天生桥一级水电站水调自动化系统改造

李 恒，林广洪，刘建华

（广东省能源集团天生桥一级水电开发有限责任公司水力发电厂，贵州 兴义562400）

1 工程概述

天生桥一级水电站是红水河梯级电站的第一级，位于南盘江干流上，工程以发电为主。水库总库容102.6亿m3，调节库容57.96亿m3，坝址以上流域面积50139km2，多年平均流量612m3/s，年径流量193亿m3，为不完全多年调节水库。电站装机容量1200MW（4×300MW），电站建成后，送电贵州、广西和广东。

天生桥一级电站水情自动测报系统由1个中心站、1个气象站、1个水位站、6个水位雨量站、17个雨量站以及天生桥二级电站水情自动测报系统、鲁布革电站水情自动测报系统组成。目前采用卫星或短信方式进行通信，重要的站点采用双信道方式。

2 改造背景

天生桥一级水电站水调决策支持系统软件于2006年建设，硬件于2007年升级改造完成，至2016年已运行近10年。由于运行时间较长，目前已出现以下问题：

（1）目前软件系统只能提供基本的水情信息功能，硬件设备则与当前社会科学技术水平相距较远。

（2）水情用户数量大量增多，存在大量的数据读写操作，服务器安全稳定性受到威胁。

（3）大部分服务器都出现过硬件故障，经维修后再投入运行，一些应用程序同时运行在一台服务器上，造成服务器不堪重负，出现死机现象[1]。

为保证后期水调自动化系统稳定运行，故需要对其进行改造。

3 改造内容

天生桥一级水电站现有水调自动化系统已运行多年，因此首先考虑更换新的服务器及网络设备，并将原系统上现有功能全部移植至新设备，针对运行中出现的问题优化完善。根据现场设备运行情况，将进行更换主数据服务器、通信服务器、应用服务器，部分网络设备、部分通信方式改造，以及将设备与通信从旧水调大楼转移到新水调楼。天生桥一级水电站改造前的水情系统如图1所示。

3.1 通信设备改造

本次改造主要是在原水调系统网络架构下，更换新的服务器及网络设备，并将原系统上现有软件功能全部移植至新设备。根据现场设备运行情况，将更换二区设备有：主数据服务器、南网通信服务器、机组通信服务器、数据采集服务器、隔离通信服务器、防火墙以及二区交换机。三区更换设备有：WEB兼数据库服务器、通信服务器、正向隔离装置（含程序）、防火墙以及三区交换机。

通过本次水调决策支持系统硬件改造，使系统能够满足水调决策支持系统运行的硬件要求，同时为下一次整个集团水调自动化系统升级做准备。

3.2 新旧系统数据同步通信

目前新旧大楼之间已有光纤通道，需要在两端增加光纤收发器将光纤转换成以太网。两端分别连接内网数据库服务器的一个未使用的网口，配置同一网段的IP地址。通信方式如图2所示。

图2 新旧大楼通信方式

测试网络联通后，在旧大楼内网数据库服务器上部署数据同步程序，将机组与水情实时数据同步到新大楼水调系统中。即新旧系统的3张实时数据表（RTSQ、RTDB、RTEMS）数据保持同步。以上阶段没有更改旧系统的相关配置，不影响系统的正常运行。

3.3 监控通信切换

监控通信的切换实现包含2个方面：①完成新旧监控采集服务器的切换，②完成新旧监控系统通信的切换。

3.3.1 新旧采集服务器切换

将新的监控采集服务器（配有显示器、鼠标、键盘）布置到厂房，以便于调试新的监控采集服务器。由于该服务器在厂内没有调试过，需要将原有监控采集服务器程序复制过来，相关的IP配置也按照原有的进行更新。配置完成后，替换原有的监控采集服务器（防止出现异常情况，新旧服务器切换时，只需要将网线切换，旧机器保持开机状态不要搬离）。新旧监控采集服务器切换期间，监控数据中断时间确保在30min内。新监控采集服务器与旧大楼水调系统通信稳定后，进行将数据传输方式修改为到新大楼水调系统的工作[2]。

