大源渡水电站计算机监控系统改造浅析.doc

大源渡水电站计算机监控系统改造浅析18第33卷第1期2010年2月水电站机电技术Vo1.33N0.1Mechanical&ElectricalTechniqueofHydropowerStationFeb.2010大源渡水电站计算机监控系统改造浅析邓朝君(湖南省大源渡航电枢纽管理处,湖南衡阳421412)摘要:介绍了大源渡水电站原计算机监控系统的结构,配置以及存在的主要问题;对电站计算机监控系统的改造进行了分析和总结,并指出该系统目前仍然存在的问题及处理对策.关键词:大源渡水电站;计算机监控系统;改造处理对策中图分类号:TP273.5文献标识码:B文章编号:16725387(2010)010018-041原计算机监控系统简介及其存在的问题1.1系统结构大源渡水电站原计算机监控系统采用奥地利VATECH集团SAT公司20世纪90年代产品.整个监控系统采用分层分布式结构,由负责完成全厂集中监控任务的电站级控制层和负责完成14号机组,开关设备,公用设备,模拟屏驱动及调度通信等监控任务的现地控制单元层以及网络设备组成.其系统结构如图1所示.图1(1)电站控制层包括上位机A/B,工程师工作站,调度通信工作站,打印机,模拟屏,电力专用不间断电源EUPS,GPS同步时钟等.1)上位机A/B采用冗余配置,兼做操作员工作站和服务器.操作系统为Solaris2.5.1,软件为SAT公司开发的SAT250.上位机冗余切换板SCARS与操作员工作站A/B用光纤串行连接,其主要功能是监视A/B工作站的运行情况,并使A/B工作站与GPS时钟同步.2)工程师工作站操作系统为WindowsNTWorkstation4.0,主要用于上位机SAT250与非SAT250系统之间的通信,对上位机进行日常维护.3)调度通信工作站操作系统为WindowsNTserver4.0,网关软件为SAT公司开发的GKD.其串口接至LCU10的串行通信处理板CP2001,采集令牌环网上的信息,完成与地调的数据通信.4)模拟屏在中控室模拟屏上可实现14号机组的并网和停机操作,以及电站相关开关的手动合闸,分闸操作.5)电力专用不间断电源EUPS经过改造的两台电力专用不问断电源EUPS(容量分别为5000VA)给电站级控制层的上位机A/B,工程师站,调度通信工作站,打印机等提供稳定可靠的220V交流电源.6)GPS同步时钟整个监控系统的同步时钟来自GPS.上位机A/B站通过RS一232串口与GPS时钟同步;现地控制单元层的LCU10与GPS时钟相连,它是现地控制单元层LCU的timemaster,其它各LCU通过令牌环网保持时钟同步.(2)现地控制单元层包括14号机组的现地控制单元LCU(14),l10kV开关站设备的监控LCU5(I,II),发电机10.5kV配电装置的监控LCU7(I,II),11kV近区配电装置的监控LCU8,电站公用收稿日期:20091029作者简介:邓朝君(1975一),工程师,从事水电站电气设备维护工作.第1期邓朝君:大源渡水电站计算机监控系统改造浅析19供排水系统,空压机气系统,直流系统以及400V厂用系统等设备的监控LCU6,全厂通信控制LCU9(主要完成LCU5,6,7,8与上位机及其它LCU的通信),模拟屏驱动及本站与调度的远动通信LCUIO.1)14号机组的现地控制单元LCU(1_4)由主功能组SK1703和子功能组AM1703(顺控模块,安全模块)组成,主要完成水轮发电机组及其辅助设备的监控.SK1703和AM1703(J顷控模块,安全模块)通过SMIBUS总线相连;现地触摸屏以RS一232串口与SK1703的串行通信板KRISIO2模块相连;机组现地各控制单元通过SK1703的令牌环网控制器KR-TR连在令牌环网上.2)110kV开关站配电装置控制单元LCUS(I,II)电站110kV开关配电装置的监控由两个子功能组AM1703(配置不完全相同)组成.3)发电机1O.5kV配电装置的监控LCU7(I,II)由配置完全相同的两个子功能组AM1703组成,其中LCu7(I)负责1,2号机组10.5kV配电设备的监控,LCU7(II)负责3,4号机组1O.5kV配电设备的监控.4)11kV近区配电装置的监控LCU8由一个AM1703子功能组组成.5)公用控制LCU6电站公用控制由一个AME1703子功能组成.6)全厂通信控制LCU9由配置完全相同的两个SK1703主功能组组成.