馮國禎 內(nèi)蒙古呼和浩特抽水蓄能發(fā)電有限公司
摘 要：呼和浩特抽水蓄能電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)滿足了電站按“無人值班”（少人職守）模式運(yùn)行管理的需要，實(shí)現(xiàn)了“四遙”遠(yuǎn)方通訊功能，該計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用雙環(huán)形光纖冗余以太局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟硬件采用分層分布開放式配置，代表了國內(nèi)水電站計算機(jī)監(jiān)控技術(shù)的主流發(fā)展趨勢。
關(guān)鍵詞：計算機(jī)監(jiān)控；無人值班; 冗余；呼和浩特抽水蓄能電站
1.電站概述
呼和浩特抽水蓄能電站位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市東北的大青山脈哈拉沁溝下游峽谷內(nèi)，距呼和浩特市約20km。電站建設(shè)4臺300MW立式單級可逆式蓄能機(jī)組，總裝機(jī)容量1200MW。電站按一回500kV線路接入呼東變電站，再并入蒙西電網(wǎng)。發(fā)電電動機(jī)與主變壓器組合方式采用聯(lián)合單元接線，機(jī)端設(shè)有勵磁變壓器，發(fā)電機(jī)勵磁采用自并勵勵磁方式，每臺發(fā)電機(jī)出口裝設(shè)短路器，500kV高壓側(cè)接線采用不完全單母線加跨條的地下GIS方案。電站投入運(yùn)行后，在系統(tǒng)中將承擔(dān)調(diào)峰、填谷及緊急事故備用的任務(wù)，同時兼有調(diào)頻、調(diào)相的作用。
2 .計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
呼和浩特抽水蓄能電站系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用雙環(huán)形光纖冗余以太網(wǎng)絡(luò)，選用適應(yīng)水電控制的ABB Industrial IT系統(tǒng)，其上位機(jī)控制軟件為ABB的 800xA PowerGeneration Portal (即PGP)，現(xiàn)地控制器組態(tài)軟件為Control Builder系統(tǒng)。
系統(tǒng)軟硬件按分層分布開放式配置，通訊協(xié)議選用TCP/IP協(xié)議，操作員工作站和其它人機(jī)界面工作站均采用WindowsXP操作系統(tǒng)。電站監(jiān)控系統(tǒng)共分二層，即廠站級主控制層和現(xiàn)地控制單元層。廠站級主控制層和現(xiàn)地控制單元層之間采用快速交換式雙以太網(wǎng)絡(luò)總線，通訊介質(zhì)采用雙100MB網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和光纖，具有較高傳輸和良好的抗電磁干擾能力。100MB網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)通過高品質(zhì)屏蔽雙絞線介質(zhì)連接主控層的各個工作站，通過多模光纖分別連接現(xiàn)地層分布的各LCU單元。系統(tǒng)配置見圖1。
廠站級主控制層設(shè)備包括2套主機(jī)、2套操作員工作站、1套工程師工作站、1套遠(yuǎn)方工作站、1套值守工作站、3套通信服務(wù)器、1套培訓(xùn)工作站、UPS
電源及模擬屏等設(shè)備。操作員工作站和模擬屏設(shè)在中控室，培訓(xùn)工作站設(shè)在培訓(xùn)室，值守工作站設(shè)在地面值守室，遠(yuǎn)方工作站設(shè)在呼市廠辦公區(qū)（呼市廠辦公區(qū)離電站十五公里）。其余設(shè)備均布置在計算機(jī)室。
3 .計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要硬件配置
主機(jī)服務(wù)器為2套，型號為HP Rx2620-2。CPU為雙64位Intel Itanium，主頻1.
