景洪水电厂国产化计算机监控系统改造技术要点

华能澜沧江水电股份有限公司景洪水电厂 李鹤 龙泳 周喜

为确保电厂计算机监控系统改造安全、顺利完成，电厂从设计的合规性、实施的安全性、试验的完整性等方面对技术要点开展了探索及总结。现电厂已顺利完成国产化监控系统改造，且实现“零缺陷启动零隐患运行、一次性投运成功”，系统投入运行后各子系统运行正常、控制功能正常、各项性能指标满足规程规范要求。电厂的成功经验，对后续电厂的改造提供了景洪方案，具有普遍的借鉴作用。

近年来，在国家核心科技自主可控的大背景下，水电计算机控制系统国产化研究取得了重大突破，并逐步进入推广应用阶段。虽然目前大多数水电厂都即将进入监控系统国产化改造的大潮，但成功实施改造的水电厂还属于极少数，在改造过程各个阶段应注意哪些事项，采取哪些技术管控手段都尚属于摸索阶段，急需有可借鉴的工程改造示范样板。

本文结合已经成功实施国产化计算机监控系统改造的景洪水电厂工程经验，从设计、开发、实施、投运后的运维等四个项目阶段，总结了相应的技术要点，形成一套系统性的理论和方法，以期为后续电厂改造提供可借鉴、可复制的技术管理经验，从而使更多的水电厂计算机监控系统国产化改造安全顺利实施，实现国家核心科技自主可控[1]。

1 项目设计要点

景洪电厂计算机监控系统已运行12 年，电气元器件老化，控制性能和经济性能指标严重下降，系统故障频发，已不能满足电厂无人值班技术要求，因此在2021 年电厂开展了监控系统改造项目。

1.1 总体设计原则

在设计阶段，设计文件遵循“合规性、提升性、便捷性”的原则开展编制。新系统网络安全措施要按照同步规划、同步建设、同步运行“三同步”原则进行，同步完成安全防护系统建设、安全等级保护定级备案、安全等级保护测评、商用密码应用安全性评估工作。

1.2 系统结构设计要点

系统结构设计是整个系统安全稳定运行的基础，重点需考虑以下设计：

（1）水力发电厂计算机监控系统结构设计应符合DL/T 578、DL/T 1626、NB/T 10879 和 相 关 反 事 故 措施的要求。

（2）水力发电厂计算机监控系统应采用开放、分层、分布结构，按控制层次和对象设置现地控制级、电厂控制级设备，并根据水力发电厂上级调度机构的设置，设置梯级调度控制级远动设备、电网调度控制级远动设备。

（3）电厂控制级和现地控制级设备一般采用星形网络（共享式以太网或交换式以太网）或以太网环形网络结构（逻辑总线结构）或二者相结合的网络结构。大中型水力发电厂宜采用交换式以太网双网结构，控制网应采用工业以太网交换机，厂站数据网可选用商用以太网交换机。

（4）电厂控制级设备根据NB/T 10879 相关要求配置成单机、双机或多机系统；现地控制级设备按被控对象由多套现地控制单元组成，能独立运行，具有现地监控手段。

1.3 系统硬件设计

系统硬件设计主要指的是设备选型，水力发电厂计算机监控系统设备选型和自动化水平应满足GB 50217、DL/T 578、DL/T 822、DL/T 1969、NB/T 10879、NB/T 35076、国能安全[2014]161 号、国家发展和改革委员会令2014 年第14 号、国电发[2002]685 号等国家、行业相关标准、规范和相关反事故措施的要求。监控系统及其测控单元、调节器等自动化设备（子站）必须是通过具有国家级检测资质的质检机构检验合格的产品[2]。

1.4 系统软件设计

计算机监控系统应具备对每一设备和每种数据类型的数据处理能力、对主要运行参数的趋势分析处理功能、事件顺序记录功能、实时数据存储功能、历史数据记录功能、报警处理功能，用于支持系统完成监测、控制和记录功能。

