【豆丁推荐】-

豆 丁 推 荐 ↓
精 品 文 档
基于NC2000的小湾水电站计算机监控系统Ξ
王　超1,刁东海2,束洪春3
(1.华能小湾水电工程建设管理局,云南大理　675702;　2.南京南瑞集团公司,江苏南京　210003;
3.昆明理工大学电力工程学院,云南昆明　650051)
摘　要∶小湾水电站是澜沧江流域在建单机容量最大的水电站工程,
文章介绍了小湾水电站计算机监控系统的系统结构、功能、监
控系统与厂内主要二次设备、澜沧江集控中心的互联方案。

关键词∶小湾;水电站;监控系统;NC2000
中图分类号∶TP273+15 文献标识码∶B 文章编号∶1006-3951(2009)05-0093-05
1　概述
小湾水电站共装设6×700MW混流式水轮发电机组,以三回500kV线路接入云南电网,电站按无人值班(少人值守)原则设计。

在电站地下厂房与右岸坝肩分别设置地下简易控制室及地面中控室,两控制室的电缆距离约800m。

电站计算机监控系统采用国网电力科学研究院自动控制所开发的NC2000监控系统。

系统采用C LI NETΠSERVER体系结构,支持不同的硬件、操作系统及关系型数据库系统。

采用基于分布式对象计算技术,从系统的规划、设计、软件实现到提供组态工具、应用界面都使用了面向对象和跨平台的技术,具有充分的开放性、可扩展性和异构平台适应性。

2　系统结构及主要功能
2.1　小湾水电站计算机监控系统的监控对象
监控对象包括水轮机及其辅助设备、发电机及其辅助设备、发电电压设备、主变压器、500kV GIS 设备、10kV及400V厂用电设备、220V直流系统、全厂通风空调系统、进水口闸门、全厂排水系统、全厂技术供水系统、高、低压气系统、全厂消防系统、大坝泄洪闸门、消防报警系统等。

2.2　小湾水电站计算机监控系统结构
NC2000系统监控软件主要由前台人机交互程序和后台背景程序两部分组成。

人机交互程序选择Java语言开发,主要提供画面显示、报表、简报、曲线查询等交互式图形显示和操作功能;背景程序为C 语言开发,提供计算机监控系统与各外部设备的通讯、NC2000数据库管理、历史数据库管理等各种后台处理过程。

两部分程序通过组播方式交互数据。

系统分为主站级和现地控制单元级,结构详见图1。

主站级由1套冗余历史数据库服务器、1套冗余的系统实时服务器、4套操作员工作站、1套移动操作员站、1套工程师工作站、2套调度通讯工作站、1套厂内通讯工作站、1套ON-C A LL设备、1套生产信息服务器、2套集控通信工作站、4套纵向认证加密装置、1套冗余1000M网络交换机、4台打印机、2套冗余G PS组成。

现地控制单元级共有10套现地控制单元。

21211　历史数据服务器集群
集群系统包含2套Sun Fire V490服务器及1套S UN SPARCstorage T M3320光纤磁盘阵列。

其中2套服务器与1套磁盘阵列通过RAI D5卡和光缆连接,监控系统中采集数据存放在磁盘阵列中,以保证系统数据的安全,可靠。

系统服务器采用双机热备用工作方式,任何一台计算机故障,系统仍可正常运行,提高了系统的安全可靠性。

历史数据服务器集群完成历史数据库管理功能。

主要完成处理、归档,数据库管理,历史数据库的生成、转储,参数越复限记录,测点定义及限值存储,各类运行报表生成和储存等数据处理和管理。

系统按指定的周期和存储实时数据库缓冲区中的数据转储到该系统,实现实时数据的长期存档。

21212　系统实时服务器
系统实时服务器含2套Sun Fire V490服务器。

系统实时服务器采用双机热备工作方式,完成整个电厂的实时数据管理、数据库管理、综合计算、AG C 及AVC计算和处理、事故故障信号的分析处理等。

Ξ收稿日期∶2009-05-18
　作者简介∶王　超(1973-)男,湖北江陵人,工程师,主要从事水电站机电技术工作。

图1　小湾计算机监控系统结构图
21213　操作员工作站
在地下控制室和地面控制室内分别布置两套操作员工作站,选用Sun Ultra45工作站,配置2台大屏幕液晶显示器。

