张河湾公司计算机监控系统国产化改造可行性研究

第39卷第12期水电站机电技术Vol.39No.122016年12月Mechanical &Electrical Technique of Hydropower StationDec.2016收稿日期：2016-08-29作者简介：谷振富（1981-），男，高级工程师，从事抽水蓄能电站运维管理工作。

张河湾公司计算机监控系统国产化改造可行性研究谷振富，张鑫，黄国平（河北张河湾蓄能发电有限责任公司，河北石家庄050300）摘要：介绍了张河湾抽水蓄能电站计算机监控系统现状，通过综合比较进口监控系统与国产监控系统的性能参数、功能配置，对张河湾抽水蓄能电站国产化改造可行性进行了研究论证，并给出了监控系统国产化改造的思路及配置建议，分析总结了监控系统国产化改造的意义。

关键词：计算机监控系统；抽水蓄能电站；国产化；改造中图分类号：TV736文献标识码：B文章编号：1672-5387（2016）12-0009-04DOI：10.13599/ki.11-5130.2016.12.0041概述张河湾抽水蓄能电站位于河北省石家庄市井陉县测鱼镇，电站装机总容量为1000MW，安装4台250MW 的单级混流可逆式机组，以单回500kV 线路接入河北南网，在系统中承担调峰、填谷、调频、调相及事故备用等任务。

电站计算机监控系统招标采用随主机捆绑式的招标方式，由法国阿尔斯通供货，采用ALSTOM ALSPA P320型产品。

电站计算机监控系统从安装调试至全部投入商业运行，至今已运行了近10年，监控系统已经不能满足电站日益提高的运行管理要求。

目前，监控系统在软硬件平台的可靠性、售后服务的及时性、监控系统功能的扩充性、电站生产数据的分析挖掘等方面存在问题，已经对电站的生产运行产生较大影响。

另外，原监控系统主机设备已经属于早期淘汰产品，系统的软硬件均已不能进行进一步的维护和更新，监控系统的不稳定运行已经对电站的安全稳定运行构成威胁。

对比其他抽水蓄能电站监控系统性能配置（表1）可看出，无论从性能参数、电站应用业绩方面，国产监控系统采用的PLC 都具有明显优势，且性价比突出。

张河湾抽水蓄能电站计算机监控系统自投产至今已有近10年时间，上、下位机设备故障率逐渐增高，陆续出现数据服务器故障、网关机工作站故障等问题，主机设备SUN 工作站、LCU 模板均已停产，且监控系统存在维修售后困难，功能不能完全满足生产运行需求等一系列问题，同时鉴于国产监控系统已广泛应用在我国抽水蓄能电厂工程项目中，说明国产计算机监控系统已能满足蓄能电站控制的需要，在大、中型抽水蓄能电站采用国产化监控系统是可行的，因此张河湾电厂亟需对监控系统进行国产化改造。

2监控系统国产化改造研究2.1改造思路张河湾监控系统改造将遵循“统一规划、分步实施、安全可靠、技术先进”的原则，监控系统的技术升级以确保不影响电厂正常的安全生产为前提，新的监控系统除具备原老系统的全部功能外，还应在数据统计分析、成组控制、画面展示、培训仿真等方面具备更出色的功能。

2.1.1外部环境落实条件监控系统上位机改造可结合2017年张河湾公司上库检修计划实施，3号机组的改造可根据3号机组A 级检修的计划实施，剩余其他机组LCU 的改造可结合每年机组检修进行。

公用系统LCU 的改造可结合每年的春检预试进行。

表1抽水蓄能电站监控系统PLC性能配置对比表类别型号 国产MB80 GE C80-75 施耐德Unity AB Logix 西门子S7-400H 西门子（安德里茨）AK1703CPU型号 MB80 PU722E CPX928 CPU67160 1756-L62 CPU417-5H CP-2017 CPU主频 330 MHz 96 MHz 266 MHz -- -- 384 MHz 内存 128 MB 6 MB 2 MB 4 MB 32 MB 64 MB DI容量 8 kB 12 kB 7.8 kB -- 8 MB 7.8 kB DO容量 8 kB 12 kB 7.8 kB -- 8 MB 7.8 kB AI容量 1 kB 8 kB 0.5 kB -- 8 kB 7.8 kB AO容量 1 kB 8 kB 0.5 kB -- 8 kB 7.8 kB位指令速度 0.01μs 0.4 ms 0.052 μs -- 7.5 ns --字指令速度 0.02 μs 0.4 ms 0.045 μs -- 7.5 ns --定点运算速度 0.02 μs 0.4 ms 0.045 μs -- 7.5 ns --浮点运算速度 0.03 μs 0.4 ms 0.40 μs -- 15 ns --掉电保持内存 2 MB 256 kB 2 M -- -- --抽蓄电站应用 蒲石河、敦化、丰宁、绩溪、荒沟 张河湾 仙居、洪屏 溧阳 深圳、琼中 白山三期、天荒坪2.1.2施工过渡措施考虑到监控系统整体改造不可能一蹴而就，需要分步实施，这就会出现新旧监控系统并列运行的情况。

阿尔斯通监控系统的国产化改造过程可采取新老系统过渡运行的方式，并确保新系统在完成各项功能的离线测试后才接入监控环网进行动态调试，因此不需独立的退备时间。

新老系统过渡运行的重要技术保障是国产化监控系统与阿尔斯通核心控制器C80-75PLC数据交互。

阿尔斯通C80-75PLC由通用电气GE贴牌生产，新监控系统设置2台热备冗余方式工作的GE PLC作为数据网关，通过GE专用通讯协议实现对C80-75PLC各类型寄存器的读取和置位，从而完成新监控系统与阿尔斯通LCU的数据交互。

