县水电厂综合整治交流

1概述

故县水电厂投产于1992年，共有三台机组，总装机容量60MW，单机容量20MW，设计发电水头65m，最大水头90m，最小水头44m，多年平均发电量1.0亿KWh，是以防洪为主，兼顾灌溉、发电、供水等综合利用的工程。三台发电机分别经两台主变压器接到110kV母线上，通过一回110kV线路接入洛阳地区电网，承担着洛阳电网的调峰任务。随着电力体制改革的逐步深入，为了适应电网的发展形势，逐步实现电厂的“无人值班”（少人值守）目标，电厂自2001年开始进行计算机监控改造。经过招标，故县水电厂选用了国电南自的SD200型水电站自动化系统，该系统采用全开放，模块化结构设计，操作方便，配置灵活，具有良好的可靠性、可扩充性和可移植性，在一定程度上满足了故县水电厂的自动控制、监视与调节。

2监控系统的结构和配置

2.1系统结构

计算机监控系统采用基于以太网的分层分布、开放式结构，有主控级和现地控制单元级两级。主控级设有运行人员操作工作站2台、通信工作站1台、工程师工作站1台、网络交换机1台、打印服务器1台、打印机2台、GPS、UPS等设备。现地控制单元设备共5套LCU，其中3套机组单元、1套公用单元设备和1套变电站单元设备。（详见故县水电厂计算机监控系统结构图）

2.2主控级结构和配置

主控级操作员工作站设有美国ICSPⅢ/800工作站2台，双机冗余结构为主／从热备用工作方式。其中一台为主控机负责采集控制功能的实现，主要完成全厂的运行自动化及其管理，另一台为系统管理机负责监视网上各台机的运行情况，备份主控机的数据库，并在检测到主控机故障时立即担当主控机的所有功能并报警。来自现地控制单元LCU的实时信息直接在两台主机的CRT显示刷新。正常情况一台工作，一台备用，若一台主机故障，可自动完成双机无扰动切换，由另一台接替工作。每台操作员工作站配置一台21寸纯平彩色显示器，完成全厂设备监控，取消常规的模拟屏、常规控制台、常规机组自动盘。

工程师室设有1台工程师工作站和1台通信管理机，工程师工作站采用美国ICSPⅢ/800工业级微机，用于修改定值，增加和修改画面，并可进行系统维护、软件开发及远程诊断等。此外，还可用于离线设置，对运行人员进行操作培训。通信管理机采用美国ICSPⅢ/800工业级微机，用于电站计算机系统与电力系统调度计算机和连接其他需要与计算机通讯的设备，系统可及时将故障信息通过音响形式报警，以便于运行维护人员及时处理。

系统设置卫星时钟1套，联想D-LINK24换机1台，不间断电源UPS（2KVA）2台，系统设有HPA3幅面激光打印机2台，通过打印服务器与网络相连接。主控级与现地控制单元采用以太网络连接，通讯介质为光缆，保证了网络通讯的可靠性。

2.3现地控制单元及结构与配置

单元控制级按控制对象性质分为机组控制单元、公用设备控制单元和变电站控制单元。全厂共设置5个现地控制单元（LCU），即3台机组各设置1个LCU，公用设备设置1LCU，变电站设置1个LCU。

机组LCU主要由一体化工控机（美国康泰克PⅢ/600、可编程序控制器（GE90-30PLC）、电量采集装置（SDD200）、自动准同期装置（SDQ200）、温度巡检装置（南瑞SJ-40C）、测速装置（DZK-2）和不间断电源（500VA）组成，每台机组LCU包括两个分布式PLC，一个用于压油装置和漏油泵的控制，另一个用于机组快速闸门的控制。分布式PLC选用了GE公司的VersaMax产品，该产品提供了全面的分布式控制系统，可作为分布式子站连接在LCU上独立运行，其I/O模块具有带电插拔功能。