6GHZ。每套服務(wù)器配置8.0GB RAM的內(nèi)存、4個73GB可熱插拔的SCSI硬盤、2個雙以太網(wǎng)10/100/1000Mbps接口卡。
2臺主機(jī)以互為熱備方式工作，完成對整個電站設(shè)備運(yùn)行的管理、AGC/AVC計算和處理、數(shù)據(jù)庫管理、在線及離線計算、各圖表曲線的生成、以及事故、故障信號的分析處理等。正常時，1臺為主機(jī)，完成監(jiān)視控制任務(wù)，另1臺則為備用，進(jìn)行正常監(jiān)視；當(dāng)主站故障或退出時，備用站可自動或手動升為主站，完成監(jiān)控任務(wù)。
3．2 操作員工作站
操作員工作站為2套，型號為HP Workstation XW8200，CPU為雙64位INTEL XEON，主頻為3.2GHz，每套配置內(nèi)存為1.0GB、硬盤為14
6GB SCSI硬盤、雙以太網(wǎng)10/100/1000Mbps接口卡。
操作員工作站完成對電站的遠(yuǎn)方監(jiān)視和遠(yuǎn)方AGC閉環(huán)控制，優(yōu)化調(diào)度管理，隨時接受內(nèi)蒙中調(diào)的調(diào)度命令，發(fā)布操作控制命令、設(shè)定與更改工作方式、優(yōu)化運(yùn)行AGC/AVC計算和處理，數(shù)據(jù)庫管理等功能。2套工作站為雙機(jī)冗余結(jié)構(gòu)，以互為熱備用方式工作，可同時工作，同時接受各種實(shí)時數(shù)據(jù)，更新數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫內(nèi)容時刻保持一致；可互相監(jiān)視，1臺完成監(jiān)視控制任務(wù)，另1臺則進(jìn)行正常監(jiān)視。當(dāng)監(jiān)控工作站故障時，監(jiān)視工作站自動升為監(jiān)控工作站。
3．3 值守工作站和遠(yuǎn)方工作站
值守工作站、遠(yuǎn)方工作站各1套，配置相同。型號為HP Workstation XW8200，CPU為64位INTEL XEON，支持雙CPU，主頻為3.2GHz，每套配置內(nèi)存為1.0GB、硬盤為14
6GB SCSI硬盤、雙以太網(wǎng)10/100/1000Mbps接口卡。可在地面值守室及市內(nèi)廠辦公區(qū)實(shí)現(xiàn)對電站實(shí)時運(yùn)行監(jiān)視和控制。電站設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行后，將在地面值守室實(shí)現(xiàn)“無人值班”（少人值守），遠(yuǎn)方工作站供電站管理人員遠(yuǎn)方隨時了解電站運(yùn)行情況。
3．4 工程師工作站
工程師工作站為1套，型號為HP Workstation XW8200，CPU為64位INTEL XEON，支持雙CPU，主頻為3.2GHz，每套配置內(nèi)存為1.0GB、硬盤為14
6GB SCSI硬盤、雙以太網(wǎng)10/100/1000Mbps接口卡。工程師工作站供系統(tǒng)專責(zé)工程師使用，用于系統(tǒng)開發(fā)、編輯和修改應(yīng)用軟件、建立數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)初始化和管理、檢索歷史記錄、系統(tǒng)故障診斷等工作。
培訓(xùn)工作站為1套，型號為HP XW8200，CPU為64位INTEL XEON，支持雙CPU，主頻為3.2GHz，每套配置內(nèi)存為1.0GB、硬盤為14
6GB SCSI硬盤、雙以太網(wǎng)10/100/1000Mbps接口卡。培訓(xùn)工作站用于對電站人員進(jìn)行仿真培訓(xùn)與軟件練習(xí)�？商峁┡c電站完全相同的操作環(huán)境、設(shè)備運(yùn)行環(huán)境作為培訓(xùn)環(huán)境。
3．6 通信工作站
通信工作站設(shè)3套，型號為HP XW8200，CPU為64位INTEL XEON，主頻為3.2GHz，配置內(nèi)存為1.0GB、硬盤為14
6GB SCSI硬盤、雙以太網(wǎng)10/100/1000Mbps接口卡。
