潮州枢纽电站计算机监控系统升级改造研究

【摘要】本文对潮州供水枢纽电站计算机监控系统的现状进行了详细介绍，包括上位机、下位机和通信网络结构等方面，并对监控系统的现状深入分析，对出现的问题提出了相应改进措施，通过改造提高了该电站计算机监控系统的安全性和可靠性，也可为同行和相关水电站监控系统提供借鉴和参考。

【关键词】监控系统;网络结构;PLC;改进

引言

潮州供水枢纽工程位于韩江流域下游东、西溪河段内，坝址距潮州市约3.8km，坝址控制集水面积29084km2，潮州供水枢纽电站为河床式水电站，分为东、西溪电站。东溪电站装机容量2×9MW，西溪电站装机容量2×14MW，总装机容量为46MW，机组为灯泡贯流式。水库正常蓄水位10.5米（珠基），最低运行水位8.5米（珠基）。年设计发电量为20812万kWh，潮州供水枢纽工程四台机组于2006年1月正式投入运行。

东、西溪两电站计算机监控系统按“无人值班（少人值守）”原则设计[1]，采用分层分布式结构，整个系统分为集控中心、电站分中心和电站现地控制单元三层。控制的优先权为：电站现地控制单元最高，电站分中心与集控中心次之，两者控制优先权相同。集控中心负责东、西溪两座电站及水利枢纽其它设备的集中监视与控制。集控中心通过专用光纤以太网与东、西电站监控网络相连，完成监视及控制数据的交换，实现东、西溪电站数据集中采集与集中控制。

集控中心设在综合办公大楼集中控制室内，电站分中心和电站现地控制单元设在电站厂房内。计算机监控系统采用南瑞水利水电技术分公司的EC2000系统，现场控制单元LCU采用南瑞水利水电技术分公司SJ-500型微机监控装置，LCU核心控制器采用西门子S7-300系列PLC（CPU 315-2DP），辅机控制柜核心控制器采用西门子S7-200系列PLC（CPU 226）。

1.计算机监控系统概述

1.1 系统结构

集控中心监控系统上位机主要由两台冗余操作员工作站、两台冗余拦河闸操作员工作站、两台数据服务器及一套磁盘阵列、一台网管服务器、一台工程师培训工作站、一台通信工作站、一台拦河闸通信机组成。集控中心配置两台冗余的赫思曼工业交换机，各上位机配置双网卡分别与两台交换机连接，构成双星型以太网。东、西溪电站各配置1台赫兹曼工业交换机，通过专用的单模光纤网络与集控中心交换机连接。东、西溪电站分中心各配置1台主机兼操作员工作站，分别负责东、西溪电站内设备的监视与控制。集控中心及电站分中心均配置UPS装置，为上位机系统各计算机提供不间断电源，以确保在厂用电源消失时，监控系统仍能正常运行。集控中心、电站计算机监控系统简化图如图1所示。

电站现地控制单元层由两套机组LCU和一套公用LCU组成。各LCU均配置百兆以太网模块，通过网络双绞线接入设在电站内的工业交换机，实现与集控中心及电站分中心上位机的高速通信;CPU自带DP总线接口，机组LCU通过PROFIBUS总线与电站技术供水、油压装置等辅机LCU（采用S7200 PLC）通信，公用LCU通过PROFIBUS总线与高低气机、消防系统等辅机LCU通信;LCU配置1块串口通信模件及1套SJ30通信管理装置，通过SJ30通信装置与调速器系统、微机保护系统、励磁系统、温度巡检仪SJ40C等进行通信;PLC通过自带的串口与触摸屏进行通信。电站现地控制单元层系统结构如图2所示。

1.2 系统主要功能

集控中心上位机：

数据服务器及其磁盘阵列：实现电站、拦河闸监控系统历史数据的存储与管理。

电站操作员工作站：实现东、西溪电站全厂设备的运行监视与控制调节。

拦河闸操作员工作站：实现东、西溪拦河闸的运行监视与控制调节。

工程师培训工作站：进行监控系统培训、演示及系统维护。

通信工作站：负责与电力调度通信、模拟屏通信、拦河闸通信机通信。

网管服务器：负责整个监控系统以太网的管理，并预留web功能接口。

拦河闸通信机：实现与电站监控系统上位机、水情测报系统的通信（采用101通信规约），将拦河闸开度等参数送至电站监控系统上位机，将拦河闸开度、闸前、闸后水位等运行参数送给水情测报系统。

电站分中心上位机：

电站操作员工作站：分别实现本电站全厂设备的运行监视与控制调节，历史数据的存储与查询。

图2 改造前东/西溪电站现地监控系统结构图

1.3 系统配置

（1）集控中心监控系统

主要包括2台数据服务器型号为DELL PowerEdge 2850;2台操作员站、1台工程师培训工作站、1台通信工作站、1台网管服务器型号均为为 DELL 370;2台中心交换机型号为赫兹曼MACH 3000。

监控系统软件采用南瑞水利水电技术分公司自主开发的EC2000专用监控软件。

（2）电站分中心监控系统

主要包括1台操作员工作站型号为DELL 360MT，1台操作员工作站型号均为 DELL 370，1台中心交换机型号为赫兹曼MS2108-2。

监控系统软件采用南瑞公司自主开发的EC2000专用监控软件。

（3）电站现地控制单元LCU

主要包括2套机组LCU、1套开关站及公用LCU。LCU核心控制器采用西门子S7-300系列PLC[3]，触摸屏采用Proface 10.4’液晶触摸屏，其它还包括交直流双供电装置、交流采集装置、温度巡检装置、同期装置、SJ30通信装置等智能设备。

