机启动源、电气事故停机启动源、紧急事故停机启动源的分级分类设置，更有利于机组在事故情况下的快速停机。

（5）上位机系统能对操作员的操作行为进行适用性的检查和二次弹窗确认，杜绝误操作。

3.2 故障自我诊断和主动定位功能

（1）PLC硬件故障实时诊断。可连机或脱机实时自检PLC各模件的故障，它能定位到模块板并显示在上位机监视画面上，在现场更换故障部件后即可恢复正常。机组LCU模件监视画面如图2所示。

（2）软件故障诊断。系统软件运行时，若有故障能主动给出故障性质及部位，方便故障查找及事故处理。

（3）故障智能定位。机组启停机中或运行中发生故障，能在简报中显示出事故启动源信息，定位到故障设备和相应流程，并用语音机作相应报警。故障智能定位缩短了运维人员事故处理的时间，提高了故障处理的效率，使机组能在短时间内恢复备用。

3.3 防水淹厂房设计

电站配置1套独立于计算机监控系统之外的光纤硬布线紧急操作装置，包括独立光端机、独立PLC、继电器、声光报警装置等设备，分别设置在厂房公用LCU、上库LCU及中控楼，并设置独立的电源回路（包括直流小开关及其直流电源监视回路）和出口动作回路。水淹厂房及紧急停机结构图见图3。

图2 监控系统模件监视画面Figure 2 Monitoring screen of PLC module in CSCS

图3 水淹厂房及紧急停机结构图Figure 3 Structural Drawings of Flooding Workshop and Emergency Shutdown

3.4 “实用+美观型”型智能人机界面设计

监控系统所有人机界面均由电站监控设备主人参与设计及维护，历经工厂联合开发、现场调试、值守意见反馈、2号机组试运行，人机界面优化融合30余幅，历时500余天。充分吸收仙居抽水蓄能电站、海南抽水蓄能电站、洪屏抽水蓄能电站人机界面优点，并吸取厂家建议，从方便"运维操作"角度，形成了以“实用+ 美观型”为主要特色的人机界面，从而起到了方便值守人员精准监盘的作用，使运维人员在使用中达到了提质增效的效果[2-4]。

现地控制单元较之前监控系统更多的接入了辅机通信，引入了气系统、技术供水系统、主变压器冷却水控制系统、消防控制系统、调速器系统、球阀系统等，对全厂辅机设备的控制更加全面，而且上位机监视系统引入了更多监测量，方便值班人员对设备的全面了解。

3.5 更全面的工况转换

回龙电站的监控系统由“停机—待机”“待机—空转”等17个流程组成，调试期间的同期参数、充气压水时间、BTB拖转参数等参照改造前监控参数，且各流程均经过机组调试期间严格的试验验证，大大减少了调试时间，加快了整体改造进度，取得了良好效果。

以2018年12月5日两台机组所执行的时间为例，其流程执行时间请见表2。

表2 机组各流程所用时间列表Table 2 Time List of Unit flow chart

4 结束语

回龙抽蓄电站的第1台机组于2018年3月恢复运行，全部机组于2018年4月恢复运行。截至目前，两台机组共发电1077次，成功率100%；抽水1050次，成功率99.81%；满足调度的各项运行指标。系统由回龙抽蓄电站运维人员和南瑞厂家联合开发，开发过程中依照了最新的防水淹厂房的设计要求，努力建成了防水淹厂房示范电站，调试和运行过程中持续对机组流程进行优化，使得回龙电站的监控流程拥有良好的安全品质，机组运行稳定可靠，保障机组顺利完成了调峰、填谷、调频、事故备用的任务。