公用设备LCU主要由一体化工控机（美国康泰克PⅢ/600）、可编程序控制器（GE90-30PLC）、电量采集装置（SDD200）、自动准同期装置（SDQ200）、微机直流接地检测装置（HYD196）和不间断电源（500VA）组成，公用设备LCU包括两个分布式PLC，一个用于高低压空压机的控制，另一个用于检修泵和渗漏泵的控制。变电站LCU主要由一体化工控机（美国康泰克PⅢ/600）、可编程序控制器（GE90-30PLC）、电量采集装置（SDD200）和不间断电源（500VA）组成。

2.4计算机监控系统软件配置

SD200系统在硬件选择上以系统的开放性和兼容性为指导思想，具有很大的灵活性，支持异型机联网。系统采用WindowsNT操作系统，采用VisualC++编程，以TCP/IP协议作为网络通信协议，执行IEEE802.3标准，加上专用的实时数据库管理软件和多种应用软件，构成了基于开放环境下的计算机监控系统。

SD200系统软件以实时数据库为核心，包括数据库管理包、开发包、运行包、通讯管理包。软件开发包可以使不熟悉计算机软件编程的电厂运行人员、工程师通过各自的工作站完成画面制作、画面显示、打印制表、参数设置和操作控制等功能。软件全鼠标驱动、下拉式菜单、汉化界面，面向对象操作，直观易学，十分方便。

系统的软件构成如图所示:（略）

可编程序控制器（PLC）采用LM90软件包开发梯形控制程序，在程序的编辑中尽量采用子程序，分模块、分功能编辑，强化程序的可读性，直观、简洁，易于理解和修改。

3计算机监控系统的功能

SD200监控系统可实现远方计算机自动监控和现地计算机自动监控，其主要功能包括：数据采集与处理、时间顺序记录（SOE）、事故追忆记录及相关量记录、有功功率联合控制（AGC）、无功功率联合控制（AVC）、现地控制单元LCU功能、控制与调节、显示打印和参数设定、电厂设备运行管理、系统通讯、中文语音报警、卫星同步对时、故障自诊断和自恢复功能。其中对主要功能说明如下。

3.1数据采集与处理

现场数据通过主用数据采集控制单元完成，预处理后送往上位机，上位即将实时采集到的数据进行周期、定时或召唤计算分析，形成各种实时数据库和历史数据库，用于画面更新、趋势分析、控制调节、打印报表、事故记录和分析。数据处理功能是进行各种数据滤波、补偿、越复限比较、数据格式化，并分时累加形成各类表格供打印、显示使用。

3.2安全监视和事故报警功能

对电站的水利机械系统、发送电系统、厂用电系统、直流电系统，油、气、水等系统的实时运行参数和设备运行状态以召唤方式进行实时监视显示。显示内容一般包括电气主接线图、控制流程图、过程曲线、各种统计报表等。当发生异常时，能对发生的异常情况进行记录，并发出语音报警。系统根据预定的策略进行处理，并能为运行人员查找故障提供比较方便的手段。发生事故时，可自动转入事故、故障显示，并推出相应的事故、故障环境画面及光字牌，同时启动系统报警。

3.3自动发电控制（AGC）和自动电压控制（AVC）

监控系统可根据提供的负荷曲线或值班操作人员即时给定的有功功率值，以及各机组的效率特性曲线、电站的运行工况并考虑机组振动、汽蚀等约束条件，计算在机组负荷变化后的水头下电站的机组最优开机组合和负荷分配方案，将全厂总有功输出调整到任一给定值，实现全厂最优运行。

自动电压控制（AVC）功能是监控系统根据电站母线控制曲线，监视母线电压变化，自动调节机组无功功率，使电站母线电压维持在给定的控制曲线范围以内。目前系统未实现AGC、AVC控制。

3.5现地控制单元LCU功能

现地控制单元是一整的单元控制装置，不仅能完成实时数据采集并及时发送给上位机，接收并执行上位机的命令，自动完成开、停机操作和有功、无功功率的调节，并且能在脱离系统时独立工作，运行人员可通过LCU的现地人机联系手段实现现地控制操作。

