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1概述

故縣水利樞紐工程位于黃河支流洛河中游峽谷區(qū)，地處河南省洛寧縣境內(nèi)，距下游的洛陽市160余公里，是一座以防洪為主，兼顧灌溉、發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合利用的大型水利樞紐工程。水庫總庫容量11.75億m3，是黃河下游防洪體系較重要的配套工程項(xiàng)目之一。

故縣水電廠投產(chǎn)于1992年，共有三臺(tái)機(jī)組，總裝機(jī)容量60MW，單機(jī)容量20MW，多年平均發(fā)電量1.1億kWh，承擔(dān)著洛陽電網(wǎng)的調(diào)峰任務(wù)。隨著電力體制改革的逐步深入，為了適應(yīng)“廠網(wǎng)分開、競價(jià)上網(wǎng)”的發(fā)展形勢，逐步實(shí)現(xiàn)電廠“無人值班，少人值守”的管理目標(biāo)，故縣水電廠進(jìn)行了計(jì)算機(jī)監(jiān)控改造。監(jiān)控改造選用國電南自的SD200型水電站自動(dòng)化系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用全開放，模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，操作方便，配置靈活，具有良好的可靠性、可擴(kuò)充性和可移植性，滿足了故縣水電廠自動(dòng)監(jiān)控的需求，實(shí)現(xiàn)了“少人值守”的運(yùn)行管理模式。

2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和配置

2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及硬件配置

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用基于以太網(wǎng)的分層分布、開放式結(jié)構(gòu)，有主控級和現(xiàn)地控制單元級兩級。優(yōu)先級由高到低為現(xiàn)地控制單元級、主控級。整個(gè)系統(tǒng)由4臺(tái)上位機(jī)和5個(gè)現(xiàn)地控制單元（LCU）構(gòu)成。主控級設(shè)有運(yùn)行人員操作工作站（兼主機(jī)）2臺(tái)、通信工作站1臺(tái)、工程師工作站1臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、打印機(jī)、GPS、UPS等設(shè)備?，F(xiàn)地控制單元共5套LCU，分別為1號(hào)—3號(hào)機(jī)LCU（雙屏）、公用設(shè)備LCU和變電站LCU。

主控級操作員工作站（兼主機(jī)）設(shè)有美國ICSPⅢ/800工作站2臺(tái)，雙機(jī)冗余結(jié)構(gòu)為主／從熱備用工作方式。其中一臺(tái)為主控機(jī)負(fù)責(zé)采集、控制功能的實(shí)現(xiàn)，主要完成全廠的運(yùn)行自動(dòng)化及其管理，另一臺(tái)為系統(tǒng)管理機(jī)負(fù)責(zé)監(jiān)視網(wǎng)上各臺(tái)機(jī)的運(yùn)行情況，備份主控機(jī)的數(shù)據(jù)庫，并在檢測到主控機(jī)故障時(shí)立即擔(dān)當(dāng)主控機(jī)的所有功能并報(bào)警。來自現(xiàn)地控制單元LCU的實(shí)時(shí)信息直接在兩臺(tái)主機(jī)的CRT顯示刷新。正常情況一臺(tái)工作，一臺(tái)備用，若主計(jì)算機(jī)故障，可自動(dòng)完成雙機(jī)無擾動(dòng)切換。

工程師室設(shè)有1臺(tái)工程師工作站和1臺(tái)通信工作站，用于修改定值，增加和修改畫面，并可進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)、軟件開發(fā)及遠(yuǎn)程診斷等，還可用對運(yùn)行人員進(jìn)行操作培訓(xùn)。

通信工作站用于電站監(jiān)控系統(tǒng)與電力系統(tǒng)調(diào)度計(jì)算機(jī)的連接和連接其他需要與監(jiān)控系統(tǒng)通訊的設(shè)備，系統(tǒng)可及時(shí)將故障信息通過音響形式報(bào)警，以便于運(yùn)行維護(hù)人員及時(shí)處理。主控級與現(xiàn)地控制單元采用以太網(wǎng)絡(luò)連接，通訊介質(zhì)為光纜，保證了網(wǎng)絡(luò)通訊的可靠性。

