谈江口水电厂计算机监控系统改造方案

论文导读：江口水电厂原计算机监控系统及存在的理由进行介绍，提出了双CPU双网接入方案（两种）和单CPU单网接入方案两大类，通过对三个方案的分析比较，推荐了一个最优方案。关键词：江口水电厂；监控系统；改造方案探讨1前言江口水电厂位于江西省赣江支流袁河中游，新余市河下镇上游。制约流域面积3900k㎡，正常蓄水位库容8.9亿m3
摘 要：对江口水电厂原计算机监控系统及存在的理由进行介绍，提出了双CPU双网接入方案（两种）和单CPU单网接入方案两大类，通过对三个方案的分析比较，推荐了一个最优方案。
关键词：江口水电厂；监控系统；改造方案探讨
1 前言
江口水电厂位于江西省赣江支流袁河中游，新余市河下镇上游。制约流域面积3900k㎡，正常蓄水位库容8.9亿m3，为不完全年调节水库，是一座以发电为主，兼有防洪、灌溉、给水、旅游等综合利用的大型水利枢纽工程。电厂1958年破土动工，1964年后四台机组相继投产发电，是我省首批投资建设的水电厂。江口水电厂现装机容量4×10MW， 1、2号机为轴流定桨式水轮发电机组，3、4号机为轴流转桨式水轮发电机组。设计水头16米，多年平均发电量1亿kWh。但由于运转时间较长，机电设备老化严重，虽然经过多次机电设备改造，包括2006年进行过机组计算机监控改造，由于没有按照计算机监控规范统一规划，改造效果不尽如人意。随着社会经济的快速发展和水电厂微机监控技术的普及和成熟，水电厂自动化已经进入到全厂微机监控的时代。江口水库为不完全年调节水库，机组保证出力较高，实施微机监控改造将有利于提高该电厂参与电网的峰谷发电的能力；有利于电厂实现机组的快速操作，实现与电网实时互动，保障高质量的发电运转；同时还有利于减少运转人员、降低运转成本，提高工作效率，更好地保障机组的安全运转，提高机电设备的可靠性。
2 原监控系统介绍
江口水电厂计算机监控系统为南瑞自动制约公司2000年代的产品，电站级制约主要配置有两台互为备用的操作员工作站，一台工程师工作站，一台网络通讯机，一台WEB浏览服务器，模拟屏，操作员工作站采用的是WINDOWS NT的操作系统，上位机软件采用的是EC2000，下位机采用的是MB1000智能可编程制约器为主的SJ-600监控系统。
3 理由分析

3.1 系统配置低

上位机系统工作站的硬件和软件版本太低，维护不方便。工作站采用的WINDOWS NT系统，运转速度慢，安装系统需要较长的时间，历史数据库查询数据不完整，当设备发生故障时，不能记录下故障发生的相关数据。工作站中的硬盘、CPU、内存容量不足，运转速度慢，显示器还是老式的台式显示器，经常由于元器件老化而引起的显示器故障。与中调通讯的服务器还采用CDT通讯规约，服务器运转年限较长，会由于各种理由照成通讯中断的现象，影响了数据传输的稳定性。

3.2 无备件更换

SJ-600监控系统中所用MB1000系列的板件由于厂家的更新换代，已经不生产了，即使将板件返厂修理，但由于零件备件缺失也无法修理，因此大大的影响了系统运转的可靠性。

3.3 自动化水平低

目前电厂机组的制约方式是微机监控+常规制约模式，微机监控与常规的水机自动盘、常规仪表以及继电器并存，整体自动化水平处于一个较低水平，未能达到规范规定的水电厂的自动化要求。
4 监控系统改造方案探讨

4.1 系统结构和配置

4.

1.1 系统结构

计算机监控系统采用基于以太网的分层分布、开放式结构，有主控级和现地制约单元级两级。

4.