1套作為廠內(nèi)通訊工作站，用于實(shí)現(xiàn)與MIS系統(tǒng)、工業(yè)電視系統(tǒng)、火災(zāi)報警系統(tǒng)、水工建筑物監(jiān)測系統(tǒng)、水情測報系統(tǒng)、電話交換機(jī)系統(tǒng)等有關(guān)子系統(tǒng)的通信。其余兩套互為熱備用，用于完成與內(nèi)蒙中調(diào)和華北網(wǎng)調(diào)的調(diào)度通信管理。
配置2套路由器，分別實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與內(nèi)蒙中調(diào)度所和華北網(wǎng)調(diào)間的網(wǎng)絡(luò)通信，用于與華北網(wǎng)調(diào)及內(nèi)蒙網(wǎng)調(diào)的主通信信道。配置2套電力MODEM，分別實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與內(nèi)蒙中調(diào)和華北網(wǎng)調(diào)間的載波通信，用于與華北網(wǎng)調(diào)及內(nèi)蒙網(wǎng)調(diào)的備用信道。
3．7 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備
電站主控級配置2套德國赫斯曼Mice3000交換機(jī)系統(tǒng)。現(xiàn)地級各LCU均配置2套德國赫斯曼RS2-FX/FX工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)。主交換機(jī)、各LCU交換機(jī)通過光纖構(gòu)成雙環(huán)形全分布交換式100MB冗余以太網(wǎng)。
現(xiàn)地控制單元層共設(shè)8套現(xiàn)地控制單元（LCU）。1~4LCU用于機(jī)組，5LCU用于變頻起動裝置（SFC）、500kV GIS和500kV線路，6LCU用于全站公用設(shè)備，7LCU用于上水庫，8LCU用于下水庫。選用電力應(yīng)用廣泛的ABB AC800M控制器作為電站現(xiàn)地控制器。與AC800M配套的所有I/O點(diǎn)均采用ABB S800 I/O模塊采集實(shí)現(xiàn)。機(jī)組LCU、開關(guān)站LCU均采用2套AC800M雙機(jī)熱備系統(tǒng)，2套間通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)資源共享。每套雙機(jī)熱備控制器包括雙機(jī)熱備控制器CPU單元及S800 I/O模件。
LCU控制器型號為PM864。采用Super scalar RISC 微處理器，主頻96MHz，內(nèi)存為32M RAM，可帶12個通信模件，有2個以太網(wǎng)通信端口。S800 I/O系統(tǒng)全部通過本地光纖Module總線連到冗余的AC800M控制器上，AC800M的機(jī)架內(nèi)配置了冗余的Modular接口模件。S800 I/O各模板全部為
智能I/O模件，并支持帶電熱插拔。
4．監(jiān)控對象
電站監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控對象包括安裝在地下廠房、副廠房、主變洞、地面、上水庫、下水庫等區(qū)域的所有設(shè)備，主要設(shè)備如下：①4臺蓄能機(jī)組包括相應(yīng)的繼電保護(hù)系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)、進(jìn)水閥及其附屬設(shè)備；② 4臺主變壓器及冷卻系統(tǒng)；③500kV出線、500kV GIS設(shè)備、SFC變頻起動裝置；④廠用電部分、電站公用設(shè)備包括供、排水系統(tǒng)、中、低壓壓縮空氣系統(tǒng)，以及交、直流電源系統(tǒng)等設(shè)備；⑤工業(yè)電視系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等子系統(tǒng)。⑥上庫的進(jìn)/出水口事故閘門、水位測量系統(tǒng)、交、直流
電源系統(tǒng)；⑦尾水管事故閘門和下庫水位、水溫測量系統(tǒng)。
5．監(jiān)控系統(tǒng)的主要特點(diǎn)