現(xiàn)地控制單元LCU主要由可編程序控制器PLC、一體化工控機(jī)及測控裝置組成。PLC完成順序控制、狀態(tài)監(jiān)視和功率調(diào)節(jié)等功能；工控機(jī)負(fù)責(zé)單個(gè)LCU的監(jiān)視和控制，同時(shí)肩負(fù)著與機(jī)組測溫裝置、調(diào)速器、微機(jī)保護(hù)的通訊，并作為現(xiàn)地控制單元的人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的現(xiàn)地操作功能。PLC采用美國通用電氣公司的GE90-30，電量采集裝置負(fù)責(zé)采集電壓、電流、功率、頻率等電氣信號(hào)，并通過與PLC的直接通訊，將數(shù)據(jù)處理后發(fā)送至操作員工作站進(jìn)行顯示或進(jìn)入后臺(tái)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。溫度巡檢裝置采集機(jī)組的溫度信號(hào)，其數(shù)據(jù)通過工控機(jī)上送至主控機(jī)。每臺(tái)機(jī)LCU包括兩個(gè)分布式子站，一個(gè)用于壓油裝置和漏油泵的控制，另一個(gè)用于機(jī)組工作閘門的控制。分布式PLC選用了GE公司的VersaMax產(chǎn)品，該產(chǎn)品提供了全面的分布式控制系統(tǒng)，可作為分布式子站連接在LCU上獨(dú)立運(yùn)行，其I/O模塊具有帶電插拔功能。

2.2系統(tǒng)軟件配置

系統(tǒng)中上位機(jī)采用WindowsNT操作系統(tǒng)，采用VisualC++編程，以TCP/IP協(xié)議作為網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，加上專用的SD200系統(tǒng)軟件，構(gòu)成了基于開放環(huán)境下的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

PLC采用LM90軟件包開發(fā)梯形控制程序，在程序的編輯中盡量采用子程序，分模塊、分功能編輯，強(qiáng)化程序的可讀性，直觀、簡潔，易于理解和修改。

3計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能

SD200監(jiān)控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方計(jì)算機(jī)自動(dòng)監(jiān)控和現(xiàn)地自動(dòng)監(jiān)控，其主要功能包括：數(shù)據(jù)采集與處理、時(shí)間順序記錄（SOE）、事故追憶記錄及相關(guān)量記錄、有功功率聯(lián)合控制（AGC）、無功功率聯(lián)合控制（AVC）、控制與調(diào)節(jié)、顯示打印和參數(shù)設(shè)定、電廠設(shè)備運(yùn)行管理、系統(tǒng)通訊、中文語音報(bào)警、衛(wèi)星同步對時(shí)、故障自診斷和自恢復(fù)功能。能夠滿足電廠在任何情況下對監(jiān)視和控制的要求。

4系統(tǒng)特性

故縣水電廠監(jiān)控改造中取消原常規(guī)控制模式，在中控室設(shè)置了信號(hào)返饋屏，返饋屏信號(hào)機(jī)組部分獨(dú)立采集（當(dāng)反饋屏與監(jiān)控系統(tǒng)通訊故障時(shí)，可保證對機(jī)組重要信息的監(jiān)視），公用和變電站部分信號(hào)取自監(jiān)控系統(tǒng)。

網(wǎng)絡(luò)是計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，LCU中PLC常用的上網(wǎng)方式是通過現(xiàn)地一體化工控機(jī)上網(wǎng)，而PLC直接通過10/100M網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)模塊上網(wǎng)是水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的另一種推行模式，在此方式中，去掉了工控機(jī)這一薄弱環(huán)節(jié)，而且PLC直接接入網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)，可以提高數(shù)據(jù)的交換速率和系統(tǒng)的可靠性?；谝陨显颍士h水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用了PLC直接上以太網(wǎng)方式，工控機(jī)與PLC經(jīng)集線器連接后也上以太網(wǎng)。此方式提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度，系統(tǒng)的可靠性和安全性都得到了不同程度的提高，LCU可通過工控機(jī)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地的顯示與操作，并可脫離上位機(jī)獨(dú)立運(yùn)行。

系統(tǒng)采用符合開放標(biāo)準(zhǔn)的硬件設(shè)備和操作系統(tǒng)，具有良好的開放性。分層分布結(jié)構(gòu)，融會(huì)網(wǎng)絡(luò)分布系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，使系統(tǒng)的資源配置利用更加合理。系統(tǒng)中重要設(shè)備采用冗余配置，硬件配置具有一定的余度和擴(kuò)展能力。