3.3.2 新旧系统监控通信切换

监控通信新旧系统切换前，需要确保新系统的机组数据通信接收端程序启动以及厂房与新大楼的网络通信均为正常。由于通信调试，需要两端都有人监测系统。为了确保新系统接收端正常，需要一台服务器当做监控采集服务器模拟与新系统的通信。厂房监控采集服务器与旧大楼水调系统之前是通过光纤通信，两端配有光纤收发器进行光纤与以太网的转换。厂房与新大楼之间光纤通道已经部署完毕，光纤收发器仍利用原来的。确认数据能够正常接入新系统数据库服务器，然后再通过数据抽取程序将监控采集的实时数据发送到老数据库服务器。

3.4 遥测系统切换

将遥测短信猫和北斗终端从旧系统上断开，接到新系统服务器上，确认数据能够正常接入新数据库服务器，然后再通过数据抽取程序将遥测站的实时数据发送到老数据库服务器。遥测采集系统切换前，在新系统上确保遥测采集平台程序正常启动。采集平台正常启动后，将短信猫和北斗终端接上，通过遥测采集平台召测若干数据，若成功召测到数据，说明切换成功。

3.5 南网通信切换

新老系统并行运行一段时间（7d），观察新系统相关计算数据是否与老系统计算数据一致。如果不一致，则检查新系统，分析故障原因。如果一致，则将新系统南网服务器接入南网专网，启动程序发送南网要求数据，将老系统南网服务器断开专网。原有与南网通信模式如图3。

图3 原有与南网通信方式

南网系统通过2M专线接入到旧大楼1楼中转机柜，再通过E1转换器将2M转换成以太网接入到6楼南网防火墙，然后接入水调系统。与南网通信方式切换到新大楼水调系统，通信模式如图4。

图4 现与南网通信方式

通道部署完成后，在旧大楼1楼中转站将南网通信通道切换到新大楼上。网络连接成功后，测试与南网通信的网络是否通畅。网络没有问题后，进行通信程序的切换。与南网通信的切换过程涉及通道的变化，期间需要调试好通道，通道变更需要增加的网络设备也可以加快完成。

3.6 外网通信切换

正向隔离装置到位后，需要进行新系统内外网的数据通信调试工作。新系统外网数据完善后，进行web功能的调试以及与集团系统的调试工作。内网与外网传输数据，数据流程图如图5。

图5 内外网数据传输方式

内网数据库的数据表通过触发器将数据触发到转发用户（即为transmit帐户，通过该帐户下到正向隔离），正向隔离程序客户端程序扫描转发用户，将表中数据生成ETF文件并删除表中数据。通过正向隔离装置将生成的ETF文件发送到外网服务器上，正向隔离程序服务端将这些ETF文件解析入库。

外网系统正常接收数据且运行稳定后，调试外网的相关程序。与外网通信主要是集团系统，与其通信的网络通道新大楼要部署完毕并测试通畅。完工后保证外网系统数据实时更新、集团系统准时收到天一电厂数据以及web浏览功能可以正常使用。

4 改造后情况

完成一系列改造后的水情系统网络结构图如图6所示。

图6 改造后网络结构图

水情系统改造后，整个系统运行稳定，对比改造前后水情系统运行畅通率和可靠度，改造前平均每年畅通率和可靠度分别为97.23%和95.01%，改造后分别为99.53%和99.38%，相比改造前畅通率和可靠度分别提高了2.4%和4.6%。改造后，各年月度数据均未出现特低畅通率和可靠度（未改造前有月数据出现畅通率和可靠度为55%的特低值）。

南网通信方面，未改造前与南网通信中断次数较多，甚至出现过一年累计中断次数10次以上的情况，系统改造后中断次数控制在每年3次以内，大大提高了与南网通信的稳定性，为我厂水情系统稳定运行提供了保证。

5 总结

天生桥一级水电站水调决策支持系统硬件技术改造后运行正常，应用便捷。目前，系统的建设工作已经全部完成，各项功能均满足当前使用要求。水调系统的相关人员在系统试运行的过程中也逐步掌握了系统的各个方面功能，并正在应用于日常生产调度工作中，系统正式运行以后较大程度地发挥水调系统的作用，提高了天生桥一级水电站的整体经济调度水平，也为其他水电厂水情系统改造提供了一定的借鉴作用[3]。