呼和浩特抽水蓄能電站監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置采用100M雙環(huán)冗余光纖以太網(wǎng)，系統(tǒng)設(shè)備均連接到兩個環(huán)網(wǎng)上，環(huán)間采用冗余連接，整個配置集安全性、靈活性、可靠性為一體，代表了監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置的一流水平。環(huán)網(wǎng)任一節(jié)點(diǎn)故障、環(huán)間連接故障，網(wǎng)絡(luò)都能在500ms內(nèi)重新建構(gòu)，恢復(fù)正常運(yùn)行。500ms的網(wǎng)絡(luò)切換時間意味著所有運(yùn)行設(shè)備，從LCU到系統(tǒng)主機(jī)、通訊站等均“感覺”不到網(wǎng)絡(luò)的瞬時中斷，其正常運(yùn)行不受任何影響。由于系統(tǒng)設(shè)備均連接到兩個環(huán)網(wǎng)上，即使在雙重故障情況下（如一個環(huán)網(wǎng)發(fā)生兩處中斷或環(huán)間冗余連接完全中斷），整個系統(tǒng)仍能正常工作。
該監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地層選用電力應(yīng)用廣泛的ABB AC800M控制器作為現(xiàn)地控制器。該控制器系由ABB公司的DCS系統(tǒng)發(fā)展、演變過來，其硬件可靠性高，軟件功能強(qiáng)，尤其適合抽水蓄能電站這種運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜的系統(tǒng)控制。與傳統(tǒng)PLC相比，AC800M控制器系統(tǒng)設(shè)計采用DCS技術(shù)，系統(tǒng)整體功能優(yōu)于PLC；采用專門的RISC結(jié)構(gòu)CPU，系統(tǒng)速度快，功耗低，可靠性高；采用自然通風(fēng)散熱，避免了風(fēng)扇等易出故障環(huán)節(jié)；系統(tǒng)開放程度高，支持的外部總線種類多。
系統(tǒng)軟件ABB 800xA PGP及Control Build 可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)備硬件故障診斷，包括對各計算機(jī)及外圍設(shè)備、通訊接口、通道、
電源模塊等的運(yùn)行情況進(jìn)行在線和離線診斷，故障點(diǎn)能診斷到模塊，并限制故障造成的影響擴(kuò)大。對于冗余的系統(tǒng)設(shè)備，當(dāng)診斷出主用設(shè)備故障時，可自動發(fā)信號并實(shí)現(xiàn)無擾動切換到備用設(shè)備，使系統(tǒng)繼續(xù)正常運(yùn)行。當(dāng)診斷出外圍設(shè)備故障時，能自動將其切除并發(fā)信號。這樣可以使平均故障檢修時間MTTR減至最短，把故障停機(jī)時間減至最短，把綜合
自動化計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的可用率提至最高，為電廠創(chuàng)造最大的經(jīng)濟(jì)效益。
6．結(jié)語
呼和浩特抽水蓄能電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)按“無人值班”（少人職守），能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地、遠(yuǎn)方監(jiān)控的原則進(jìn)行總體設(shè)計和配置。系統(tǒng)能達(dá)到高可靠、高性能的全計算機(jī)監(jiān)控、遠(yuǎn)程維護(hù)、全網(wǎng)絡(luò)化
信息交換的水電站現(xiàn)代控制水平，可以適應(yīng)“關(guān)門電站”的發(fā)展需要，為正在建設(shè)和擬建設(shè)的其他類似抽水蓄能電站實(shí)現(xiàn)無人值班（少人職守），提供更好更完善更先進(jìn)的計算機(jī)監(jiān)控技術(shù)積累了經(jīng)驗(yàn)。
作者簡介：馮國禎：男，畢業(yè)于太原工業(yè)大學(xué)，電氣工程師，現(xiàn)從事電廠生產(chǎn)準(zhǔn)備工作。