主要完成LCU5,6,7,8与上位机及其它LCU的通信,即LCU5,6,7,8通过LCU9连在令牌环网上.虽然两个SK1703的配置完全相同,但它们分别所连接的子功能组AM1703不同,所以本站LCU9并非真正意义上的冗余配置.7)模拟屏驱动及调度通信LCU10由一个SK1703主功能组成.其模拟量输出板KRAO8驱动模拟屏的电测表计,数字量输出板KRBO32驱动模拟屏上l0.5kV开关及刀闸的位置指示;串行通信处理板CP2001与调度通信工作站的串口相连,完成与衡阳地调的远动通信.(3)网络结构监控系统主要有两个独立的网络一总线式以太网和令牌环网.1)电站级控制层的上位机A/B,工程师工作站,调度通信工作站,打印机由同轴电缆构成10Mb/S的总线式以太网.同时上位机A/B还通过令牌环网网卡连在令牌环网上.2)现地各控制单元LCU通过各自的主功能组SK1703的令牌环网控制器KRTR连在以光纤为传输介质的令牌环网上.其中14号机组现地控制屏及中控室HA01屏内分别安装令牌环网集线器1P(T0kenRingFiberOpticRepeater).1_2存在的问题大源渡水电站计算机监控系统自1998年l2月投运以来,运行情况总体较好.但近些年也逐渐暴露出了一些问题,主要如下.(1)上位机A/B站硬件配置低且经常出现死机现象上位机工作站CPU为Pentiumpro200MHz,内存128MB,硬盘容量为4.2G,主板的插槽为ISA插槽.主机连续运行近十年,元器件均已老化,系统运行速度慢,且两工作站经常出现死机现象.ISA插槽的以太网卡及令牌环网网卡都已被淘汰,市面上几乎找不到此类网卡.主机的操作系统为低版本的Solaris2.5.1,其对硬件的兼容性差,一旦要更换主机的任何元件或外围设备,都十分麻烦.上位机软件SAT250本身也有不完善的地方,其VIS250经常出现实时事件丢失;组态软件报表的开发复杂,普通用户无法根据本电站的实际情况进行再开发.(2)调度通信工作站运行不稳定与衡阳地调进行远动通信的网关工作站一直存在故障,运行不稳定,经常出现死机或数据无法刷新.虽然ELIN公司技术人员进行多次了处理,但问题均未彻底解决.(3)备件问题随着计算机及网络技术的发展,本站监控系统所使用的部分产品已被市场淘汰.令牌环网的控制器KRTR,集线器rFP以及下位机模块CP1032,CP1037,AME的功能模块厂家已停止生产.这样在备件缺乏的情况下会直接影响到电站的安全运行.2具体改造内容根据本电站的实际情况及综合考虑,大源渡电站计算机监控系统采用部分改造的方案.电站级控制层设备除模拟屏,电力专用不间断电源EUPS外,20水电站机电技术第33卷其它设备均升级改造;现地控制单元层只进行局部升级改造,屏柜的面数,外部端子连线,连接电缆均不变化;系统网络改为100Mb/S工业以太环网,传输介质仍利用原监控系统的光缆.改造后的系统结构如图2所示.图22.1电站控制层改造(】)上位机MB站采用冗余配置,互为热备用,兼做操作员工作站和服务器.其主机为高性能,多任务,多用户型HPXW4600工作站.安装的操作系统为WindowsXP,监控软件为SAT公司的升级产品SCALA6.3.此次改造进一步完善了电站14号机组的联合控制功能自动发电控制(AGC)和自动电压控制(AVC).上位机A/B站的成组控制画面仅是运行人员的操作画面,联合控制程序安装在工程师站.(2)工程师站采用高性能,多任务,多用户型HPXW4600工作站.除主要完成电站上,下位机的日常维护工作外,同时还兼作电站14号机组的联合控制服务器.(3)GPS同步的网络时钟服务器LANTIME由卫星同步GPS167接收器,带电源和网卡的单板计算机组成.单板计算机通过中控室内的交换机连在以太环网上,向整个监控系统提供高精度的时钟.(4)网络打印机HPLaserJet5200n通过中控室内的交换机连在以太环网上,负责定时,召唤打印,以及手动打印上位机屏幕或工程师站所选定的内容.2.2现地控制单元层改造(1)14号机组现地控制单元LCU(1-4)将机组LCU1一LCU4的SK机架升级为AK机架,升级内部的CPU模块,保留原SK的I/O模块;机组顺控和安全的AM模块均保留不变.