白山大型梯級水電廠遠方集中控制計算機監(jiān)控系統(tǒng)
| 樺甸-白山-紅石梯級水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)功能比較完善，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，通過采用冗余技術，操作控制正確可靠，其中現(xiàn)地開停機成功率為100%，遠方開停機成功率為100%，AGC動作正確率達到100%，系統(tǒng)可用率高。 白山發(fā)電廠位于吉林省東南部，松花江上游，是一廠兩壩三站的特大型梯級水力發(fā)電廠，總裝機容量為1700MW，在東北電網(wǎng)中擔任調峰、調頻和事故備用。白山發(fā)電廠生活基地建在吉林省樺甸市，白山電站位于紅石電站上游距樺甸市73公里，裝有五臺300MW發(fā)電機組；紅石電站距樺甸市35公里，裝有四臺50MW發(fā)電機組；在樺甸市建有白山發(fā)電廠生產調度中心。 1999年4月，白山大型梯級水電廠遠方集中控制計算機監(jiān)控系統(tǒng)通過了國家電力公司的技術鑒定，獲得了國際先進、國內領先的較高評價；2000年3月通過了國電東北公司組織的系統(tǒng)工程驗收， 2000年5月白山發(fā)電廠通過“無人值班”（少人值守）及創(chuàng)一流驗收。白山大型梯級水電廠遠方集中控制計算機監(jiān)控系統(tǒng)從投入試運行到現(xiàn)在，各項功能穩(wěn)定可靠，所有設備運行正常，取得了非常好的社會效益和經濟效益。 系統(tǒng)結構 白山大型梯級水電廠遠方集中控制計算機監(jiān)控系統(tǒng)結構是在認真分析研究國內外最新計算機硬件產品、軟件產品、網(wǎng)絡技術、實時工業(yè)控制產品與未來發(fā)展趨勢，根據(jù)白山發(fā)電廠的具體情況，在水科院自動化所H9000分布開放式計算機控制系統(tǒng)的標準模式基礎上，結合當前計算機技術、網(wǎng)絡技術的最新發(fā)展，在一個較高起點的基礎上設計的一種全新的、分層分布開放式高速網(wǎng)絡型冗余梯級計算機監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有良好的可靠性、可擴充性、可移植性，并支持異型機網(wǎng)絡互聯(lián)。 白山大型梯級水電廠遠方集中控制計算機監(jiān)控系統(tǒng)由三個子系統(tǒng)組成：樺甸梯調中心計算機監(jiān)控系統(tǒng)(簡稱樺甸系統(tǒng))、白山電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)(簡稱白山系統(tǒng))、紅石電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)(簡稱紅石系統(tǒng))。整個系統(tǒng)采用分層分布的系統(tǒng)結構，共分三層：樺甸調度中心層（CCL）、白山(紅石)站級監(jiān)控層（PCL）以及現(xiàn)地控制單元層（LCL）。三個子系統(tǒng)之間通過遠程網(wǎng)絡實現(xiàn)互連。系統(tǒng)遠程網(wǎng)絡采用快速以太網(wǎng)方案作為自動化系統(tǒng)長距離高速通信網(wǎng)絡的主干網(wǎng)絡方案。 現(xiàn)地控制單元由高檔工業(yè)控制微機和可編程控制器組成，工業(yè)控制微機完成與主機的網(wǎng)絡通信及與現(xiàn)場PLC等通信，PLC完成數(shù)據(jù)采集和控制功能。采取現(xiàn)地控制單元與專用功能裝置既相互配合、又相互獨立的設計原則，以提高系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的整體性。 白山大型梯級水電廠實施本系統(tǒng)工程后，形成了一個完整的開放冗余網(wǎng)絡型分層分布的梯級電站實時閉環(huán)過程控制系統(tǒng)，既可通過梯調中心的計算機系統(tǒng)實現(xiàn)整個梯級的集中遠方監(jiān)控，現(xiàn)地無人值班，也可由各電站的廠級監(jiān)控系統(tǒng)獨立完成本站的閉環(huán)自動控制功能。 系統(tǒng)配置 系統(tǒng)的上位機各工作站均采用64位Alpha系列工作站，操作系統(tǒng)選用Tru64 UNIX（原Digital UNIX）。