这种新老通讯实现方式的优点是通讯安全可靠，数据实时性高。

一方面，不需要对阿尔斯通的C80-75程序做任何改动就可以实现数据的交互，完全保证现地控制单元的原厂状态；另一方面，采用GE数据网关可以实现新老系统的无缝通讯，可靠性高而且也能提高新老系统数据交互的实时性。

机组的升级改造保持原有机柜数量不变，将机柜、机柜内部设备等全部更换，拆除后的机组PLC 等设备可以作为未改造的LCU的备件使用。

2.1.3工程实施计划安排（1）工期安排结合张河湾抽蓄电站检修计划，计算机监控系统整体升级改造内容拟分为5个阶段：第1阶段：项目前期，包括完成合同签订、提交初步设计方案；第2阶段：上位机厂内调试及现场改造实施；第3阶段：3号机组厂内调试及现场改造实施；第4阶段：剩余LCU厂内调试及现场改造实施；第5阶段：项目整体验收，包括消缺完善、SAT 现场验收、系统试运行。

2.2国产监控系统配置原则国产监控系统的结构配置遵循原有系统的分层分布，并实现开放性、可移植性和可扩充性。

作为抽水蓄能电站的控制核心，新系统重点强化其配置和功能以及数据的处理、存储能力，所有硬件设备均采用最新的成熟产品和最新的设计技术。

此外，国产监控系统应充分考虑LCU改造时的兼容性、可行性和便利性，以节约投资。

2.3新上位机系统主要硬件配置建议新上位机系统设备布置在电站中控室、远控室和计算机室内，冗余设备分开放置在不同机架内，并采用双独立电源供电。

（1）数据服务器：计算机室设2套，冗余配置，每套使用1台26″彩色液晶工业用监视显示器。

采用机架式结构，分别放置在两处机架式服务器盘柜内，负责电站设备的数据处理和存储。

（2）应用服务器：计算机室设2套，冗余配置，每套使用1台26″彩色液晶工业用监视显示器。

采用机架式结构，分别放置在两处机架式服务器盘柜内，作为应用逻辑处理核心，用于收集、处理和存储过程数据。

水电站机电技术类别 SOE（32） 开入（32） 开出（32） 模入（16） 模出（4） 温度（16） 通讯 机组LCU1-LCU4160（5） 640（20） 224（7） 128（8） 24（6） 160（10）8（1） 中控LCU — 64（2） 384（12） — 40（10） — — 抽水启动LCU 128（4） 640（20） 256（8） 128（8） 16（4） 48（3） 8（1） 公用辅机LCU 128（4） 256（8） 96（3） 80（5） 16（4） 48（3） 8（1） 上水库LCU — 128（4） 32（2） 32（2） — 16（1） — 下水库LCU — 128（4） 32（2） 32（2） — 16（1） — 模件合计（块）28118554942486（3）操作员站：中控室设2套，远方控制室（生产办公楼四楼）设2套，每套使用2台26″彩色液晶工业用监视显示器。

采用机架式结构，分别放置在中控室、远控室机架式服务器盘柜内，值班员可进行多画面、实时监控，且具备扩展功能，并能实现操作员站的新增。

（4）语音报警站：中控室设1套，使用1台26″彩色液晶工业用监视显示器。

采用机架式结构，放置在机架式服务器盘柜内，报警音箱放置在中控台，可通过音频线连接至语音报警站，实现对电站设备状态变化的语音警示。

（5）工程师站：计算机室设1套，使用2台26″彩色液晶工业用监视显示器。

采用机架式结构，放置在机架式服务器盘柜内，用于监控系统在线和离线测试、参数设置、整定和软件更改；能完成上位机系统各个设备的管理；能完成监控系统各种变量的编辑、新增、删除等管理功能。

（6）远动通讯机：计算机室设2套，采用机架式结构，用于与华北网调和河北省调的远动通信。

（7）厂内通讯机：计算机室设1套，采用机架式结构，实现与厂内（如五防系统）、厂外（如生产实时系统）其他系统的数据通讯。

2.4新现地控制单元主要硬件配置建议（1）PLC CPU 模块：现地LCU 配置2块热备冗余的CPU。

两个CPU 模块一个为主机运行，一个为从机运行，两个CPU 模块通过高速内部总线实时备份数据。

主CPU 完成梯形逻辑的执行，并且向从CPU 实时备份数据。

当主CPU 模件出现故障时，从CPU 能够自动升为主机运行，保证系统运行不受影响。

（2）通讯管理模块：串口通讯模块用于PLC 和现地其他智能设备的通讯，很好地解决了传统现地控制装置通讯功能弱的问题。

该模块应独立完成串口通讯任务，仅与CPU 完成数据交换，不占用CPU 资源。

1块串口通讯模块内置不少于8个RS-232/RS-485串口接口，一套系统中最多可配置4个通讯模块，最多支持32个通讯对象。

（3）SOE 模块：SOE 输入模块应为具有32路通道数的开入模块，用于将现场重要的事故、故障、报警等信号状态转换为PLC 内部测点的1/0状态。

（4）开入模块：开入模块应为具有32路通道数的开入模块，用于将现场状态等开关的ON/OFF 信号转换为PLC 内部测点的1/0状态。

该模件的各个通道都应有指示其输入状态的指示灯。

（5）开出模块：开出模块应为具有32路通道数的开出模块，可以将PLC 内部测点的1/0状态转换为对外部设备如继电器、指示灯等的ON/OFF 控制信号。