硅谷杂志：沙田水电站计算机监控系统改造规划 |
| 2012-12-26 10:59 作者：何宇明 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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【硅谷网12月26日文】据《硅谷》杂志2012年第19期刊文，重点介绍沙田水电站计算机监控系统改造的设计原则、系统结构及功能。
0引言
沙田水电站装机110MW，是一座1973年发电的老厂，于1993年在湖南省率先进行水电站综合自动化改造。沙田水电站综合自动化的改造，是由电力部南京自动化研究院（现南京南瑞集团公司）进行的，其自动化水平达到了一定的高度，当时在全国水电站综合自动化改造的领域中，具有相当高的声誉的。
沙田水电站计算机监控系统已运行多年，元件老化，故障率增高，备品备件缺乏，老计算机监控系统必须进行改造。基于此，提出了沙田水电站计算机监控系统改造方案。
1监控系统设计原则
改造方案应当充分考虑沙田水电站监控系统的现状，保证改造过程不影响其它机组的正常运行，改造基本原则如下：
1）取消原系统所有上位机、前置机；新增2台主机兼操作员工作站，1台工程师工作站，1台通信机。通过通讯机可以与电厂MIS系统、调度等联系。
2）新增8套LCU的PLC与上位机系统的通讯采用10/100Mbps光纤双以太网方式，结构先进，抗干扰能力强，容易维护。并通过人机界面完成现地的HMI功能，界面友好，安全可靠。
3）计算机监控系统增加ONCALL功能，在系统发生事故、故障时，系统通过向特定一组人发送故障信息，进行报警。
4）系统通过与智能电度表的通讯，实现电站的电能自动计量功能。
5）LCU的PLC选用智能可编程系列，PLC与上位机的通讯采用双100MbpsETHERNETTCP/IP方式进行。
2监控系统结构
2.1结构说明
沙田水电站计算机监控系统采用全分布开放系统结构。电站计算机监控系统分为二层：主控级（电厂级）和现地控制单元层，主控级（电厂级）和现地控制单元层经100MB双快速光纤以太网相连。
系统主要由以下几部分组成：主机/操作员工作站、工程师/培训工作站、通信工作站、GPS卫星时钟同步系统、网络设备、现地控制单元（LCU）、算机控制室、UPS在线电源系统及其他附属设备。
2.2系统特点
1）采用全分布开放系统结构，主机/操作员工作站、工程师工作站、通信工作站、ON-CALL系统使用符合IEEE和ISO开放系统国际标准的操作系统。按照开放的接口、服务和支持格式规范而实现的系统，使应用系统能以最少修改，实现在不同系统中的移植；能同本地的或远程系统中的应用实现互操作；能以方便用户迁移的方式实现用户的交互。开放系统的采用将最大限度地保护用户的投资。
2）网络上接入的每一设备都具有自己特定的功能，实现功能的分布。如工程师工作站、通信工作站的分别设置，充分体现了功能分布的原则，符合现代监控系统功能分散、提高可靠性的设计思想，保证网络上的节点设备中任一部分故障或不工作，均不影响系统其它功能部分的运行。网络节点设备资源相对独立又可为其它节点共享，为今后功能扩充提供了较大的方便。
3）系统应以先进、可靠、冗余化的设计和开放式系统结构，使系统既可靠实用、又便于扩充，整个系统性能价格比高。
3监控系统功能
3.1监控系统功能要求
计算机监控系统应当能实时、准确、有效地完成对电站被控对象的安全监控。
3.2主控级与单元控制级功能的分配
监控系统由主控级计算机和现地控制单元级组成。现地控制级有5套LCU，分别执行对应于4台机组、全厂公用/开关站等的实时监控。LCU既作为全厂监控系统的现地监控设备，向主站级上行发送采集的各种数据和事件信息，接受主站级的下行命令对设备进行监控，在主站级设备或网络故障时又能独立工作。在系统总体功能分配上，数据采集和控制操作的主要功能均由LCU完成。其它的功能如全厂运行监视、事件报警、AGC、AVC、与外系统通讯、统计记录等功能则由主站级计算机完成。
3.3现地单元监控装置的功能
1）数据采集与处理。
2）安全运行监视。
3）控制和调节。LCU能接受当地或来自主站级的命令，完成各种机组状态的转换、紧急停机、机端断路器和有关辅助设备的控制，有功、无功负荷调节；公用/开关站LCU：厂用电断路器和辅助设备的操作，开关站操作等。
4）自诊断。必须提供完备的硬件及软件自诊断功能，包括在线周期性诊断、请求诊断和离线诊断。
3.4主控级监控系统的功能
1）数据采集和处理
从各个LCU采集电厂各主辅设备的实时数据，包括模拟量、开关量、电度量、综合量和事件顺序记录（SOE）、越复限事件记录等。按收到的数据进行数据库刷新、报警登录。根据各LCU上送的事件，按时间顺序记入相应的一览表。并根据设定进行综合处理。