(2)全厂通信控制LCU9将配置完全相同的两个SK机架升级为一套AK机架,升级内部的CPU模块;原LCU6取消,其功能由LCU9AK机架内新增加的I/O模块完成.(3)模拟屏驱动及调度通信LCU10将SK机架升级为AK机架,升级内部的CPU模块,保留原SK的YO模块.与调度的通信由LCU10的通信处理模块CP2002完成,不单独设置网关工作站.(4)其它电站LCU5(I,II),LCU7(I,II),LCU8均为AM模块,考虑到本站还储备有相当数量的AM模块备件,所以此次不进行改造.2.3系统网络改造改造后的监控系统网络采用传输速率为100Mb/s的高速光纤以太环网结构,网络通信介质利用原系统多模光纤,遵循TCP/IP规约.电站控制层与现地控制单元层之间通信采用国际标准化开放系统规约IEC608705104.14号机组现地控制单元LCU(】一4)各装有一台交换机,将LCU1LCU4连至以太环网上;中控室+HA01屏内有两台交换机,分别将上位机A/B,工程师站,网络打印机,GPS同步的网络时钟服务器,LCU9,LCU10连接至以太环网上.网络设备为MOXA工业以太网交换机,所有交换机之间采用光缆串接并形成环网.3目前监控系统仍然存在的问题及处理对策通过部分升级改造,大源渡水电站计算机监控系统的性能和稳定性大大增强.但是由于最初的设计原因,目前监控系统仍然存在几个问题,要特别引起运行,维护人员的重视,以便在日常工作中做到心中有数,确保电站的安全,稳定运行.(1)14号机组LCU1一LCU4仅由AK主功能组连上以太环网,当AK的通信处理模块故障时,机组负荷的调整和停机流程执行问题.电站14号机组现地LCU仅由AK主功能组直接连在以太环网上,AM子功能组(顺控和安全模块)经SIMBUS总线与AK通信.当AK的通信处理模块故障,其与上位机的通信中断,中控室上位机无法控制相应的机组.此时要检查机组现地触摸屏第1期邓朝君:大源渡水电站计算机监控系统改造浅析21是否可用,若正常则在触摸屏上实现机组负荷的调整和停机流程的执行;若触摸屏也不可用,应该在现地电调屏上实现对机组的控制.在以后的改造中可考虑将AM子功能组通过网卡直接连在以太环网上,从而实现机组AM子功能组与上位机的直接通信,从根本上消除因机组AK主功能组通信故障,上位机无法控制机组的隐患.(2)机组调速器为有功控制方式时,失去有功反馈值问题.电站4台机组采用扩大单元接线,l,2号机组共10.5kVI段母线,3,4号机组共1O.5kVII段母线.LCU7(I)负责1,2号机组l0.5kV配电设备及相关量的监控,LCU7(II)负责3,4号机组10.5kV配电设备及相关量的监控.机组的实际有功值来自LCU7,其经过SIMBUS总线,传输到LCU9,再由以太环网送至各机组现地LCU,电调采集此值作为调整有功的反馈值.当LCU7/LCU9故障或者是以太环网网络故障时,机组调速器系统因失去有功反馈值,其闭环控制变成开环控制,致使机组负荷一直往上升,从而出现机组过负荷甚至于出现事故.电站在改造LCU9的过程中就曾出现过3号机因失去有功反馈值,负荷直线上升达到33MW的现象(机组额定出力为30MW),由于当时现场工作人员处理得当且迅速,避免了事故的发生.今后为避免此类危险现象的再次发生,机组在调速器有功控制方式运行,处理LCU7/LCU9或以太环网网络故障时,首先要将相应的运行机组调速器控制方式切换为开度控制,使调速器直接控制机组.为彻底解决机组有功反馈值问题,可在每台机组现地LCU控制屏内增加一功率变送器,通过电缆将来自LCU7的机组实际有功值直接接至功率变送器;现地LCU模块采集此值再送至电调.这样电调的有功反馈值没经过网络传输,直接从机组LCU采集,其可靠性增强,从根本上解决了机组调速器在有功控制方式时失去有功反馈值的问题.(3)全厂通信控制LCU9无冗余配置问题.改造后的LCU9除主要完成LCU5,7,8与上位机及其它LCU的通信外,电站原LCU6的监控功能也由LCU9新增加的I/O模块完成.在现地控制单元当中,LCU9的通信处理任务重大.一旦LCU9出现故障,将影响它的子功能组LCU5,7,8与上位机及其它LCU的通信.改造前虽然LCU9是由两个配置完全相同的SK机架组成,但两个SK机架所连的子功能组并不相同,所以本电站的LCU9并非真正意义上的冗余配置.为确保LCU9通信的可靠性,在以后的改