H9000計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在象山水電廠應(yīng)用

牛保國，戴延君，佟 偉

(1.黑河市水務(wù)局，黑龍江黑河164300;2.黑河象山水電廠，黑龍江黑河164300;3.黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱150080)

黑河象山水電廠地處黑龍江省黑河市，屬黑龍江水系法別拉河中游，壩址距黑河市72 km。樞紐工程主要有攔河壩、岸坡式溢洪道、引水系統(tǒng)、地面發(fā)電廠房及開關(guān)站等組成，水庫總庫容3.11億m3，壩址以上控制流域面積1 972 km2，是一座以發(fā)電為主兼顧防洪、養(yǎng)魚、凈化水質(zhì)等綜合利用的水利樞紐工程，為一不完全多年調(diào)節(jié)水庫。電廠裝機(jī)容量18.32 MW，裝有4臺(3×6+1×0.32)MW水輪發(fā)電機(jī)組與兩臺容量16 MVA和8 MVA雙繞組和三繞組變壓器組成了擴(kuò)大單元接線，電能輸送分別以一回110 kV電壓等級并入黑龍江電網(wǎng)和一回35 kV電壓等級并入黑河電網(wǎng)，多年平均發(fā)電量4 130萬kW·h。

電廠原計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由東北勘測設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，主機(jī)以計(jì)算機(jī)監(jiān)控為主，常規(guī)控制為輔，如開關(guān)站、公用、保護(hù)、調(diào)速器、勵(lì)磁裝置、同期等設(shè)備未考慮在內(nèi)，由于監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能不十分完善同時(shí)由于設(shè)備已進(jìn)入老化期，設(shè)備陳舊和技術(shù)的落后為電廠的管理和維護(hù)帶來了困難，甚至嚴(yán)重影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。2005年通過招標(biāo)，選定北京中水科水電科技開發(fā)有限公司研發(fā)的H9000計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用分層分布式開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以全面實(shí)現(xiàn)電廠的自動(dòng)化監(jiān)控和管理。

1 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)配置及功能

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

電廠以計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)，不再另設(shè)常規(guī)集中監(jiān)控設(shè)備。設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)視和控制在中控室的操作員工作站上進(jìn)行，同時(shí)也可在現(xiàn)地LCU上通過觸摸屏實(shí)現(xiàn)對其所控設(shè)備運(yùn)行的監(jiān)視和控制。機(jī)組單元及開關(guān)站/公用單元通過光纖網(wǎng)絡(luò)與全廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)連接并接受其監(jiān)控。系統(tǒng)分兩層，廠站級控制層和現(xiàn)地控制單元層。兩層之間采用100MB快速以太網(wǎng)總線，構(gòu)成高可靠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)通訊采用高性能的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)進(jìn)行連接，系統(tǒng)具有較高的傳輸速率和良好的抗電磁干擾能力。

1.2 主控級配置

主控級設(shè)備布置在中控室，系統(tǒng)主機(jī)兼操作員工作站配置兩套，采用美國HP xw 4400工作站，每套配1臺ViewSonie彩色LCD顯示器，兩臺工作站以互為熱備方式工作，完成對整個(gè)電廠的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的管理，正常時(shí)，一臺為主機(jī)，完成監(jiān)視和控制任務(wù)，另一臺則為備用，可進(jìn)行正常監(jiān)視。當(dāng)主站故障或退出時(shí)，備用站可自動(dòng)或手動(dòng)升為主站，完成監(jiān)控任務(wù)。

1.3 主控級的功能

主要功能AGC/AVC計(jì)算和處理，數(shù)據(jù)庫管理，在線及離線計(jì)算，各圖表曲線的生成，事故、故障信號的分析處理、畫面顯示語音報(bào)警及人機(jī)聯(lián)系等功能。

1)數(shù)據(jù)采集與處理功能。主要是采集各控制單元上傳的操作和事件數(shù)據(jù)，并存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，用于畫面更新、控制調(diào)節(jié)、趨勢分析、記錄打印、操作指導(dǎo)及事故記錄和分析;數(shù)據(jù)處理功能是進(jìn)行各種數(shù)據(jù)編碼，校驗(yàn)傳輸誤差及數(shù)據(jù)傳輸查錯(cuò)，生成各種數(shù)據(jù)庫，供顯示、刷新、打印、檢索等使用。