LCU的主機及通信服務器和語音報警裝置等采用抗惡劣環(huán)境的高檔實時工業(yè)控制微機，操作系統(tǒng)采用微軟公司的Windows NT，具有較強的網(wǎng)絡功能，支持TCP/IP網(wǎng)絡互聯(lián)通信。 LCU的數(shù)據(jù)采集控制裝置采用美國GE Fanuc公司的9070可編程序控制器，其中白山電站機組控制單元采用9070 的雙CPU熱備系統(tǒng)結構，Genius總線作為現(xiàn)場I/O總線，完成各種數(shù)據(jù)采集和控制工作。此外，LCU單元還配置有獨立的智能裝置，自動準同期完成機組的自動并網(wǎng)，溫度巡檢裝置完成機組溫度采集及報警，機組測速裝置，交流采樣裝置等。 系統(tǒng)具體配置如下。 1． 梯調中心系統(tǒng) 設數(shù)據(jù)庫管理機兩臺，操作員工作站三臺(帶雙屏顯示器)，工程師工作站一臺，培訓仿真系統(tǒng)一套，通信服務器兩臺，模擬屏驅動與語音報警裝置一套(可電話語音報警)，打印服務器兩臺，GPS時鐘一臺；網(wǎng)絡設備采用雙DEC hub900 MultiSwitch機箱冗余結構，配有以太網(wǎng)交換機模塊和路由器模塊；交換式以太網(wǎng)采用屏蔽雙絞線。 2． 白山電站計算機監(jiān)控系統(tǒng) 采用雙重冗余光纖網(wǎng)絡結構，分現(xiàn)地單元層(LCL)和中央控制層(PCL)兩層。PCL層設數(shù)據(jù)庫管理機兩臺，操作員工作站兩臺(帶雙屏顯示器)，工程師工作站一臺，模擬屏驅動與語音報警裝置一套(可電話語音報警)，打印服務器兩臺，GPS時鐘一臺，光纖網(wǎng)絡設備采用交換式DEC hub900 MultiSwitch機箱冗余結構，配有DEC RouteAbout Access EW路由器、快速以太網(wǎng)交換機和以太網(wǎng)交換機模塊。根據(jù)運行需要，在白山左岸廠房的控制室另設操作員工作站一臺。 白山LCL層共設有九臺LCU，其中白山右岸設有三臺機組LCU、開關站LCU和公用單元LCU共五臺LCU，白山左岸設有兩臺機組LCU、開關站LCU和公用單元LCU共四臺LCU。 九臺LCU之間無數(shù)據(jù)交換，所有采集的數(shù)據(jù)和報警信息均上傳給上位機，由上位機接收所有九臺LCU的數(shù)據(jù)，而上位機的控制命令也是分別發(fā)送給各LCU主機。 3． 紅石電站計算機監(jiān)控系統(tǒng) 采用雙網(wǎng)冗余結構，分現(xiàn)地單元層(LCL)和中央控制層(PCL)兩層。PCL層設數(shù)據(jù)庫管理機兩臺(兼作操作員工作站)，工程師工作站一臺，打印服務器兩臺，GPS時鐘一臺，語音報警裝置一套(可電話語音報警)，光纖網(wǎng)絡設備采用雙hub90集線器機箱冗余結構，配有RouteAbout Access EW路由器和光纖以太網(wǎng)模塊。以太網(wǎng)中央控制層采用屏蔽雙絞線，現(xiàn)地單元層為光纖雙網(wǎng)?，F(xiàn)地單元層共設有六套LCU，其中四套機組LCU、一套開關站LCU和一套公用單元LCU。 全廠設有語音報警裝置，該裝置配置有一塊電話語音卡，在事故時能發(fā)出事故語音信號，提示運行人員。當無人值班時，可通過設置的電話號碼進行電話語音報警和啟動尋呼機；并具有電話查詢功能，能自動通報設備運行狀態(tài)。 系統(tǒng)功能 系統(tǒng)主要功能如下。 1.系統(tǒng)采用全分布的數(shù)據(jù)庫結構，具有遠方集中控制功能軟件包因大型梯級水電廠監(jiān)控系統(tǒng)層次多，結構復雜，系統(tǒng)開發(fā)了較完善的梯級水電廠控制權管理和用戶授權管理功能，優(yōu)化了系統(tǒng)功能分布，保證了控制操作的可靠性與一致性。系統(tǒng)可靠的遠程高速網(wǎng)絡和開發(fā)的梯級網(wǎng)絡通信軟件保證了對梯級電站各控制點和監(jiān)視點進行實時監(jiān)控功能的實現(xiàn)，通信采用的不變不送，變位搶送與定時全送相結合的方式，減少了網(wǎng)絡資源的占用，提高了系統(tǒng)的實時性，保證在梯調中心可實時監(jiān)控梯級電站所有的現(xiàn)場信息，這與以前的低速系統(tǒng)具有本質的區(qū)別，操作員在梯調中心站看到的信息與在電站現(xiàn)場操作員工作站上的信息完全一致且?guī)缀跬瑫r，因而在梯調中心實現(xiàn)了所有監(jiān)控功能。