智慧型计算机监控系统在五强溪电厂的应用

吴生特，马 鑫

（1.五凌电力有限公司五强溪水电厂，湖南 沅陵 419642；2.湖南省水电智慧化工程技术研究中心，湖南 长沙 410004）

1 引言

“什么是智能水电厂、如何建设智能水电厂”一直以来是困扰业界的两大难题，文章在借鉴国内外前人经验的基础上，提出了以智能水电厂一体化平台为载体，通过在安全I区、安全Ⅱ区及信息管理大区部署统一的一体化平台，消除了传统水电厂计算机监控系统、水情测报系统、测振测摆系统、动环监测系统等信息系统各自为战所形成的信息孤岛，畅通了数据交互的渠道，实现了数据的归一化管理，在保障传统业务安全稳定最小化运行的基础上，实现了海量数据的采集、挖掘与应用，为建设智能水电厂做出了积极探索。

iP9000系统是北京中水科技在传统优势产品H9000监控系统基础上，集多年水利水电自动控制领域经验，潜心研制的水利水电工程应用领域的智能智慧一体化系统，入选了国家“十三五”科技创新成果，iP9000系统已在三峡左岸电站、白鹤滩水电厂、三峡梯调中心、三峡昆明集控中心、大渡河智慧流域建设、清江水电调中心、三峡长江大保护信息中心、巴西伊利亚+朱比亚水电站、信江航运枢纽、南网双调集控中心等项目中推广，其面向智能水电厂一体化架构的思维方式契合电厂对于智能水电厂建设的实际需求。

2 总体设计方案

iP9000系统在五强溪电厂的成功应用，彻底解决了原计算机监控系统设备老化、备品采购困难所带来的设备隐患，通过系统架构、软件技术、装置设备的整体更新，充分迎合电厂自动化装置性能提升、工控本质安全保障、数字化智能化的发展需求。iP9000智能一体化平台采用基于SOA架构设计和面向对象编程技术，按照全冗余全分布系统结构开发，解决了安全Ⅰ、Ⅱ、信息管理大区内统一的系统管理、数据的互联互通及对外接口问题，同时为电厂各类智慧应用提供了服务支撑。iP9000智能一体化平台同时具备计算机监控系统平台、应用软件平台和大数据平台的功能，为电厂应用提供了运行环境、集成环境、维护环境，和开发环境。其主要技术和特点有：①面向对象的设计；②支持非结构化数据、可在线维护的数据库；③标准化的公共服务；④高度一体化的业务集成；⑤基于面向对象技术的人机联系和可视化；⑥图模一体化；⑦开放的第三方应用接入；⑧高可靠性的基于服务调度的多重热备冗余的通信；⑨针对海量数据报警处理的实时智能报警技术。iP9000系统通过基础操作系统、核心数据库、关键集成软件的国产化应用促进了电厂重要控制系统的国产化进程，极大降低了外国产品“卡脖子、埋地雷”的潜在风险，进一步提升了工控系统本质安全性能；采用双冗余+后备水机保护设计，进一步提高了水机保护装置的可靠性与稳定性；采用施耐德最新的双冗余热备昆腾+PLC系列，基于I/O子站双冗余电源设计、数据通信环网及双星形网的成功应用，显著提升了现地LCU的可靠性；实现了基于双北斗+双GPRS的全厂生产大区统一时钟对时，提升了全厂对时系统的可靠性，有效解决了远程智能运维数据源时域一致性问题，为数据分析提供了精准的时钟参考；依据《数据中心设计规范》开展了建设电信级C类标准化机房，并引入了中控室远程KVM轻量化操作台设计，实现后台服务器的统一机架式管理，进一步改善了服务器、核心交换机等重要设备的运行环境。

五强溪电厂智能一体化平台的研究包含已有机组计算机监控系统的升级改造及新建机组计算机监控系统的接入，新老厂采用同一平台进行统一化运作。其主要的设计原则为：

（1）在安全Ⅰ区、Ⅱ区及信息管理大区分区部署一体化平台，将各安全区域系统和设备采用分层分布式结构有机接入一体化平台，消除信息孤岛。实现全厂各应用系统数据共享、多业务联动、大数据分析及智能高级应用。

（2）一体化平台与电厂现地LCU之间数据传输采用传统的TCP/IP通讯协议，但预留DL/T 860的智能化接口，电厂现地LCU与调速器、励磁、主变冷却器、技术供排水、进水口闸门等辅机设备保留现有硬接线方式不变的同时，需通过现场总线的通信方式，实现数字化通信，但现阶段数据通信暂“只采集不控制”。

（3）一体化平台扩机工程智能单元之间采用单元结构与扁平化结构相结合的方式进行。即扩机工程调速器、励磁、辅机等设备通过现场总线及硬接线的方式实现与现地LCU之间的通信，扩机工程现地LCU将信息汇总后直接通过DL/T 860标准与一体化平台进行数据交互。与此同时扩机工程调速器、励磁、辅机等设备也通过DL/T 860标准直接与一体化平台进行数据交互。