操作员工作站的功能包括图形显示、定值设定及变更工作方式等。

操作员工作站配置声卡和语音软件,用于当被监控对象发生事故或故障时,发出语音报警提醒运行人员。

移动操作员工作站选用Sun Ultra45工作站,作为电站发电初期和以后大修调试之用。

其功能和配置与全厂操作员工作站相同。

21214　工程师工作站
工程师工作站选用Sun Ultra45工作站,用于系统维护和管理人员进行修改系统参数、修改定值,增加和修改数据库、画面和报表,并可做一些操作培训工作;主要负责系统的维护管理、功能及应用的开发、程序下载等工作。

此外,工程师站具有操作员工作站的所有功能,可以作为操作员工作站的备用。

21215　调度通讯工作站
2套调度通讯工作站选用SIE ME NS SI M ATIC Rack PC547B无盘工控机,并配置相应的路由器和调制解调器,用于连接南方电力调度中心、云南省电网调度中心。

调度通讯工作站为主备模式,保证只有1台远动工作站可以接收并执行控制命令。

21216　厂内通讯工作站
厂内通讯工作站选用HP XW4600PC工作站。

厂内通讯工作站主要负责和厂内自成体系的系统进行数据通讯,均配置了8串口扩展板,用于与电厂内自动化设备的通信,如:故障录波管理子站、机组状态监测系统后台、工业电视系统、火灾报警系统、通风空调监控系统、微机五防系统等。

21217　语音及报警工作站
ON-C A LL服务器选用HP XW4600PC工作站,主要负责语音Π电话报警、电话查询、事故自动寻呼(ON-C A LL)及手机短信报警。

当监控系统出现重要故障和事故时监控系统除产生一般报警还产生电话语音报警。

电话语音自动报警支持4路同时自动拨号,电话号码与时段可以重新定义。

同时配置1套短信息发送装置,可将重要报警信息进行短消息发送,可选择群发也可选择按对象、按时段、按管理级别不同,有选择性的自动发送。

21218　生产信息服务器
生产信息服务器选用HP XW4600PC工作站。

生产信息服务器通过设置正向物理隔离装置与监控系统连接,MIS系统授权对象可通过I NTERNET浏览电站设备的运行情况。

21219　集控通信服务器
2台与流域集控中心调度通信的集控通信服务器选用SIE ME NS SI M ATIC Rack PC547B无盘工控机,每台集控通信服务器可独立完成对流域集控中心的数据通信,并可分别通过专用通信线及调度数据网实现与流域集控中心通信。

212110　网络
由于小湾电站上位机分别放置于地面控制室和地下控制室内,因此在网络配置上,也分为二层。

地面控制室和地下控制室内2套冗余交换机之间通过1千兆单模光口形成冗余1千兆环网机构。

地面控制室配置2套冗余交换机构成1百兆冗余星型网络结构。

其中配置有2个千兆电口,2个千兆单模光口(0～20km),24个百兆电口,16个百兆单模光口(0～25km)。

其中千兆电口用来连接冗余SC ADAAG CΠAVC服务器,保证数据高效的传输。

其余主机与1百兆电口连接。

2个1千兆单模光口用于与地下控制室内的冗余交换机连接,各个1百兆单模光口模块将连接各个现地控制单元的现地交换机。

地下控制室内配置有2套冗余交换机,其中配置有2个千兆电口,2个千兆单模光口(0～20km), 16个百兆电口,24个百兆单模光口(0～25km);控制室内的2套冗余操作员工作站连接到交换机上的1千兆R J-45接口上,保证数据的高效性。

其它计算机连接到其余的1百兆电口上,2个1千兆单模光口用于与地面控制室内的冗余交换机连接,各个1百兆单模光口模块将连接各个现地控制单元的现地交换机。

212111　G PS时钟
G PS卫星时钟系统对监控系统的主站级计算机
和各现地控制单元(LC U)进行时钟同步。

它通过串口方式向厂级管理工作站传送时钟信息,通过DCF77规约向各台LC U的S OE模件发送时钟同步数据。

2套G PS主机和冗余切换装置均布置在地面控制室内,由于地下控制室距离地面控制室较远,专门配有单模光电转换器,通过单模光电转换器,将电信号转换成光信号,经光缆传送到地下控制室内的信号扩展装置中。

由于采用了光缆方式传输,解决了同步信号远距离传输信号衰减的问题,同时也解决了同步信号抵抗电信号干扰的问题,大大提高了G PS同步信号的安全、准确性,保证了小湾电站内时钟同步的准确性,为电站事故记录、事故分析奠定了坚实的基础。

212112　电源系统
在地面控制室内和地下控制室内均配置了2套并联冗余的逆变电源UPS系统,容量分别为30kVA 和5kVA。

为主站级所有设备及其它系统的设备供电,提高系统电源的可靠性。

现地控制单元采用交直流双供电装置。

每套设计成由二路不同的电源同时供电,即一路220V DC和一路220V AC。

220V DC取自厂用直流系统,220V AC取自厂用交流系统。

现地控制单元的电源装置的交流输入端配置隔离变压器。

212113　现地控制单元LC U
LC U主要完成对被监控设备的就地数据的采集及监控,其设计能保证当它与主站级系统脱离后仍然能在当地实现对有关设备的监视和控制功能。