（4）辅机和公用设备自动控制系统：

主要包括技术供水、渗漏排水、消防供水、空压机等系统控制柜。控制柜核心控制器采用西门子S7-200系列PLC，人机界面采用WEINVIEW 5.7’液晶触摸屏，其它还包括双回路供电装置、中间继电器、电机启动设备等。

2.计算机监控系统目前存在的问题

潮州供水工程计算机监控系统自2004年开始实施到2006年完成现场投运，并于2008年完成最终验收。计算机监控系统的顺利投运为电站安全、稳定运行提供了保障，提高了电站的综合管理水平、大大降低了人员成本。至今系统已投入运行近7年，由于投运时间较长及当前技术的发展，系统也暴露了一些问题，主要有：

图3 事故停机回路图

2.1 东、西溪电站分中心上位机配置问题

工程实施初期，为节省工程投资，东、西电站分中心均只配置1台上位机，实现本站内所有设备的运行监视与控制。一旦计算机出现故障，对电站运行造成一定的影响。由于集控中心与东溪、西溪电站距离较远，目前运行方式为集控中心设置两人值班，东溪、西溪现地控制室各设置一人值班，在现地控制室实现互相监视对侧电站信息可以加强监盘，值班人员能相互提醒，实时掌握东、西溪电站信息;且当集控中心监控系统出现异常时，仍能实现东、西溪电站实时监视、数据采集、存储，提高电站运行的安全性。

2.2 东、西溪电站事故停机回路问题

由于系统投运阶段，因PLC开入模件配置数量限制，机组事故停机启动信号采用并接的方式接入PLC，如机组所有轴承温度过高信号并接为一个总温度过高事故信号（如图3所示），不利于故障分析，比如西溪电站就出现过温度过高导致常规回路事故停机时，由于各个轴承温度采用并联方式接至一个总信号继电器（轴承温度过高），因此，当此信号动作时，却无法及时查找出具体是哪个轴承温度告警信号引起的。

2.3 高位水池水位控制问题

高位水池无法实时监视水位，只靠浮球式开关接点控制水泵的启停。如果浮球式液位开关出现问题，或者动作不正常，将导致技术供水泵无法正常停止，就会出现高位水池水溢出，而流至厂房内部，严重影响设备安全。

2.4 机组高顶油泵控制问题

高压顶起油泵只有在开机过程中或者在停机过程中才会启泵运行，当转速大于95%时或者停机时停止。如果机组在运行过程中，出现转速下降，此时由于机组LCU没有执行流程，高顶泵不会自动投入运行，就会较严重影响机组安全。

3.计算机监控系统问题分析及解决措施

3.1 东、西溪电站分中心上位机配置问题

东溪、西溪现地控制室各增加1台主机兼操作员工作站，2台工作站冗余运行，互为热备用，正常运行时，1台工作站作主机，1台工作站作从机，当主机故障或其它原因退出运行时，从机自动切换为主机，实现全站设备的监视与控制。同时利用原有的光纤网络实现东、西溪电站两台工作站的互连，本站的工作站增加与对侧电站各LCU的通信功能及运行监视画面，实现对侧电站各LCU实时数据的采集运行及运行画面的监视，但屏蔽对侧电站设备控制操作功能，防止控制的混乱。改造后的系统结构如图4所示。系统改造完成后，2台工作站冗余运行，大大增加了系统的可靠性和安全性，同时也因接入了对侧电站的运行状态，方便了电站运行人员的统一调度。

图4 改造后东/西溪电站监控系统结构

3.2 东、西溪电站事故停机回路问题

对机组PLC硬件进行扩展配置，增加32点开入模件，将各温度告警量独立分开，接至PLC，修改PLC硬件组态和程序以及上位机组态;机组事故停机流程进行了修改，每个温度过高信号均作为一个事故停机启动源，启动事故停机流程，控制流程结构更清晰、启动原因报警更具体、准确。保证监控系统能对单独温度量进行实时监视，这样就可以方便、准确地进行判断和故障分析。

3.3 高位水池水位控制问题

除了控制技术供水泵启停的信号控制器外，在高位水池池壁安装1套投入式水位计，水位计输出信号为4-20mA模拟信号，该信号接入监控系统公用LCU模拟量输入通道[2]，并在监控系统中作高低限的报警设置，实时监视水池水位，当达到报警值时能及时提醒运行人员;此外，还加装了工业视频摄像头，进行实时图像监视。

3.4 机组高顶油泵控制问题

在高压顶起油泵控制柜改造PLC程序。增加当“转速小于95%信号”且“非停机态信号”同时动作时，自动启动高顶泵;当转速大于95%，自动停止高顶泵的程序段。这样防止刮瓦，提高机组运行的安全性。

4.结语

本文通过对潮州供水枢纽电站计算机监控系统的现状进行阐述，加以详细分析，并在系统年度维护检修过程中进行改进，使监控系统更加完善，为潮州枢纽电站的安全运行、高效生产提供了非常重要的保障和技术支撑，发挥其最大效益[4]。

参考文献

[1]方辉钦.现代水电厂计算机监控技术与试验[M]中国电力出版社，2004.

[2]王定一等.水电厂计算机监视与控制[M].中国电力出版社，2001.

[3]宋智，张百敏.岗南水库管理自动化系统[J].水电自动化与大坝监测，2010（3）.

[4]谢传萍等.红江发电厂综合自动化系统升级改造[J].水电自动化与大坝监测，2008（6）.