4计算机监控系统的特点

故县水电厂监控改造中取消原常规控制模式，在中控室设置了信号返馈屏，返馈屏信号机组部分独立采集（当监控系统通讯故障时，可保证对机组重要信息的监视），公用和变电站部分取自监控系统。为实现电站的“无人值班”（少人值守），计算机监控系统必须具有实时性、安全性、易于维护性等特点。

网络是计算机监控系统的重要环节，LCU过去常用的方法是通过现地工控机上网，这是受当时PLC硬件及软件的局限性所导致。2000年以后，PLC直接通过10/100M网络自适应模块上网正在成为水电厂计算机监控系统的主推模式，在此方式中，去掉了工控机这一薄弱环节，而且PLC直接接入网络交换数据。这样大大提高了数据的交换速率和系统的可靠性。基于以上原因，故县水电厂计算机监控系统采用了PLC直接上以太网方式，工控机与PLC经集线器连接后也上以太网。此方式大大提高了系统的响应速度，系统的可靠性和安全性都得到了不同程度的提高，现地控制单元可同通过与工控机通讯，实现其显示与操作，并可脱离上位机独立运行。

4.1良好的开放性与实时性的统一

系统采用符合开放标准和硬件设备和操作系统，当系统硬件升级换代时，不因硬件的变化导致系统软件投资的浪费，另一方面结合水电厂实时过程控制的特点，下位机采用可靠的开放硬件环境，结合实时操作系统，使整个系统的性能达到良好的统一。

4.2分布与集中的完美结合

系统的分层分布结构，融会网络分布系统的优点，使系统的资源配置利用更加合。实时数据库的分布，提高了系统的可用率和可靠性。集中的历史数据库减少了数据库的重复设置对硬件资源的影响。

4.3可维护性

系统具有自诊断和寻找故障的程序，在运行中可更换部件，消除故障。采用开放式系统，硬件易更换。可通过系统编程台修改和增加软件。

4.4系统的安全性

为保证电站设备的可靠运行和控制，SD200系统采用分布式系统结构，系统中局部设备故障，不影响系统的可靠运行。系统中重要设备采用冗余配置，软件具有完善的防错纠错能力。

4.5系统的可扩充性和可变性

监控系统的硬件配置具有一定的余度和扩展能力，系统点参数可以根据需要方便的进行更改。

5计算机监控系统改造运行总结

5.1改造过程概述

故县水电厂计算机监控系统改造工程是故县局自行设计，自行招标的工程。2001年6月进行了工程招标,国电南自的SD200水电站自动化系统中标。

故县水电厂计算机监控系统包括上位机和现地控制单元，其中现地控制单元由5个现地LCU、8个分布式控制系统组成。整个监控系统自2001年7月由厂家开始设计制造。2002年3月故县水电厂计算机监控自动化改造工程正式启动。首先进行上位机和1号机组计算机监控装置的安装和调试，随后依次进行了2号机组、3号机组，目前变电站监控装置的安装正在进行，公用部分的施工于10月开工，电站的监控系统改造将于2002年底全部投运。

5.2现场运行情况

故县水电厂计算机监控系统在投运过程中严格按照施工组织方案实施，系统调试首先进行静态调试，然后空载试验，最后进行带负荷试验，逐级进行，发现错误及时改正，在一定程度上缩短了系统调试时间，减少了机组停机时间。故县水电厂监控改造虽然是老厂改造，但是经过全局人员的上下努力、通力协作和精心组织，改造过程并未对电厂的正常运行造成大的影响，基本上保证了机组的正常发电运行。

系统现场运行过程中暴露出不少问题，经过处理，目前系统运行基本正常，但是还存在一些不足之处。

（1）现地控制单元PLC电源模块的供电电压最初为交流220V，直流110V，因现场无法提供直流110V的电压，使得PLC供电电源只有交流220V，这样一旦厂用电失电，PLC也将失电，影响了系统的稳定和电厂的安全运行。为解决此问题，将原PLC电源模块更换为24V供电模块，电源取自现地控制单元柜上的两路24V开关电源，分别为交流220V和直流220V变换而来。

