华光潭梯级水电站计算机监控系统改造方案设计

傅水祥

（浙江浙能华光潭水力发电有限公司，浙江 杭州 310000）

1 概况

华光潭梯级水电站工程位于浙江省杭州临安市分水江干流昌化江上游的巨溪，电站为引水式梯级电站，一级站装机2×30 MW，二级站装机2×12.5 MW，总装机容量85 MW，多年平均发电量1.85亿kW·h，是杭州电网进行“黑启动”的首选电源，在保障电网安全方面起了重要作用。改造前华光潭梯级水电站计算机监控系统上位机采用的是南瑞集团NC 2000系统，现地LCU采用的是美国GE 90-30系列PLC为核心的LCU现地控制单元，自2004年投运以来设备故障逐渐增多，工作站性能快速下降，备品备件停产短缺，已严重影响计算机监控系统的稳定可靠运行，同时电站计算机监控系统存在系统网络单网运行、现地PLC未冗余配置等隐患问题，不满足防止电力生产事故的二十五项重点要求以及水电厂安全性评价等检查要求，需对电站计算机监控系统进行整体升级改造。

2 改造方案

2.1 总体结构改造方案设计

2.1.1 改造前

改造前，华光潭梯级水电站计算机监控系统由一级站、二级站（兼集控中心）组成，两站点之前通过光纤链路连接。一级站上位机配置2台操作员站、1台工程师工作站、1台报警主机、1套GPS对时装置等，现地控制单位（LCU）包括2套机组LCU、1套公用LCU、1套坝区LCU等；二级站（兼集控中心）上位机包含2台操作员站、1台工程师站、1台语音报警主机、2台主机服务器、2台厂外通信机、1台厂内通信机等，现地控制单位（LCU）包括2套机组LCU、1套公用LCU、1套坝区LCU等。华光潭梯级水电站主要通过串口通信方式接入杭州地调。改造前总体结构如图1所示。

图1 计算机监控系统总体结构图（改造前）

2.1.2 改造后

本次改造将华光潭梯级水电站整个计算机监控系统网络结构设计为双星型以太网结构，在二级站（集控中心）以及一级电站上位机各配置2台工业级核心交换机（GE）互联，接入上位机各设备，在两个站点现地控制级LCU均配置2台工业级接入交换机（GE），两个站点之间部署双独立光纤网络，1号网络光纤采用OPGW光缆，2号网络光纤采用租用运营商裸光缆。

新计算机监控系统采用北京中水科技基于Unix/Linux操作系统的H9000 V4.0监控软件，具备数据采集、运行操作、历史数据存储及查询等完整功能。二级站（集控中心）上位机配置2台操作员站、1台工程师站、1台语音报警主机、2台历史服务器、2台厂外通信服务器、1台厂内通信服务器、1套北斗/GPS对时装置；一级站上位机配置2台操作员站、1台工程师工作站、1台报警主机、1套北斗/GPS对时装置等。由二级站（集控中心）承担与杭州电网调度自动化系统接口通信，同时接受电网调度自动化系统下达的AGC命令等，采用双电力调制解调器（101串口通信方式）接入电网调度。改造后计算机监控系统总体结构如图2所示。

图2 计算机监控系统总体网络结构图

2.2 监控系统改造期间的过渡方案

由于计算机监控系统改造往往涉及到上位机设备和现地LCU设备的改造，而现地LCU设备的改造经常结合开关站、机组检修方可一并开展，因此整个计算机监控系统改造施工持续会比较长而且不连续。监控系统改造期间，会有新、旧计算机监控系统设备同时运行的情况，这时如何保证与调度通信不中断、远动数据仍能全部正常上送调度，又保证对新、旧现地控制单元的实时监视控制则是整个计算机监控系统改造实施的关键[1]。

结合华光潭梯级水电站新、旧计算监控系统为不同品牌的情况，经综合考虑论证分析，决定采用新、旧计算机监控系统上位机系统同时运行的模式，现地控制单元（LCU）逐一改造并接入新计算机监控系统。具体过渡方案见图3。

图3 新旧计算机监控系统过渡方案

2.2.1 新系统上位机平台搭建

在改造开始阶段，首先在二级站（集控中心）搭建新的监控系统（H9000 V4.0）上位机。在二级站（集控中心）监控及通信机房新增UPS电源系统（配置2台10 kV），其交流电源取自机房总配电柜，直流电源取自二级站内直流电源系统；在监控及通信机房搭建所有上位机主机、网络、对时设备，运行H9000 V4.0系统；其次在一级站也一样搭建新的监控系统上位机设备，包括主机、网络、对时以及UPS设备。一、二级站新上位机通过冗余核心交换机及双独立光纤网络实现互联。

