电站计算机监控系统优化方案

3.10.7.1 计算机监控系统的功能和特点

计算机监控系统具有数据自动采集和处理，运行监视，事件顺序记录，事故、故障报警及记录，事故追忆和相关量记录，控制操作和负荷调节，操作指导，自动发电控制（AGC），自动电压控制（AVC），统计报表，人机交互，ONCALL功能，对外与中调、网调通信，厂内通信，系统自诊断，历史数据库，操作培训软件开发和维护等功能。计算机监控系统是电站自动控制和管理的核心，直接决定着电站的安全生产和高效运行。建设规划好电站计算监控系统及控制流程，意义重大。

分析抽水蓄能电站与常规水电的不同，有利于提高抽水蓄能电站计算机监控系统的功能。弄清蓄能电站的运行方式，控制要求，有利于规划设计抽水蓄能电站控制流程。与常规水电站相比，抽水蓄能电站运行方式多、工况复杂，监控系统的测点将显著增加；电力系统对其可用性及响应性要求高，需要能随时快速可靠地响应电网运行的要求；机组启停频繁，对计算机监控系统可靠性和操作成功率要求更高。水泵工况的启动方式一般采用变频启动或“背靠背”拖动方式，两种启动方式都要涉及电站2台设备（如2台机组或1台机组与1个SFC）的同时协调控制问题，增加了控制复杂性和协调动作要求；在“背靠背”启动方式时，要求协调、控制好拖动机组和启动机组相应的导叶开度、励磁电流，以及两机组间的转速差等参数，以便成功启动；为减少抽水工况启动过程中的功耗，通常采用压水启动方式。计算机监控系统需重点关注压水、回水、转轮造压等转换流程，正确监视转轮室压气位置及相应气压；同期时需监视或控制的参数已不仅只是被启动机组本身的导叶开度和励磁电流，而且还包括拖动机组的转速或SFC频率等；需监视或控制的参数已不仅只是被启动机组本身的导叶开度和励磁电流，而且还包括拖动机组的转速或SFC频率等。SFC抽水并网和“背靠背”抽水并网不同于发电并网，并网电压相序需要切换，同期装置需能针对性地设置多种同期模式。

总之，抽水蓄能电站计算机监控系统的功能，除应有常规电站相类似的功能外，还应充分考虑其机组控制逻辑复杂、监视信息量大、机组启停频繁等特点，确保计算机监控系统的可用性、及时性、可靠性、安全性等。

3.10.7.2 呼蓄电站计算机监控系统结构与配置

呼蓄电站计算机监控系统为ABB Industrial IT，其上位机控制软件为ABB的800x A Power Generation Portal（PGP），现地控制器组态软件为Control Builder系统。采用“双星形”冗余网络，系统软硬件按分层、分布式开放结构配置，由现地控制单元、厂站控制层设备两部分组成。电站控制层与现地控制单元（LCU）之间采用100Mb/交换式冗余以太环网进行通信，通信协议为OPC Server网络协议。

现地控制单元设备包括8套LCU，现地控制单元与其他计算机控制子系统之间通过现场总线进行信息交换，现地控制单元与其他计算机控制子系统之间通过现场总线进行信息交换。对于无法采用现场总线进行通信的设备采用硬布线I/O进行连接。另外，对于重要的安全运行信息、控制命令和事故信号除采用现场总线通信外，还通过I/O点直接连接，以实现双路通道通信，确保通信安全。厂站级主控制层设备包括2套数据服务器、2套操作员工作站、1套工程师工作站、1套远方工作站、1套值守工作站、3套通信服务器、1套培训工作站、UPS电源及模拟屏等设备。操作员工作站和模拟屏设在中控室，培训工作站设在培训室，值守工作站设在地面值守室，远方工作站设在市区办公区（呼和浩特市区办公区距离电站20km）。其余设备均布置在计算机室。呼蓄电站计算机监控系统结构图如图3.10.15所示。