2)監(jiān)視與控制功能。主控級對電廠主要運(yùn)行參數(shù)及事故、故障狀態(tài)，以數(shù)字、文字、圖形 、表格、曲線等形式進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)視，并在主計(jì)算機(jī)LCD上顯示;主控級的控制由值班人員通過LCD、鍵盤、鼠標(biāo)等，對被控制對象進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。

3)機(jī)組有功、無功調(diào)節(jié)功能。運(yùn)行人員可通過操作調(diào)節(jié)畫面，對機(jī)組進(jìn)行有功、無功功率的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)方式可以為設(shè)定值調(diào)節(jié)，也可以為設(shè)定步長的單步調(diào)節(jié)。設(shè)定值方式需經(jīng)過人機(jī)對話，如選擇調(diào)節(jié)對象、內(nèi)容，進(jìn)行操作閉鎖條件檢查，再由數(shù)據(jù)輸入窗口完成數(shù)據(jù)的整定，并確認(rèn)操作。單步調(diào)節(jié)方式可直接用鼠標(biāo)點(diǎn)擊機(jī)組的有功或無功功率的增減操作按鈕即可。

4)3種運(yùn)行方式功能:①自動(dòng)控制方式功能。在正常運(yùn)行方式下，由監(jiān)控系統(tǒng)的電廠控制層設(shè)備實(shí)現(xiàn)對電廠的自動(dòng)或手動(dòng)控制，例如，由AGC/AVC進(jìn)行機(jī)組的自動(dòng)開停機(jī)控制。②現(xiàn)地控制方式功能。運(yùn)行人員通過LCU的人機(jī)聯(lián)系手段實(shí)現(xiàn)對電廠機(jī)組或有關(guān)設(shè)備的控制或調(diào)節(jié)。LCU的人機(jī)聯(lián)系手段可包括操作觸摸屏、操作控制按鈕及操作開關(guān)等。現(xiàn)地控制方式的實(shí)現(xiàn)仍由監(jiān)控系統(tǒng)的LCU設(shè)備自動(dòng)完成。③現(xiàn)地手動(dòng)方式。在LCU屏上設(shè)有“現(xiàn)地/遠(yuǎn)方”位置和“手動(dòng)準(zhǔn)同期/自動(dòng)準(zhǔn)同期”位置等切換開關(guān)，當(dāng)該切換開關(guān)分別在現(xiàn)地和手動(dòng)準(zhǔn)同期位置時(shí)，運(yùn)行人員可通過LCU屏上的控制開關(guān)直接作用LCU實(shí)現(xiàn)對機(jī)組的控制。

2 現(xiàn)地控制級結(jié)構(gòu)配置功能

PLC配置結(jié)構(gòu)采用CIWA—35系列PLC。CPU模塊采用MX315－2AG10，現(xiàn)地控制級設(shè)5個(gè)LCU，1～4號機(jī)組單元控制級為1～4 LCU，開關(guān)站/公用設(shè)備系統(tǒng)單元控制級5 LCU，正常運(yùn)行時(shí)，機(jī)組自動(dòng)操作由機(jī)組單元控制級的主PLC(可編程控制器)完成，通過中控室主控級或機(jī)組單元控制級的控制命令，實(shí)現(xiàn)機(jī)組開、停機(jī)等全部控制操作;各單元控制級的具體監(jiān)控對象及其功能如下所述。

1)機(jī)組單元控制級。1～4LCU布置在發(fā)電機(jī)層機(jī)旁，監(jiān)控對象為:進(jìn)水口閘閥，水輪機(jī)及其輔助設(shè)備，發(fā)電機(jī)及其輔助設(shè)備，發(fā)電機(jī)出口斷路器，主變壓器設(shè)備等。

