石泉水力发电厂改造后的计算机监控系统，光字牌

作者：凌国泉

摘要：介绍石泉水电厂计算机监控系统的结构、配置、功能、特点和改造情况

关键词：石泉水电厂　监控系统　改造　结构配置　功能特点

1　概述
石泉水电站位于汉江上游陕西省石泉县城上游1km的峡谷出口处，工程按百年一遇洪水标准设计，五百年一遇洪水标准校核。装机135MW(3×45MW)，1975年三台机组全部并网发电。110kV侧采用双母线接线，出线三回，220kV变压器线路组出线一回。110kv与220kv之间采用自耦变连接。为了利用汛期弃水多发电，我厂又进行了扩机工程。扩机后石泉电站全部装机225MW（5×45MW），年均发电量7.5亿kWh。

我厂原计算机监控系统从1988年开始实施，1991年8月系统全部投入运行。由于设计早、系统整体技术不成熟，设备功能不完善、可靠性低、系统响应速度慢、加之设备老化等原因，致使该系统自正式投运以来，作用不能充分发挥，基本处于瘫痪状态。
我厂本着积极、慎重、稳妥的原则，于1997年先后派出技术人员去监控系统自动化搞得好的有关水电厂进行调研、考察、学习。1998年10月25日石泉水电厂计算机监控系统改造工程工作正式实施。

1998年12月份3#机组大修时，3FLCU随大修进行安装调试，3FLCU于1999年1月20日投入运行；1999年6月监控系统设备全部到现场；1999年11月份2#机组大修时，2FLCU、公用LCU、上位机及光纤网络随大修进行安装调试，2FLCU、公用LCU、上位机及光纤网络2000年1月28日投入运行；2000年12月份1#机组大修时，1FLCU随大修进行安装调试，1FLCU于2001年1月19日投入运行。至此，我厂计算机监控系统安装调试工作结束。

2　系统总体配置
石泉水电厂计算机监控系统采用全分布开放式系统结构，大大增强了监控系统的自制性、模块性和并行性。系统由光纤以太网络上分布的各节点计算机单元组成，主要包括下面几部分：

(1)厂站级控制子系统：用以实现全厂数据的管理和AGC、AVC功能；
(2)人机接口子系统：完成对全厂机组、变压器、开关、刀闸等设备的实时运行监视和控制、事件登录、报警（CRT报警、语音报警等）；
(3)智能现地控制单元子系统：完成对机组、两个开关站、公用系统等的数据采集、处理、控制和调节；
(4)10MB光纤网络子系统；
(5)通讯子系统：实现与省调、厂内MIS等的通讯；
(6)GPS时钟同步子系统。

3　系统结构
石泉水力发电厂计算机监控系统采用中国水利水电科学研究院自动化所开发的H9000水电厂计算机监控系统结构及配置。采用全分布式开放的总线型网络结构，基于Client/Server（客户机/服务器）体系，主干网为光纤单网结构，各节点组网由双绞线连接。网络设备通过光纤与系统相连，Ａ、Ｂ工作站、电话语音报警工作站及工程师工作站由双绞线与系统相连。

监控系统设主控层和现地控制单元层两级。二台主控级主机兼操作员工作站（Ａ和Ｂ）及工程师工作站、通讯工作站、语音报警装置及网络终端服务器、GPS卫星时钟等设备组成主控层，即上位机系统；各机组控制节点和公用控制节点为现地控制单元（LCU），由工业计算机和可编程控制器组成。

二台主控级主机兼操作员工作站互为热备用，由网络系统软件监测并自动进行切换。现地控制单元级由4台LCU组成：包括3台机组单元LCU，1台公用设备及开关站单元LCU。
主控级与单元控制级间采用以太网总线连接。采用单网结构。以太网介质采用光纤电缆，网络设备通讯速率为10Mbps。

4　监控系统功能
4.1　数据采集和处理
各台LCU对全厂主要设备的运行状态和运行参数自动定时的进行采集，并作必要的预处理后，存于实时数据库，供计算机系统实现画面显示、制表打印及完成各种计算、控制等设计功能时使用。对于所有数据采集输入点，可以通过人机联系设置投入与退出扫查、报警禁止与使能、参数限值修改等。工作站作进一步处理计算，完成系统的实时监控。

4.2　事件报警
事件报警分辨率<5ms，报警方式：顺序显示和打印语句，登录动作设备器件名称、内容及时间。事故报警时，发出语音报警信息。并对相关模拟量作追忆记录。4.3、实时控制和功率的调节。
根据运行方式选择，可由中控室运行人员通过计算机监控系统人机接口向现地控制单元LCU发出各种生产过程的控制操作命令，并监视操作的全部流程，如机组启停、工况转换、有功无功功率调节及断路器、隔离开关的分合等自动操作。

4.3　安全运行监视
中控室值班运行人员借助监控系统人机接口设备，监视电站的生产过程和运行情况，各点参数及其变化趋势及设备的运行状态，在运行状态发生变更时能及时进行分析和处理。
当发生事故或某些重要故障时，则自动转入事故、故障显示，并推出相应事故、故障环境画面。当进行某项设备操作时，自动推出相应操作控制画面与过程监视画面。

4.4　模拟光字牌
光字牌是电站运行人员比较熟悉的运行设备。监控系统可提供两种形式的光字牌，一种以硬件的方式设置在LCU的盘面上，另一种在上位机工作站以画面的方式模拟光字牌。

4.5　语音报警、电话自动报警及查询
运行人员可对系统数据库进行设置，定义发生某些事故时，监控系统需要进行语音报警和电话自动报警，若需要电话自动报警时可顺序设置若干个电话号码或寻呼机号码，当发生事故时，系统能根据设置情况发出声光、语音报警信息，自动启动电话和传呼系统进行报警；系统还提供电话查询功能，可通过电话查询当前电站设备运行情况。