呼蓄电站计算机监控系统全面应用冗余配置，监控系统网络配置采用100M双星型冗余光纤网，系统设备均连接到两个冗余网络上，整个网络配置结构清晰，方便检修维护，集安全性、灵活性、可靠性为一体。机组、开关站现地控制单元采用两个双CPU控制器冗余，其他现地控制单元采用单个双CPU控制器自冗余，现地控制单元均采用双电源配置；同期采用自动同步为主手动同步备用；电站上位机各节点设备采用双机热备冗余配置，如主机服务器、操作员工作站、通信工作站等冗余配置的双机系统，同时运行相同的任务，备机一般不输出任何数据，但相互自检、相互备用，当检测发现主机故障时，备机自动转换为主机运行。

（1）主机服务器。主机服务器为2套，型号为HP 580G7，CPU为Intel Xeon E5620，主频2.0GHZ。每套服务器配置32GB RAM的内存、2个300GB双端口热插拔的SAS硬盘、2个双以太网10/100/1000Mbps接口卡。

2台主机以互为热备方式工作，完成对整个电站设备运行的管理、AGC/AVC计算和处理、数据库管理、在线及离线计算、各图表曲线的生成，以及事故、故障信号的分析处理等。正常时，1台为主机，完成监视控制任务，另1台则为备用，进行正常监视；当主站故障或退出时，备用站可自动或手动升为主站，完成监控任务。

（2）工作站。操作员工作站为2套、值守工作站1套、远方工作站1套、工程师工作站1套、培_训工作站1套，以上6套工作站型号相同，均为HP Z820工作站。CPU为四核至强E5 -2609，主频为2.4GHz，每套配置内存为2.0GB、硬盘为300GB SAS硬盘、双以太网10/100/1000Mbps接口卡。

操作员工作站完成对电站的远方监视和远方AGC闭环控制，优化调度管理，随时接受内蒙古自治区中调的调度命令，发布操作控制命令，设定与更改工作方式，AGC/AVC计算和处理，数据库管理等功能。2套工作站为双机冗余结构，以互为热备用方式工作，可同时工作，同时接受各种实时数据，更新数据库，数据库内容时刻保持一致；可互相监视，1台完成监视控制任务，另1台则进行正常监视。当监控工作站故障时，监视工作站自动升为监控工作站。

值守工作站、远方工作站分别布置在地面值守室、市内办公区，可实现对电站实时运行监视和控制。电站设备稳定运行后，将在地面值守室实现“无人值班”（少人值守），远景要实现在远方工作站监视、控制操作电站设备运行。

工程师工作站供系统专责工程师使用，用于系统开发、编辑和修改应用软件、建立数据库、系统初始化和管理、检索历史记录、系统故障诊断等工作。

图3.10.15　呼蓄电站计算机监控系统结构图

培训工作站用于对电站人员进行仿真培训与软件练习。可提供与电站完全相同的操作环境、设备运行环境作为培训环境。(www.xing528.com)

（3）通信工作站。厂内通信工作站1套，对外通信工作站2套，型号均为HP 388G7服务器，CPU四核至为E5 -2609，主频为2.4GHz，配置内存为4.0GB、硬盘为2块300GB SAS硬盘、双以太网10/100/1000Mbps接口卡。

厂内通信工作站，用于实现与MIS系统、工业电视系统、火灾报警系统等有关子系统的通信。其余两套互为热备用，用于完成与内蒙古自治区中调和华北网调的调度通信管理。配置2套路由器，分别实现系统与内蒙古自治区中调度所和华北网调间的网络通信，用于与华北网调主、备“双平面”通信及内蒙古自治区网调的主通信信道。配置1套电力MODEM，用于与内蒙古自治区网调的备用信道。

（4）历史数据服务器。历史数据服务器1套，型号为HP 388G7，配置同通信管理机。另配有1套磁盘阵列，采用HP Storage Works P2000 G3模块化存储阵列控制器。配置有300GB SAS硬盘4块，加上服务器自带的2块300G SAS硬盘，大致可以电站计算机监控系统4～5年历史数据的保存。

（5）网络设备。电站主控级配置2套德国赫斯曼Mice3000交换机系统。现地级各LCU均配置2套德国赫斯曼RS2-FX/FX工业以太网交换机。主交换机、各LCU交换机通过光纤构成双星形全分布交换式100MB冗余以太网。