系統(tǒng)功能分布合理，并提供了完善的開發(fā)與維護工具軟件系統(tǒng)。 2.AGC畫面參數(shù)齊全 AGC畫面具有的參數(shù)有目標頻率、各站水位、機組禁運區(qū)、機組運行上下限等，并且可方便地進行設置點的操作。 白山發(fā)電廠的AGC主要是利用其調頻功能，隨著加入AGC機組數(shù)量的增加，AGC的調頻功能顯得越來越穩(wěn)定，完全可以達到東北電網(wǎng)頻率要求50±0.1Hz的標準，且調節(jié)過程比較平穩(wěn)，機組負荷分配均勻。一般情況下，與調度給定目標頻率的偏差均控制在±0.05Hz之內。AGC調頻的成果是顯著的。機組開機速度快、過程平穩(wěn)，停機動作順暢。各元件動作正常，開、停機過程中發(fā)現(xiàn)問題時，信息清楚，處理方便。越限檢查、開停機監(jiān)視、機組運行實時狀況監(jiān)視、報警信息等方面，能夠全面的反映現(xiàn)場故障。上下位機反映的信息一致。 3.系統(tǒng)具備事故追憶功能 在現(xiàn)場設備出現(xiàn)事故時，系統(tǒng)記錄下主輔設備的各種狀態(tài)，形成曲線和數(shù)據(jù)，為事后的事故分析提供參考數(shù)據(jù)。在該系統(tǒng)第一批現(xiàn)場施工時，事故追憶文件就記錄了實際現(xiàn)場的事故動作及主輔設備的一些數(shù)據(jù)變化。 系統(tǒng)特點 系統(tǒng)的特點可歸納為： ●梯級水電廠遠方集中控制計算機監(jiān)控系統(tǒng)按現(xiàn)場無人值班（少人值守）設計。 ●梯級水電廠監(jiān)控系統(tǒng)不僅應具有可靠、完善的監(jiān)控功能，而且還應具有良好的開放性，以確保系統(tǒng)的可擴性、移植性，以保護用戶的硬、軟件投資。 ●主要設備采用冗余配置，雙主機雙網(wǎng)絡雙通道。保證大型梯級水電廠的高可靠性要求。 ●PLC采用雙CPU主/備冗余配置，保證數(shù)據(jù)采集控制設備的可靠性。 ●系統(tǒng)的主干網(wǎng)采用開放式冗余高速網(wǎng)絡，以防止通信瓶頸的出現(xiàn)，保證梯調中心系統(tǒng)的實時性。 ●系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用全分布的系統(tǒng)結構，保證任何局部設備的故障均不影響系統(tǒng)總體功能的實現(xiàn)，提高系統(tǒng)的可靠性和實時性并減少系統(tǒng)網(wǎng)絡資源的占用。 ●完善的梯級水電廠控制權切換管理和用戶授權管理功能。 ●LCU采用雙光纖以太網(wǎng)，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力。 結論 系統(tǒng)在國內水電站首次采用了具有國際先進水平的快速以太網(wǎng)技術，并開發(fā)了可靠、高效的梯級網(wǎng)絡通信軟件，實現(xiàn)了傳輸距離為100公里以上，速率為100Mb/s的長距離網(wǎng)絡互聯(lián)，突破了網(wǎng)絡通信距離的限制，成功地實現(xiàn)了調度中心對電站的全面遠方實時監(jiān)控。 現(xiàn)地控制單元采用抗惡劣環(huán)境的實時工業(yè)控制微機，雙機冗余的9070 CPU可編程控制器，并采用主/備PLC 冗余技術實現(xiàn)主、備機之間的無擾動的自動切換，滿足了大型水電機組對系統(tǒng)可靠性的要求。 系統(tǒng)提供了較為完善的開發(fā)與維護工具軟件系統(tǒng)，標準化程度高，交互式圖形開發(fā)軟件，具有較強的組態(tài)功能，全鼠標驅動，面向目標操作，所見即所得，人機界面友好，易于掌握，操作使用靈活方便，完全滿足了水電站監(jiān)控系統(tǒng)對圖形及人機聯(lián)系開發(fā)設計的要求。 樺甸、白山、紅石梯級水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)功能比較完善，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，通過采用冗余技術，操作控制正確可靠，其中現(xiàn)地開停機成功率為100%，遠方開停機成功率為100%，AGC動作正確率達到100%，系統(tǒng)可用率高。 |