2.2.2 新旧系统及调度通信

新上位机平台搭建完成后，将新系统上位机的厂内通信服务器模拟成调度与旧系统通信（edt通信），旧系统将远动数据先全部送至新系统厂内通信服务器，新系统厂外通信服务器则通过101规约以串口通信方式与调度建立连接，实现远动数据上送调度。这样确保现地LCU设备改造过程中，不管旧设备还是新设备，实时数据均可正常上送调度。

2.2.3 现地控制单元改造

华光潭梯级水电站共8个现地LCU，均结合机组、开关站检修计划分批进行改造。每台LCU改造时，完成原盘柜外部线缆拆线（做好标记），旧盘柜拆除，新盘柜立柜，外部线缆接线工作，同时完成中断量、开关量、模拟量温度量、通信量的测点核对以及PLC顺控流程的静态动态调试，新LCU与新上位机系统的联合调试等工作。

3 改造实施工作中的一些体会

水电站计算机监控系统改造是一项跨度时间长、系统性的工程，因此改造前既要进行整体规划设计，同时也要对改造过程的关键问题提早思考分析，制定行之有效的解决方案，确保改造工作的顺利开展。除了上述提到的新旧上位机系统的过渡方案，还可以提早谋划以下情况。

3.1 新LCU盘柜内部设计

华光潭梯级水电站原现地LCU盘柜配置较少，LCU盘柜内自动化设备及布线布局非常紧凑。此次升级改造，只更换LCU盘柜及内部设备，仍保留外部线缆，由于新的盘柜内部布局设计肯定与原盘柜不同，因此为确保旧电缆仍能正常匹配新盘柜，减少LCU改造施工的接线工作量，应提早开展准备工作。改造前可采取以下措施：

（1）组织专业人员对原LCU盘柜外部电缆排查，尤其是电缆左右两侧分布情况以及柜内线缆长度情况，并对线缆标识牌核对信息确保准确；同时考虑是否涉及新增线缆，应提前设计电缆穿线走向及预设，改造前形成一份电缆清册；

（2）与新系统厂商召开设计联络会，结合排查的电缆清册情况，参与新LCU盘柜的内部布局设计，优化内部布局尽量满足华光潭电站现场电缆实际情况，就能减少现场调整改动的工作，大大提高工作效率。

3.2 监控系统与其他系统之间的通信

水电站计算机监控系统除了与调度远动通信外，还涉及厂内其他系统的通信，如励磁、保护、调速器、交流采样、在线监测系统等，因此新系统厂商确定后，改造前应组织厂内其他系统厂家和新监控系统厂家沟通确认通信模式，准备好通信接口程序，非常有助于现场调试工作的开展。

3.3 联合开发、联合调试模式

水电站计算机监控系统的建设和改造是一项系统性工作，在和许多水电站调研交流过程中，发现水电站在改造过程中都实行业主和厂家“联合开发、联合调试”模式。华光潭梯级水电站在此次改造中也践行此模式，前期设计联络会共同参与监控系统总体结构模式及LCU盘柜的内部设计，组织运行人员和检修专业技术人员在设备出厂前共同进行系统开发和安装调试，运行人员参与监控系统操作界面设计，可以让运行人员提早熟悉界面，快速适应新监控系统的操作，检修专业人员参与设备的安装及调试，可以更全面清晰地了解新监控系统的设计原理和整体布局，有助于专业人员更深层次掌握监控系统的运维技术，尤其是专业青工可以非常快速地提升专业技术技能。华光潭梯级水电站在改造起始阶段就应认真谋划布局，结合“联合开发、联合调试”模式，制定运行和检修专业人员的计算机监控系统培训培养计划，通过计算机监控系统改造锻炼大大提高了生产人员的整体业务技能。

4 结束语

华光潭梯级水电站计算机监控系统整体改造后运行稳定，可靠性大大增强，在性能、功能上均更加优越，改造成果显著，达到了预期改造目的。国内也有类似华光潭水电站一样的梯级水电站需要进行计算机监控系统改造完善，希望本次改造中新旧计算监控系统过渡方式、双星型网络结构设计、现地LCU盘柜设计、联合开发联合调试模式等成果可以为其他水电站的计算机监控系统改造和建设做参考，提供实践经验，得到同行的借鉴和交流。