2)110 kV系統(tǒng)單元控制級。該單元控制級5 LCU布置在繼電保護(hù)室內(nèi)，監(jiān)控對象包括:2條線路出口斷路器，隔離開關(guān)，接地開關(guān)，母線設(shè)備等。

3)公用設(shè)備單元監(jiān)控對象為:廠用電系統(tǒng)，廠用直流系統(tǒng)，廠內(nèi)排水系統(tǒng)，高低壓氣機(jī)、供油系統(tǒng)等。

現(xiàn)地控制級的功能主要是。數(shù)據(jù)采集與處理，顯示監(jiān)視，控制與調(diào)節(jié)，音響及信號，通訊與控制，自診斷功能?，F(xiàn)地控制級數(shù)據(jù)采集包括:在正常工作情況下對各控制單元模擬量、開關(guān)量和脈沖量進(jìn)行采集工作;在事故和故障情況下能自動(dòng)采集事故或故障發(fā)生時(shí)刻的有關(guān)數(shù)據(jù)，并按其發(fā)生的順序記錄事故或故障的性質(zhì)、發(fā)生的時(shí)間等?，F(xiàn)地控制級既可接受主控級指令，同時(shí)可在現(xiàn)地進(jìn)行操作?，F(xiàn)地控制級具有與主控級的通訊功能，向主控級傳送所需要的全部過程信息，也可根據(jù)主控級指令隨時(shí)上傳要求的信息;在發(fā)生故障或事故情況下，及時(shí)向主控級傳送故障或事故信息，并可接受主控級發(fā)來的控制指令，同時(shí)將執(zhí)行情況和結(jié)果回送到主控級。

3 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)

象山水電廠采用全計(jì)算機(jī)監(jiān)控手段，取消了所有的常規(guī)控制方式，因此要求計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)必須具備系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性、高可靠性、易維護(hù)性和安全性等。

3.1 系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性

系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性反映在系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間上，系統(tǒng)現(xiàn)地控制級的數(shù)據(jù)采集時(shí)間＜1 s，事件順序點(diǎn)分辨率＜5 ms，執(zhí)行控制的響應(yīng)時(shí)間＜1 s，主控級的人機(jī)響應(yīng)時(shí)間＜2 s，聯(lián)合控制有功、無功功率的執(zhí)行周期為3～6 s，可完全滿足整個(gè)生產(chǎn)過程對數(shù)據(jù)采集、人機(jī)通訊、控制命令執(zhí)行時(shí)間的要求。

3.2 系統(tǒng)的高可靠性

由于整個(gè)系統(tǒng)由高可靠性進(jìn)口元件組成和高度冗余的配置，并且整個(gè)網(wǎng)絡(luò)采用光纖連接，具有較好的抗電磁干擾和防雷能力，因此能長期可靠運(yùn)行。

3.3 系統(tǒng)的易維護(hù)性

系統(tǒng)完善的遠(yuǎn)程自診斷及監(jiān)視功能，能快速自動(dòng)監(jiān)視診斷到故障的部位，及時(shí)通知維護(hù)人員更換故障的部件，同時(shí)部分模塊可以帶電拔插，也簡化了維護(hù)工作。

3.4 系統(tǒng)的安全性

系統(tǒng)對每一功能和操作都進(jìn)行檢查和校核，發(fā)現(xiàn)有誤時(shí)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)操作閉鎖及報(bào)警，以避免誤操作事故。

4 結(jié)語

象山水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的配置及功能較為全面和完善，采用了國內(nèi)外的最新技術(shù) ，在國內(nèi)監(jiān)控領(lǐng)域中處于領(lǐng)先地位。分層分布式開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)適合于電廠生產(chǎn)和管理體制的分層次管理及集中控制的要求;同時(shí)系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性、高可靠性、易維護(hù)性和安全性的特點(diǎn)，為電站實(shí)現(xiàn)“無人值班”(少人值守)創(chuàng)造了有利條件。

［1］趙臣，張殿民，戴延君.象山水電廠機(jī)電設(shè)備技術(shù)更新改造成果回顧［J］.黑龍江水利科技，2008，36(5):54 －55.