4.6　运行管理
运行管理包括电站主要设备的操作记录，状态改变后的变位记录，以及事故、故障统计记录、参数越限复限统计记录、定值变更统计记录。以时、班、日、月形成运行日志，通过召唤打印，也可定时打印。
事故时的主结线画面，形成拷贝记录文件，记录于硬盘中，可供运行人员查看事故发生时的现场情况。

4.7　事故追忆
电站发生事故时，需对事故发生前后的某些重要参数进行追忆记录，以供运行人员事故分析。系统根据设定的事故追忆采样周期，对追忆量进行前四十秒追忆，后四十秒记录，形成事故追忆记录（事故追忆采样周期可设定）。
事故发生时，计算机将按顺序将事故报警信息、事故的名称及这些追忆数据保存于磁盘中，形成历史数据。
通过监控系统人机接口设备，运行人员可随时对事故追忆的参数点进行增、减设定，并可实时显示进行追忆各点的变化趋势曲线。对事故追忆历史数据可随时召唤显示与打印。

4.8　实时监视
对各机组的水力机械系统、发送电系统、厂用电系统、油、水、气系统、闸门系统的实时运行参数和设备运行状态以召唤方式进行实时监视显示。当发生事故或某些重要故障时，则自动转入事故、故障显示，并推出相应事故、故障环境画面。当进行某项设备操作时，自动推出相应操作控制画面与过程监视画面。

4.9　人机联系
H9000系统采用最新开放式图形硬件软件技术，具有灵活的多窗口无级缩放、细节显示、跟踪查询等功能，汉字国际语言环境，不同窗口可以显示同一画面，也可显示不同画面，人机界面非常友好。系统画面显示有自动和召唤两种方式，自动方式用于事故、故障及过程监视；召唤方式为运行人员随机调用。电站值班人员通过中控室工作站的CRT、鼠标、汉字打印机等设备实现人机联系，对电站生产过程进行安全监控、在线诊断、调试、参数修改、技术开发以及技术培训。

4.10　运行指导
运行指导是计算机控制系统有别于一般常规控制系统的一个特殊功能。运行指导可以将电厂的一些重要而又复杂的操作的操作条件以及进行这些操作形成的专家经验输入计算机，当进行这些操作时，计算机根据当前的状态进行条件判断，提出操作指导意见，可以大大减轻运行人员的紧张程度，提高电站的安全操作水平。
运行指导的内容很多，主要包括：

(1)机组开停机操作指导
(2)隔离刀闸操作联锁指导
(3)重要事故、故障原因及处理提示
(4)主要电气操作票功能等
LCU采用串行通讯方式将电厂的智能设备或系统实时数据采集到监控系统，实现了有功、无功数字调节。

4.11　系统自诊断与自恢复
系统自诊断与自恢复功能是实现无人值班（少人值守）的重要条件，系统是由多个设备构成，每个设备不仅进行内部自检、还进行互检、形成系统检测诊断报告，并将异常情况及时报警，通知运行或值守人员，以便及时进行处理，并对某些异常情况进行自动隔离与自恢复处理。以保证系统的连续运行。

4.12　系统实时时钟管理
计算机监控系统设有统一的卫星时钟系统，以卫星时钟的时间为基准，定时向主计算机和各LCU发同步信号，再由主计算机定时校对系统内各设备的时间，从而实现整个系统时间同步。

4.13　系统授权管理
H9000S系统对不同的用户如系统管理员、运行操作员、一般监视人员建立用户，进行授权管理，如运行操作员具有对现场设备的操作控制权。系统管理员可进行授权系统管理。只有具有控制权的用户且在主控站上，方可发出控制命令。操作员进行控制操作前应先注册进自己的用户。
系统的特权管理软件负责管理系统的用户及控制权，该软件将系统控制权按功能分为12级。

4.14　防误操作功能
系统具有完善的防误操作功能，可以确保由计算机系统发出的命令安全可靠。用户不需编程，只需将各种操作闭锁关系按规定的格式填入定义文件，建立相应的数据库即可。ControlLock会自动对计算机系统的各项指令进行条件判断，满足条件则执行，不满足条件则闭锁，并给运行人员进行闭锁原因提示。LCU收到命令后需进行条件判断再执行命令。

5　系统特点
(1)改造后的计算机监控系统采用的是开放环境下的全分布式监控系统模式。保证了系统中选用不同计算机时的互操作性，系统扩展和设备更新时的可移植性。
(2)改造后的计算机监控系统现场调试方便、灵活。
(3)改造后的计算机监控系统设计起点高，除了配置有先进的硬件外，还具有丰富的软件，简便易用，大大减轻了维护人员的工作量，降低了劳动强度。

(4)改造后的计算机监控系统具有高度的可靠性和冗余性，自身的局部故障不影响系统的正常运行。各机组LCU还配置一套机组可编程顺控装置（机组PLC），可实现对机组自动开、停等顺控操作，与LCU工控机相互独立运行，增加了系统的可靠性。
(5)上位机与各LCU之间采用10MB光纤以太网连接，提高了抗干扰能力，保证了通讯的可靠性。
(6)改造后的计算机监控系统响应速度快，系统实时性较好。
(7)改造后的计算机监控系统具有丰富的人机界面，使运行人员能全面、详细地监视全厂主要设备的运行参数和运行状态。

6　结束语
我厂计算机监控系统自三号机现地控制单元投运以来，经过5年的运行，未发生危及安全运行的故障或事故。系统运行比较稳定、可靠，安全性好、实用性强和性价比高。有效提高了电厂的综合自动化水平，为创一流企业打下了良好的基础。