当其与主站级恢复联系后又能自动地服从主站级系统的控制和管理。

P LC选用Schneider公司生产的Quantum系列P LC,CPU选用Unity Quantum系列140CPU67160系列CPU模件,并且配有双CPU、双电源模件,双总线,双以太网,如图2。

图2　小湾计算机监控系统LCU配置示意图
按被控对象设置,小湾水电站分别为每台机组
设一个LC U(LC U1～6),500kV开关站设一个LC U (LC U7),公用设备设一个LC U(LC U8),交流厂用电系统设一个LC U(LC U9),坝区设备设一个LC U (LC U10),共10套现地控制单元。

其中各个本地IΠO与远程IΠO之间通过1Mbps冗余RI O现场总线连接,部分距离较远的远程IΠO采用了光纤作为传输介质。

2.3　上位机与现地控制单元(LC U)间的互联方案
监控系统每套现地控制单元中共配置4块以太网模块,通过P LC中的以太网模块直接与监控系统上位机进行互联通讯,基于网络的P LC在与监控系统进行通信时,在底层都采用M ODBUSTCPΠIP协议,应用层协议采用基于M ODBUS的网络通信协议。

2.4　现地控制单元(LC U)与主要二次设备的互联2.4.1　与调速器系统互联
机组LC U采用RS-485接口与调速器互联,这种接口方式是目前工程中最常用的互联方式,通过屏蔽电缆连接到监控系统S J30智能通讯管理装置,采用M ODBUS通讯协议。

M ODBUS通讯规约支持读写功能,能实现将P LC的水头、有功设定值写入调速器系统。

2.4.2　与励磁系统互联
机组LC U采用RS-485接口与励磁系统互联,通过屏蔽电缆连接到监控系统S J30智能通讯管理装置,采用M ODBUS通讯协议。

通讯互联方式支持读写实现从监控系统下发无功设定值、设定无功调节状态转换令等至励磁系统,这种方式可以作为脉冲调节的后备方式。

2.4.3　与保护系统互联
按就近或单元的原则,发变组保护装置接入机组LC US J30智能通讯管理装置,线路、断路器及母线保护装置与开关站LC U互联。

通讯介质为屏蔽电缆,接口为串口RS-485,采用IEC-103通讯规约。

2.5　小湾水电站计算机监控系统功能
电站站控层负责整个电站的监视、控制和调节。

完成从各LC U和外部子系统采集数据、数据归档、事件记录与归档、生产报表、趋势曲线和语音报警,实现电站AG C、AVC功能,同时,还负责电站计算机监控系统与南方电网、云南电网及集控中心的通信连接。

2.5.1　数据采集和处理
系统的数据采集和处理功能主要由实时数据库服务器、历史数据库服务器、通讯服务器完成。

通过对水电站功率、电压、频率、电量、设备状态以及通道状态进行监视,实现对电站的统一调度和管理。

系统可自动采集各现地控制单元的各类实时数据、自动采集来自调度的数据、自动采集外接系统的数据信息、接收由操作员向计算机监控系统手动登录的数据信息。

系统对采集到的数据进行有效性、合理性检查,对不可用数据给出无效标志并禁止系统使用。

2.5.2　安全运行监视
系统分别为维护人员和操作人员提供不同的口令,安全级别的个数可满足要求。

对控制操作提供必要的校核检查以及确认操作,在控制命令未进行确认操作之前,操作员能撤消其控制操作;若在进行控制操作后一定时间内,操作员未对控制命令进行确认或取消,程序应能自动撤消其控制操作。

2.5.3　事件顺序记录、事故、故障报警及记录
系统可记录各个重要事件的动作顺序、事件发生时间(年、月、日、时、分、秒、毫秒)、事件名称、事件性质、并根据规定产生报警和记录。

2.5.4　事故追忆和相关量记录
系统对过程的实时数据进行事故追忆记录处理,其记录事故前后过程中的数据量不少于60个。

追忆数据点可增加、删减或重定义。

2.5.5　控制操作和负荷调节
运行人员可通过厂站级人机接口设备,完成对全厂被控设备的控制与调节,电厂计算机监控系统分为南方电网调度中心控制、云南省中调控制、电站控制及现地控制。