5現(xiàn)場運(yùn)行情況

故縣水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在投運(yùn)過程中施工組織嚴(yán)密，措施到位。系統(tǒng)調(diào)試首先進(jìn)行靜態(tài)調(diào)試，然后空載試驗(yàn)，最后進(jìn)行帶負(fù)荷試驗(yàn)，逐級進(jìn)行，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤及時(shí)改正，在一定程度上有效的縮短了系統(tǒng)調(diào)試時(shí)間，減少了機(jī)組停機(jī)時(shí)間，最大限度的保證了電站正常發(fā)電。

現(xiàn)地控制單元PLC電源模塊最初選型為交流220V、直流110V，因現(xiàn)場無法提供直流110V的電壓，使得PLC供電電源只有交流220V，一旦廠用交流220V失電，將造成PLC失電，影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定。后將PLC電源模塊更換為24V供電模塊，分別為交流220V和直流220V變換而來。

各分布控制子單元與現(xiàn)地單元的通訊。在調(diào)試過程中存在的問題較多，1號(hào)機(jī)組的閘門和2號(hào)機(jī)組的壓油裝置在調(diào)試時(shí)不能與PLC正常通訊，排查發(fā)現(xiàn)通訊電纜焊接頭有毛刺，毛刺致使通訊收發(fā)線短路，導(dǎo)致通訊混亂，后期施工中要求所有接頭按照規(guī)定每根線的焊接點(diǎn)加套管保護(hù)，保證了正常通訊。

故縣水電廠屬老廠改造，由于受到廠房設(shè)計(jì)布局的限制，中控室與10kV母線室間距8米左右，經(jīng)測試強(qiáng)電流對計(jì)算機(jī)顯示器有明顯的電磁干擾。為降低干擾，保證主機(jī)的正常運(yùn)行，主機(jī)靠中控室一側(cè)布置，盡量遠(yuǎn)離干擾源，實(shí)際運(yùn)行過程中當(dāng)三臺(tái)機(jī)組全開時(shí)，顯示器畫面晃動(dòng)較大，容易引起視覺疲勞，不利于運(yùn)行人員監(jiān)屏。

語音報(bào)警信號(hào)取自位于工程師室的通訊機(jī)，信號(hào)從通訊機(jī)送出經(jīng)信號(hào)線至中控室，由于沿線受到強(qiáng)電干擾，報(bào)警系統(tǒng)無法正常運(yùn)行，經(jīng)分析決定將語音信號(hào)在工程師站經(jīng)過主音箱放大后，再送至中控室，語音報(bào)警系統(tǒng)得以正常工作。

機(jī)組壓油泵、漏油泵、空壓機(jī)和排水泵的PLC自動(dòng)回路與繼電器常規(guī)手動(dòng)回路，設(shè)計(jì)為手動(dòng)切換。當(dāng)PLC發(fā)生故障而運(yùn)行人員未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，便可能發(fā)生壓油裝置油壓過低、漏油箱跑、油風(fēng)壓異常等事故，因此要求監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)工作應(yīng)可靠穩(wěn)定，在系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，語音報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)能可靠報(bào)警，以便運(yùn)行人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題。

系統(tǒng)水力監(jiān)測功能還不健全，AGC、AVC功能尚不能發(fā)揮作用。需要進(jìn)一步調(diào)研，逐步完善與水電廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行密切相關(guān)的水情，如流量、機(jī)組攔污柵壓差等信息，盡快實(shí)現(xiàn)電廠的自動(dòng)發(fā)電控制和自動(dòng)電壓控制。

監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)組網(wǎng)最初選用了雙絞線，在運(yùn)行中存在通訊中斷和阻滯的現(xiàn)象，后經(jīng)廠家檢查，更換為帶屏蔽的通訊電纜，基本上解決了通訊的問題。

在監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行期間，現(xiàn)地單元所配置的一體化工控機(jī)故障發(fā)生的機(jī)率較多，其故障退出后，使得現(xiàn)地控制單元的數(shù)據(jù)不能正常顯示，現(xiàn)地操作無法執(zhí)行。計(jì)劃將一體化工控機(jī)改用觸摸屏代替，并配以串口轉(zhuǎn)以太網(wǎng)的服務(wù)器，保證現(xiàn)地操作和其它串口設(shè)備上網(wǎng)，從而改善和提高系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。

6結(jié)語

故縣水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造完成后，實(shí)現(xiàn)了電廠運(yùn)行管理、安全監(jiān)測、自動(dòng)控制的計(jì)算機(jī)化，在電廠的安全運(yùn)行、節(jié)水發(fā)電、降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度等方面取得了良好的效果，增強(qiáng)了故縣水電廠參與“廠網(wǎng)分開，競價(jià)上網(wǎng)”的競爭能力。