（6）现地控制单元。现地控制单元层共设8套现地控制单元（LCU）。1～4LCU分别用于4台机组监视控制，包括相应机组单元的继电保护系统、励磁系统、调速系统、进水阀及其附属设备、主变及冷却系统等；5LCU用于变频启动装置（SFC）、500kV GIS和500kV线路以及水泵工况“背靠背”启动、SFC启动跳闸矩阵功能；6LCU用于全站公用设备，包括供、排水系统和中、低压压缩空气系统，以及交流和直流电源系统等设备；7LCU用于上水库，包括上水库的进（出）水口事故闸门、水位测量系统、交流和直流电源系统；8LCU用于下水库，包括尾水管事故闸门、下水库水位、水温测量系统、地面副厂相关系统、泄洪排沙洞设备等。

现地控制单元选用电力应用广泛的ABB AC800M控制器作为电站现地控制器。该控制器系由ABB公司的DCS系统发展、演变过来，其硬件可靠性高，软件功能强，尤其适合抽水蓄能电站这种运行环境复杂的系统控制。与传统PLC相比，AC800M控制器系统设计采用DCS技术，系统整体功能优于PLC；采用专门的RISC结构CPU，系统速度快，功耗低，可靠性高；采用自然通风散热，避免了风扇等易出故障环节；系统开放程度高，支持的外部总线种类多。与AC800M配套的所有I/O点均采用ABB S800 I/O模块采集实现。机组LCU、开关站LCU均采用2套AC800M双机热备系统，2套间通过网络实现资源共享。每套双机热备控制器包括双机热备控制器CPU单元及S800 I/O模件。

LCU控制器型号为PM866A。采用Super Scalar RISC微处理器，主频133MHz，内存为64M RAM，可带12个通信模件，有2个以太网通信端口。S800 I/O系统全部通过本地光纤Module总线连到冗余的AC800M控制器上，AC800M的机架内配置了冗余的Modular接口模件。S800 I/O各模板全部为智能I/O模件，并支持带电热插拔。机组LCU采用2个双CPU的PM866A冗余配置，另配备1个PM851A作为水机后背保护小PLC；开关站LCU采用2个双CPU的PM866A冗余配置；其他LCU采用1个双CPU的PM866A冗余配置。

3.10.7.3 运行情况

自2014年10月首台机组投产以来，呼蓄电站计算机监控系统已运行两年有余，运行情况良好，取得了显著效果，主要表现在以下几个方面。

（1）提高了值班人员工作效率，改善了值班人员工作环境，为实现“无人值班，少人值守”创造了条件。

（2）监控系统采集的信息量大，实时性强。分辨率高，故障、事故、越限、状态变化、事故追忆等实时和历时事情自动记录并存储，记录各种操作和保护的动作时序，为值班人员及时发现设备缺陷，避免设备发生事故起到了积极的预防作用；对事故原因分析及消除事故隐患提供了充分的依据。

（3）系统具有操作指导和控制闭锁的功能。系统拒绝执行非法的命令和不满足闭锁条件的指令，并提示拒绝执行的具体原因，对满足条件的操作，还要求进行确认，系统才进行任务执行，提高了操作的安全性和可靠性。

（4）运行可靠、响应及时。机组从静止到满载发电转换时间不大于150s，从静止到满载抽水转换时间不大于460s，从满载抽水转满载发电转换时间不大于400s，从抽水（发电）调相到抽水（发电）转换时间不大于120s，从抽水（发电）到抽水（发电）调相转换时间不大于80s，有力地满足了电网调峰填谷、调频调相、事故备用的快速要求，为电网的安全运行提供了保障。系统具有高可靠性、高稳定性，电站计算监控系统自投运以来，极少发生主要设备损坏、系统“死机”等工作，系统连续工作时间长、利用率高，为安全生产提供了可靠保障。

3.10.7.4 小结

呼蓄电站计算机监控系统充分采用了现代计算机控制的各种先进技术，如开放性和可扩展性好、分层分布结构、多重冗余技术和现场总线技术等，能实现容错功能和系统冗余功能，最大限度地保证了电厂的安全、高效运行。自2014年10月首台机组投产以来，电站计算机监控系统已运行2年有余，系统安全稳定、响应及时准确，有力地保证了电站的安全生产。呼蓄电站是三峡集团首座抽水蓄能电站，对呼蓄电站的建设者来说，从常规到特殊，从无到有，从了解到掌握，一直在不断的成长中，电站计算监控系统控制流程也一直在不断优化。