1.2 主控级结构和配置

（1） 2台操作员工作站 采用原装工控机工作站2台，互为热备用，由网络系统软件监测并自动进行切换。
整个系统配置二套主机兼操作员工作站，双机冗余，互为热备用。监控主机功能包括对整个电厂计算机监控系统的管理，AGC、C功能，数据库的管理，图表及曲线的生成、事故故障信号的分析处理、在线及离线的计算、定值修改、语音报警等。主要有图形显示、全厂运转监视和制约功能。主机兼操作员工作站布置于中控室的操作台内。
（2） 1台调度通讯工作站
通讯工作站主要用于完成与上级调度通信，
（3）1台厂内通讯工作站
与水情系统、五防闭锁及工业电视监控等系统的接口。
计算机监控系统设一套语音报警系统，与通讯工作站相联，系统可以在中控室对电厂故障和事故发语音告警信号及音响报警。
（4） 1台工程师工作站
采用原装工控机，主要用于修改定值、增加和修改画面，并可进行系统维护、软件开发工作及远程维护诊断等。此外还可用于离线设置参数、对运转人员进行仿真培训，布置于中控室的操作台。
（5） 1台网络激光打印机。
用于报表、操作及报警历史记录、文件和图纸等资料的打印。
（6） 1套GPS卫星时钟系统
整个系统配置一套多串口GPS卫星时钟，通过串口与主机兼操作员工作站相连发送对时信号，使全厂同步在同一时间内，完成整个监控系统的精确对时。
（7） 1套光纤网络设备
整个系统所选用的网络设备主要是100M工业级网络交换机，有24个100M RJ45接口。
（8） 2台3KVA逆变模块
电厂制约层电源配置两台逆变电源模块，为上位机层等其它设备提供电源。
4.

1.3 现地制约单元及结构与配置

单元制约级按制约对象性质分为机组制约单元、公用开关站制约单元。全厂共设置5个现地制约单元（LCU），即4台机组各设置1台LCU柜，公用开关站设备设置1台LCU柜。
机组LCU主要由一体化工控机PLC、电量采集装置、自动准同期装置、温度巡检装置和不间断电源（500VA）组成。

4.2 系统改造方案

4.2.1 方案一：采用高档次的PLC（Quantun/GE90-70）作为现地制约单元的核心部件，其CPU采用双冗余结构，采用高档次进口以太网交换机作为汇接设备，机组LCU的CPU以双接口方式接入以太网交换机。其特点是PLC硬件方式解决双CPU冗余理由，可靠性很高。机组LCU的CPU硬件故障情况下可热插拔而不影响机组正常运转，然而设备造价也较高，每台机组LCU 为2面屏。而江口水电厂现场只有一面自动屏更换，增加屏位受限。
4.2.2 方案二：采用中等档次的PLC（如Premium（CPU模块TSX P57 3634M，其他模块应使用同档次的）/GE90-30），PLC单CPU接入100M工业以太网交换机。其特点是PLC的CPU没有冗余，CPU硬件故障情论文导读：，可靠性不如方案一。其优点是机组LCU柜PLC（Premium/GE90-30）的I/O容量超过1000点，江口水电厂每套LCU的信息采集量不超过500点，满足信息量采集要求；且每台机组LCU柜仅1面屏，不增加机旁屏数量。4.2.2方案三：采用中等档次的PLC（如premium/GE90-30），双CPU双网冗余方式接入100M工业以太网交换机。与前两个方案相比，方案三的
况下该台机组需要停机检修，可靠性不如方案一。其优点是机组LCU柜PLC （Premium/GE90-30）的I/O容量超过1000点，江口水电厂每套LCU的信息采集量不超过500点，满足信息量采集要求；且每台机组LCU柜仅 1面屏，不增加机旁屏数量。
4.2.2 方案三：采用中等档次的PLC（如premium/GE90-30），双CPU双网冗余方式接入100M工业以太网交换机。与前两个方案相比，方案三的可靠性和经济性居中，无需要增加机组LCU屏数量。次方式核心技术是以软件技术来解决PLC中双CPU冗余。此方案的可靠性取决于集成商冗余软件技术开发能力。如果冗余软件不成熟，CPU故障切换时容易产生丢失数据，起不到冗余作用，将直接影响机组运转可靠性。

4.3 结论

从以上三种改造方案的比较来看，各有优势和劣势，但就江口水电厂改造的总体部署，方案二采用的premium档次PLC，单CPU单网，其结构简单、经济适用，可靠性居中，且不需增加机旁屏位，改造费用较低，可以满足目前江口水电厂监控系统改造的要求，故作为推荐方案。