（4）一体化平台坚持“优先保障采集与控制功能，不为数据而数据”的理念，在信息管理大区进行数据的集中和融合，安全Ⅰ区、安全Ⅱ区功能按照最小化配置仅实现传统的采集与控制功能，高级应用开发（需与公司在建的智能决策系统各有侧重，作为其的补充）均在信息管理大区进行，如此既能保障传统的采集与控制功能不受影响，也能通过高级应用的开发服务于安全稳定生产。

图1 五强溪电厂智能一体化平台总体结构图

3 创新举措

（1）通过在安全Ⅰ区、安全Ⅱ区及信息管理大区搭建统一的智能一体化平台实现了电厂关键信息系统的归一化管理，消除了信息孤岛，将现有的监控系统、水情测报系统、测振测摆系统、动环监控系统等进行了集成，使其统一运行在iP9000智能一体化平台。同时，在保障安全Ⅰ区、安全Ⅱ区最小化安全运行的前提下，在信息管理大区对电厂海量数据进行了集中管控、探寻数据之间的关联，发掘数据内在价值，通过“搭积木”的方式实现了现场运维人员的专业知识智能应用，切实提升了电厂的设备运维管理水平。基于一体化平台与对象化建模的生产时序数据统一纳管，统一通信规约，提高数据共享复用价值，iP9000在五强溪电厂应用的过程中大幅减少了原现地LCU设备与各辅助系统之间的硬接线、不仅实现了数据采集的最大化更减轻了现场运维人员面对密密麻麻硬接线时的工作强度，完成了为生产一线减负的目标。

（2）关键设备与软件国产化应用：在服务器、交换机等关键硬件国产化的基础上，实现数据库、操作系统等核心软件的国产化，有效控制了外国产品“卡脖子、埋地雷”的潜在风险，进一步提升了工控系统本质安全性能。

（3）首创双冗余+后备水机保护设计，提高水机保护防拒动性能：将双冗余机组LCU PLC作为水机保护主保护、水机保护专用PLC及继电器硬回路分别作为水机保护的后备保护，通过双冗余+后备水机保护的开发与应用，显著提升了机组水机保护动作的可靠性，确保了机组的安全、稳定运行。

（4）依据《数据中心设计规范》开展C类标准化机房建设，标准化机房建设过程中完成了封闭冷通道设计与应用，双冗余高效率精密空调应用，并引入了免专用蓄电池的电力专用冗余UPS设计。“安全、高效、标准、全新”的机房，成为了电厂对外展示的新窗口。

（5）基于远程KVM轻量化操作台即将所有的服务器置于标准化的计算机监控机房，将键盘、显示器等人机交互设备置于中控室。基于远程KVM轻量化操作台的应用改善了设备运行环境，实现电源、装置与后台的统一管理，实现了服务器与运维人员之间的“物理隔离”，人机分区安全隔离，改善中控室值班环境，服务器置于标准的计算机室内稳定运行，运维人员在舒适的运维区通过远端KVM系统对服务器进行日常运维。远程运维KVM系统既保障了机房的无人化封闭运行免受外界干扰，又使得运维人员免遭机房电磁环境影响提升了电厂的“人性化”管理水平。

（6）初步实现基于双北斗的全厂生产大区统一对时。iP9000一体化平台同步建设了包括双独立对时主钟、双冗余对时来源（北斗、GPRS冗余）、子时钟与主时钟双光缆冗余连接的全厂统一对时系统，实现了一体化平台与调速器系统、励磁系统、保护系统、故障录波系统等全厂重要辅机系统的可靠对时，为数据分析提供了精准的时钟参考，提升了日常故障处理、问题溯源的效率。

（7）全方位防控，保障电厂工控系统本质安全。电厂应用的iP9000一体化平台以国密算法为基础，可信计算技术为核心，安全可控为目标，安全免疫为特征，充分利用可信计算环境，软硬件双管齐下，达到了 “攻击者进不去”“非授权者重要信息拿不到”“窃取保密信息看不懂”“系统和信息改不了”“系统工作瘫不成”“攻击行为赖不掉”的多重防护效果，保障了电厂核心业务的安全、稳定运行。

（8）以PLC强大的逻辑计算能力为基础，将设备运行特征与专家知识、经验充分融合，开展了基于PLC的计算机监控系统智能报警功能设计与实现工作即将现场设备以对象树的方式进行分类，划分为调速器系统、机械制动系统、励磁系统、机组LCU等系统，根据各系统运行特征，进行特征数据挖掘，并在PLC系统中进行对应的逻辑运算，直接将结果推送至上位机系统进行实时报警，已成为了电厂进行设备分析的一大利器，智能报警投运1年以来相继提早发现了4项设备异常，为保障设备安全稳定运行提供了新的技术手段。

4 总结

介绍了五强溪电厂智能一体化平台的总体设计方案并详述了实施过程中的创新应用，从水电厂的视角探索了如何建设智能水电厂，为国内同行业的电厂探索建设智能电厂提供了一定的借鉴。