2 项目开发要点

在开发阶段，要按照《水电厂计算机监控系统试验验收规程》从程序组态、软件测试、硬件测试三方面开展测试，其中硬件测试可独立开展。

程序组态主要检查逻辑闭锁、逻辑时序、脉冲开出、测点排布、通信配置等，确保程序移植正确率100%。

软件测试主要检查人机接口、控制操作、通信功能、冗余功能及专项功能测试等。人机接口测试包括基本功能测试、画面测试、动态刷新测试、人机接口实时性测试、系统诊断语音报警功能测试等。控制操作测试包括机组控制操作、机组功率调节操作、断路器及隔离开关分合操作、其他辅助设备操作等。通信测试包括各系统接入监控系统通信功能、对时功能、系统自诊断及自恢复、CPU 负荷率、应用软件编辑功能测试等。冗余功能测试包括服务器切换测试、网络冗余切换测试、控制器冗余测试、交换机冗余测试、自动化元器件及专项装置冗余切换测试等。专项功能测试包括AGC/AVC 功能测试、调度曲线功能测试、新老监控系统通信转发测试、网络安全等级保护测评、商用密码测评及配套辅助系统测试[3]。

硬件测试主要对服务器、同期装置、转速测量装置、交采表、变送器、触摸屏、IO 测点采集精度、电气绝缘等进行测试，重点对控制器散热效果、服务器资源使用率、自动化元器件抗干扰性、测点采集精度开展专项测试。

项目研发所有测试均应经过三轮严格检验，将软硬件缺陷消除在研发测试阶段，确保系统“零缺陷零隐患”出厂，为现场实施奠定基础条件。

3 项目实施要点

现场施工可分为旧柜体拆除、新柜体就位、二次电缆绝缘测试、接线、信号核对、上电静态调试、动态调试七大部分。主要控制点包括技术资料准备、安全、质量、工艺及进度管控、试验管控。

3.1 技术资料准备

项目实施过程中，技术资料是基础。现场必备的技术资料包括：工期计划表、改造方案、试验方案、与上级调度机构联调方案、施工图纸。

3.2 安全、质量、工艺及进度管控

按照“安全、节约、反措”全过程管控要求，确保设备一次投运成功。安全管控方面，在改造过程中层层压实责任，严格执行调度及上级机构的各项规章制度，每套LCU 改造前组织各方人员开展专项安全技术交底，确保各方人员熟知自身职责和安全注意事项；结合检修早会，对各方负责人交代当日工作安全风险，确保参与改造人员作业风险辨识到位、安全措施执行到位；各级安全员每日到现场监督工作开展情况，及时纠正项目实施过程中的不安全行为。质量管控方面，以《电气施工工艺示范手册》为指导，以“零缺陷启动”“零隐患运行”为目标,做好报警信号清理、寄生回路排查、设备定值优化等工作，着力把控质量检查验收环节，确保改造顺利实施。进度管控方面，要以日为工作节点，确保每日工作进度严格按照计划执行；充分利用机组停机等机会，提前开展电缆敷设、桥架安装、屏柜基础处理等准备工作，实现进度以日保周，以周保月，保证项目进度可控在控[4]。

3.3 试验管控

在调试前，调试单位应针对机组设备的特点及系统配置，编制详细的调试措施及调试计划。调试措施的内容应包括各部分的调试步骤、完成时间和质量标准；调试计划应规定分部试运和整套启动两个阶段中应投入的项目、范围和质量要求，并在计划安排中保证各系统、装置有充足的调试时间和验收时间。试验过程中要确保试验项目齐全、逻辑验证全面。在控制流程试验中，要测试到每条逻辑，而不仅仅只是正常流程测试，流程异常及报警都要测试到。流程控制指令要从上位机、PLC、触摸屏三个控制入口均需测试。同期装置试验中，要开展同期核相、假同期等一系列试验，通过试验得出最佳同期装置定值。转速装置试验中，要注意转速装置探头安装工艺要求，防止安装间隔不符合要求导致互相干扰，而引起转速测量信号跳变。二次系统复核试验要开展三次，主要对二次回路、电气绝缘性能、PT/CT 接线等进行校核，确保信号正确率100%。AGC/AVC 要开展专项试验，检测机组调节速率、响应时间、调节精度是否满足调度要求，与调速器、励磁系统的配合是否合适，AGC/AVC 试验做完后要将试验简报报送调度，同意后AGC/AVC 功能才能正式投入运行。

4 项目投运后运维要点

新设备投运后，需要开展高频次的巡检，对新老监控系统数据转发、新AGC/AVC 功能做全面检查和记录；检查下位机控制器温度、把手位置、触摸屏信号正确性、画面正确性、对时信号、同期装置、转速测量装置等；上位机检查画面显示、数据刷新、与调度通信、报警信息、服务器负载率、设备供电、对时系统、网络流量等是否正常。