（2）在2号机组监控试运行阶段，机组温度巡检装置曾出现故障，温度巡检不能正常进行。经厂家更换后，新装置运行正常，分析认为是温度巡检装置内部个别元件质量不过关造成的。

（3）各分布控制子单元与现地单元的通讯。在通讯调试过程中存在的问题较多，占用了整个系统比较多的调试时间。1号机组的闸门和2号机组的压油装置在调试时一直无法正常通讯，经多方排查，发现通讯接头在制作中有接线错误和焊接头有毛刺，焊接头的毛刺致使通讯收发线短路，从而导致通讯混乱。通讯接头经处理后，通讯恢复正常。

（4）网络通讯方面。监控系统在投运过程中，随着1号、2号和3号机组的逐步加入运行，主机的数据刷新速度明显变慢，甚至出现通讯中断的现象，为解决这一问题，厂家进行了多方努力。SD200系统在上位机网络中担负核心任务的是交换机，本系统是初次使用交换机，以前投运的系统均使用集线器，在对系统软件和其余硬件检查的基础上，将系统交换机改用集线器代替，经过一段时间的运行考验，系统通讯基本正常。目前，有关系统交换机不能保证网络通讯的问题正在做进一步的探讨。

（5）语音报警信号取自位于工程师站的通讯机，信号从通讯机送出经信号线至中控室，由于受到强电干扰，报警系统无法正常工作，经分析决定将语音信号在工程师站经过主音箱放大后，再送至中控室，此方式经调试，语音报警系统得以恢复正常。

（6）机组压油泵、漏油泵、空压机和排水泵的PLC自动回路与继电器常规手动回路，设计为手动切换。当PLC发生故障而运行人员有未及时发现时，便可能发生压油装置油压过低、漏油箱跑、油风压异常等事故，因此监控系统对报警准确性要求较高，在系统出现异常时，语音报警系统应能可靠报警，以便于运行人员及时发现和解决问题，尽量缩小事故范围。

（7）水力监测系统元件不健全，监控系统AGC、AVC功能尚不能投入使用。

（8）微机保护除动作硬接点信号接入监控系统外，保护的动作信号和保护定值实现了与监控系统的计算机通讯，但目前保护动作时的故障录波信息尚无法与监控系统通讯。因与监控通讯，保护装置的故障录波信息读取较为繁琐，给事故分析带来了一定的困难，此问题有待于进一步优化解决。

5.3系统需要完善的方面

故县水电厂计算机监控系统虽已投入运行，但由于部分设备安装不到位或功能有限，系统功能目前还不够完善，需要在今后的工作中进一步开发完善。

（1）进一步调研选型，逐步完善与水电厂经济运行密切相关的信息，如流量、上下游水位、机组振动、摆度、汽蚀、尾水管流态等参数，尽快实现电厂的自动发电控制和自动电压控制。

（2）原电能计量为常规电度表，此次改造未进行更换，使得监控系统在电能统计、累加方面无法准确计量，今后将适时更换为全智能计量电度表，完善系统的运行管理。

（3）研究开发电厂信息管理系统（MIS）系统。电厂信息管理系统（MIS）应由两方面的内容组成，即非实时管理的厂级管理系统和实时管理的厂级监控信息系统共同构成。非实时管理的厂级管理系统主要体现在生产办公管理和职能事务管理两个方面；非实时管理的厂级监控信息系统也称SIS，是电厂MIS和全厂各实时生产控制系统之间的桥梁，其目的是实现全厂信息共享，真正做到管控一体化。

（4）逐步实现与局办公自动化系统、地调系统的通讯连接。

6结束语

故县水电厂自计算机监控系统于2002年底全部投入运行。监控系统的顺利实施，大大提高了故县水电厂的综合自动化水平，增强了故县水电厂参与电网调峰的能力。目前系统还需要在运行中逐步完善和进一步提高各项功能指标。

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