南方电网调度中心、云南省中调通过调度中心的调度计算机系统,经通讯通道与电站级计算机监控系统通信,实现遥测、遥信、遥控、遥调。

电站级监控系统在收到调度传送的AG CΠAVC 命令后完成最优发电计算,根据电站各个设备的状况和约束条件,确定各个机组负荷分配,确定开机台数、机组组合和机组间负荷分配,并执行闭环或开环操作。

现地控制单元LC U既作为电站监控系统的现地控制层,向电站级、南方电网调度中心、云南省调度中心上行发送采集的各种数据和事件信息,同时接受电站级、南方电网调度中心和云南省调度中心下行命令对设备进行监控,又能脱离电站级、南方电网调度中心和云南省调度中心独立工作。

因此在系统总体功能分配上,数据采集和控制操作的主要功能均由LC U完成。

其它的功能如电站运行监视、事件报警、AG C、AVC、与外系统通讯、统计记录等功能则由电站计算机监控系统完成。

现地控制单元设有“现地Π远方”切换开关。

在现地控制方式下,现地控制单元只接受通过现地级人机界面、现地操作开关、按钮等发布的控制及调节命令。

厂站级及梯调级只能采集、监视来自电站的运行信息和数据,而不能直接对电厂的控制对象进行远方控制与操作。

2.5.6　自动发电控制(AG C)、自动电压控制(AVC)
通过组态软件对系统频率、母线电压、有功、计算方法进行设定,也可对单台机组的水头要求、功率要求、开停机时间要求以及水头对有功的限制等参数进行设置,以满足自动发电控制、自动电压控制、经济负荷分配、机组最优组合等软件的要求。

2.5.7　统计记录与生产管理
系统可以对电站主要设备的运行情况进行统计并归档,如发电机组和主变的运行时间、断路器的动作次数及事故动作次数累计等。

2.5.8　ONC A LL功能
当电站设备发生事故或故障时,自动进行普通话语音报警,启动电话或ONC A LL寻呼系统报警并具有电话查询功能,运行和管理人员也可通过电话查询电站设备当前的运行情况。

2.
5.9　系统自诊断与冗余切换
系统具有硬件及软件自诊断功能,包括在线周期性诊断、请求诊断和离线诊断。

2.6　小湾水电站和集控中心通信方案
澜沧江集控中心监控系统采用和流域各梯级电站监控系统站级计算机通信模式,即集控中心采用两台通讯服务器、2台冗余接入交换机以及2个纵向加密认证装置和流域各电站上位机系统通信,通过电站上位机系统作用到各LC U,实现遥控、遥调、遥测、遥信及梯级经济运行、优化调度和其它管理功能,不直接控制到各电站LC U。

小湾电站两台通讯服务器构成冗余服务器,在冗余通讯服务器中均配有4块1千兆以太网卡,其中2块分别与电站主交换机相连,另外2块分别与接入交换机相连。

作为通信方式的通信服务器在靠广域网(W AN)侧设置专用网段(接入交换机),用通信服务器将监控系统所处的内网段(内网交换机)隔离。

通讯服务器分别将小湾电站计算机监控系统的数据接入到集控中心的监控系统网络中,供集控中心的SC ADA服务器、历史服务器、值班员工作站等计算机进行相应的计算、存储、操作等。

在接入交换机与冗余通讯服务器之间部署2个纵向加密认证装置,为电站监控系统提供网络屏障。

集控中心与小湾电站的通讯方式采用双通道冗余方式工作,即通过电网和电信各提供的1个带宽为2M,接口为FE(Fast Ethernet接口)的传输通道,将小湾水电站计算机监控系统的数据接入到集控中心的监控系统网络中。

集控中心与小湾电厂通信通道图如图3所示。

图3　澜沧江集控中心-小湾电厂通信通道图
3　结束语
1)小湾水电站计算机监控系统采用全分布开放系统结构,系统工作站、操作员工作站、工程师工作站、通信处理站、电话语音报警处理站、报表处理站使用符合IEEE和IS O开放系统国际标准的UNIXΠLinuxΠWindows操作系统。

按照开放的接口、服务和支持格式规范而实现的系统,使应用系统能以最少修改,实现在不同系统中的移植;能同本地的或远程系统中的应用实现互操作;能以方便用户迁移的方式实现用户的交互。

2)监控系统网络上接入的每一设备都具有自己特定的功能,实现功能的分布,保证了网络上的节点设备中任一部分故障或不工作,均不影响系统其它功能部分的运行。

网络节点设备资源相对独立又可为其它节点共享,为今后功能扩充提供了较大的方便。

3)监控系统冗余化的设计和开放式系统结构,使系统既可靠实用、又便于扩充,整个系统性能相对较高。