同时，还需对新系统的运行规程、运行图册、系统流程图、检修作业指导书、专业巡检表格及其他运维资料进行更新，开展具有针对性地运行及维护相关的技术技能培训，使系统的运维工作得以顺利的更替。

5 改造成效

5.1 通过设计新系统形成了三大特点

新、老监控系统相比，新系统设计上主要有三大特点：（1）调整了网络架构，由“双环网”结构调整为目前主流的“双环网+双星型”的结构，从根本上避免了LCU 脱网导致主网故障的安全风险，大幅提升网络可靠性、网络故障定位处理，便于核心数据外送及深化应用；（2）优化了LCU 结构，厂用电、开关站LCU 按照电气间隔设计独立的PLC，增加了系统的可维护性；（3）提升了安全性、扩展性和开放性，上位机设备按功能分散布置，有效避免重要功能同时宕机，I/O 测点数量上调约20%，系统接口数量和支持的协议类型远优于老系统。

5.2 通过开发系统性能取得五大优化

电厂根据生产需求，开发过程中对系统性能进行了五大优化：（1）取消开关站临时转发LCU，在上位机设备中设置对象运算LCU。完成全厂相关指标和数据的计算，提高复杂运算和逻辑编程效率，后续可部署辅助设备启停统计功能、应急补水指导功能、精品机组指标管控指导功能等智慧化功能应用。（2）优化上位机告警窗程序，开放SOE 筛选设置功能，报警展示窗口中减少重复报文，运行人员监盘效率得到明显提升。（3）将新老监控系统通信策略由COS 上送改为SOE 上送，解决了老监控系统分辨率不够导致信号无法上送至新监控系统问题。（4）对新监控系统上位机104 程序进行了优化升级，解决了报文易丢失和通道异常中断问题。（5）对屏柜通风散热进行优化，根据发热和通风情况对气道改进优化，提升散热效果，降低了设备运行温度[5]。

5.3 通过实施工艺质量得到五大提升

电厂以“实用、规范”为出发点，优化屏体结构，提升施工工艺水平。（1）结合机房特点，新系统盘柜采用上层进线，电缆分层走线，便于新旧电缆抽取敷设，降低施工安全风险。（2）增大屏柜尺寸，并采取分层布置，大幅增加元器件维护空间。（3）使用摇门结构设计，提高前面板上安装的触摸屏、交采表等装置后期接线、检查和维护的便利性。在I/O 卡件位置增加一体化防护面板，有效保护I/O 接口。（4）屏柜两侧和底部增加绑线梁用于固定电缆，提升布线工艺。（5）创新性制定了回路标识规范，规范电缆标牌、号牌信息等，确保了接线的准确性和规范性。通过以上措施，切实提升了设备布局合理性、维护便利性、整体美观性。

6 结论

景洪电厂通过实施上述技术管理要点，高质量完成了改造项目实施。新系统较原系统相比，从网络结构、系统性能、维护便利性、工艺质量等方面得到明显提升，达到了改造目的。

（1）在设计阶段，通过系统结构、硬件选型、软件功能等方面对标相关规范，实现了系统功能齐全、结构合理、闭锁完善的目的，是整个改造项目的基础。

（2）在开发阶段，通过程序组态、软件、硬件等的全面测试，有效保障了所内出厂的硬件及软件质量，是整个改造项目实施的必备条件。

（3）在实施阶段，通过安全、质量、工艺及进度、试验等的管控，使项目得以安全顺利的落地，是整个改造项目的重点。

（4）在设备投运后的运维阶段，通过对系统开展重点的巡视，及时发现系统存在问题，并消除设备隐患，提高系统的健康状态。

监控系统改造属于重大项目改造，改造周期长、难度大，期间还涉及新老监控系统并行运行，做好各个阶段的技术管理，才能保障项目的高质量实施，为水电厂安全稳定运行保驾护航。本文中总结提炼的技术管理要点，能有效指导项目的全过程实施管控，对各电厂实施改造具有积极的指导作用。同时随着智能化技术的发展，在组织实施系统改造时，可结合各电厂生产实际需求，设计研发不同的智能化功能，进一步提高系统的智能化水平。