2）安全监视及事件报警
运行值班人员可以通过监控系统的双彩色显示器对全厂各主设备及辅助设备、公用设备及厂用电设备的运行状态和运行参数进行实时监视。监控系统对某些参数以及计算数据进行越限监视。当电站发生事故时，监控系统将立即响应，以毫秒级时间分辨率按其发生的时间先后顺序予以记录；自动显示报警语句；启动语音报警；自动推出相关画面等。事故顺序记录可显示、打印和存入历史数据库。
3）电厂运行指导
当控制指令下达后，监控系统能自动显示相应的机组或线路等设备的操作监视画面。画面能以流程框图的形式实时显示机组工况转换过程中每一步骤及执行情况，或提示在工况转换过程受阻的部位及原因。
4）监控系统异常监视
监控系统具有故障自检测及容错处理功能。自检测的报警登入自诊断一览表。
监控系统能自动显示各节点计算机的工作状态，如主/从机、故障、停机等。
监控系统能直接显示现地控制单元的运行状况，能自动测试并显示出故障部位，将故障点置为无效并屏蔽相关控制调节功能。
5）控制操作
①控制与运行调度方式；
②控制方式的转换；
③控制与调节。
6）自动发电控制（AGC）
水电站自动发电控制（AGC）是指按预定条件和要求，以迅速、经济的方式自动控制电厂有功功率来满足系统的需要。根据水库上游来水量或电力系统的要求，考虑电厂及机组的运行限制条件，在保证电厂安全运行的前提下，以经济运行为原则，确定电厂机组运行台数、运行机组的组合和机组间的负荷分配。
7）自动电压控制（AVC）
水电站自动电压控制（AVC）是指按预定条件和要求自动控制电站母线电压或全站无功功率。在保证机组安全运行的条件下，为系统提供可充分利用的无功功率，减少电站的功率损耗。
8）统计记录及生产管理
系统在实时采集全厂各设备的运行参数和工况的基础上进一步完成统计制表等一系列运行管理的工作，使运行人员不必再进行人工抄表，也可使统计等一系列技术管理工作自动进行。
9）人机接口
能显示的主要画面包括各类菜单画面，电厂电气主结线图（其中主要电气模拟量能以模拟表计方式显示），机组及风、水、油系统等主要设备状态模拟图，机组运行状态转换顺序流程图，各类棒图、曲线图、各类记录报告，操作及事故处理指导，计算机系统设备运行状态图及报警等。
10）系统通信
电站监控系统具备完善的通信功能，做到整个系统资源、数据共享、运行高效、实时。
系统内各工作站和LCU之间采用网络通信，满足速度快、数据处理能力强、安全可靠的原则。系统通信规约基于TCP/IP协议，系统内各设备与局域网的信息交换采用客户－服务器模式，遵循开放系统规则。
11）自诊断和冗余切换
监控系统具备在线自诊断功能，能诊断出系统运行中的故障，发现故障时，自动报警并予以记录。
对双机冗余系统，当以主/热备用方式运行的双机中的主用机故障退出运行时，备用机能不中断任务且无扰动地自动切换成为主用机运行。
无论是主备用计算机的切换还是系统网络上的节点发生故障，都可在操作员工作站上给出提示信息，并记入自诊断表中。
12）软件开发和维护
电厂开发维护人员可通过权限口令在工程师工作站上进行系统开发与维护，包括软件开发与维护、画面的增删与修改、定值更改、数据库变更，报表生成、顺控流程修改等一系列工作。
可利用系统提供的一系列组态工具方便地完成画面、数据库、报表、动态连接、顺控流程、报警定义等各项工作。
13）数据库功能
本计算机监控系统采用实时数据库和历史数据库，数据库满足下述功能要求：
监控系统数据库采用网络型全分布数据库，所有数据共享都通过透明的网络通讯来实现。数据库包括：实时数据库、计算数据库、图形数据库、报表数据库、历史数据库、统计数据库、汉字库、图形符号库等，这些数据库构成监控系统数据资源中心。数据库的结构定义包括梯级调度监控和管理所需要的全部数据项；
支持快速存取和实时处理；实时数据库主要存放各梯级电站送上来的实时数据，它是监控系统数据库中最主要的数据库。
支持数据库建立及在线/离线修改。
14）远程诊断与维护
计算机监控系统具有远程诊断和维护功能。通过电话拨号方式，厂家系统维护工程师在厂家可以将远程维护计算机与电厂计算机监控系统连接，实现在线诊断、远程维护和远程软件升级。
为了保证远程接入的安全性，在系统中通过软件和硬件的方式对电厂计算机监控系统进行保护。在软件上，设置相应的权限，以限制非授权的非法用户登录，只有合法的用户才可登录系统到进行诊断，并在电厂的授权同意后方可进行远程维护。在硬件上，电厂的计算机监控维护工程师可以通过对接入电话的控制和接入设备（MODEM）的控制，切除在不需要连接时远程连接。
15）培训功能
计算机监控系统具有操作、维护、软件开发和管理的培训功能，包括操作训练，监控系统开发、维护、管理训练和顺控流程的离线调试等。 |
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