缅甸耶瓦水电站计算机监控系统现地控制单元的改造

张显兵，刘晓波，姚维达

（中国水利水电科学研究院自动化所，北京 100038）

0 概述

缅甸耶瓦水电站（Yeywa）是缅甸已建的最大电站，2011年占缅甸主干电网负荷容量的60%左右，在缅甸电网中具有举足轻重的地位。耶瓦水电站位于缅甸中部曼德勒省境内依洛瓦底江的一级支流米坦格河下游，距西偏北方向的曼德勒市50 km(直线距离)。耶瓦水电站安装4台195 MW的立式混流式水轮发电机组，电站以230 kV接入缅甸主干电网，共4回出线。耶瓦水电站承担电网基荷，首台机组2010年初投产，2010年12月全部机组并网发电。

原监控系统采用国外某公司组态软件，于2010年2月随第一台机组投产而同步投运。原系统由主站和现地控制单元（LCU）构成。投运一年来，多次出现事故停机，而原系统无法记录引发停机的故障信号，无法查出停机原因，不利于事故分析与排除，对缅甸电网的安全性造成了很大的影响。2011年初，业主决定采用北京中水科水电科技开发公司的H9000 V4.0监控系统，对原系统进行改造和完善。

1 改造原则

（1）可靠性

LCU的主要设备，如以太网络设备、电源等均采用冗余配置。控制系统采取现地、远方两种控制模式对机组进行控制。当计算机控制系统厂站层及现地工控机故障或计算机控制系统厂站层与LCU的通讯中断时，操作人员可以在现地控制模式下，通过LCU盘柜上的把手及按钮对机组进行控制。提高了机组开停机的可靠性和灵活性，符合控制系统危险分担的原则。

（2）开放性

采用国际标准，国家标准和行业标准，提高系统的开放性。选用标准化的产品和技术，为备品备件及后续的升级扩展提供方便。

（3）独立性

LCU采用分布式结构，取消信号扩展布线回路，减少不同单元间的关联性。

（4）经济性

充分考虑合理利用原有LCU设备，以降低改造费用。保留原有系统中性能较好的设备，更换部分设备，以优化连接结构和方式。

（5）简便性

采用清晰的流程结构，使用模块化设计，以便于运维人员的操作和维护。

2 改造内容

2.1 网络结构

原系统LCU采用施耐德Unity Quantum PLC，施耐德一体化工控机，PLC与工控机之间采用串口连接，PLC通过一路光纤和一路RJ45转光纤与上位机连接，温度巡检装置直接通过光纤与上位机连接。

新系统采用100 M双以太网结构，在保留原有的PLC、工控机、温度巡检的基础上，增加两个4RJ45口的MOXA交换机，交换机与上位机操作员站采用100 M光缆通讯，与现地PLC、工控机、串口通讯器采用双绞线连接，形成双星形网络，温度巡检装置通过串口与串口通讯器连接.机组LCU网络结构图如图1示:

图1 耶瓦水电站机组LCU网络结构图

2.2 设备供电

原系统各LCU配置了4块24 V电源装置，为单路进线，两路厂用交流进线和两路UPS直流进线分别为其供电。4块电源装置分别供电给PLC模块、I/O回路、光纤收发器、备用，全部I/O回路(中断量、开关量输入、开关量输出、模拟量输出)的电源由一个空开控制。

新系统调整了电源装置的用途，各选取进线分别为厂用交流和UPS直流的2块电源装置，配置形成2路冗余24 V回路，一路为PLC模块和交换机供电，另一路供给I/O回路，并对各个I/O回路分配独立的空开。

2.3 控制流程

原系统机组LCU控制流程采用LD（梯形图）的方式，对机组开机过程缺少监视，对引起机组停机的信号没有记录，对3种类型的事故停机没有区分开。设计中机组还应具备调相功能，原流程没有实现机组的调相态及调相态与其它工况的相互转换。

新系统的机组LCU流程采用了SFC（顺序功能图）与FBD(结构功能块)相结合的编程方式。流程各个控制对象，建立单独的程序段进行控制，对机组定义5种状态：准备态、空转态、空载态、发电态、调相态。使用以“步”为基本元素的SFC语言，实现机组单步开停机（包含手动模式和自动模式），监视开停机流程的各步动作状态和各步运行时间。机组开停机流程分为6段SFC程序段:

（1）开机流程:实现机组在5种状态中的正逻辑转换，准备态转空转态、准备态转空载态、准备态转发电态、准备态转调相态、空转态转空载态、空转态转发电态、空转态转调相态、空载态转发电态、空载态转调相态、发电态转调相态。

（2）正常停机流程：实现机组在4种状态中的反逻辑转换、发电态转空载态、发电态转空转态、空载态转空转态、空载态转全停态、空转态转全停态。

（3）快速停机流程:分为一类快速停机流程和二类快速停机流程，分别实现电气故障和非电量故障引起的事故停机。

（4）紧急停机流程:实现机械故障引起的事故停机。

（5）调相转发电流程:实现机组由调相态转发电态。

（6）调相停机流程:分为调相状态下的正常停机、一类快速停机、二类快速停机、紧急停机。如图2示:

图2 机组停机的SFC单步控制流程

2.4 温度量的处理

原系统机组LCU程序中，RTD采集得到的三部轴承温度值，没有经过任何处理，单点温度过高即直接作用于停机。

新系统增加了对RTD数值的判断，处理后可信的温度值参与控制。增加对每个RTD通道质量的闭锁判断，对RTD可信值的判断，当判断温度通道中断或温度超过可信值时，此温度不参与控制。

2.5 LCU之间的数据交换

原系统机组LCU和进水口LCU之间的数据交换由上位机转发的方式完成，开关站LCU通过手动盘的继电器扩展到机组LCU。

新系统采用LCU之间直接通讯的方式，实现各LCU之间数据的直接读写。应用QuantumPLC网络模块(NOE77101)支持I/O Scanner的功能，简单方便地实现LCU之间的直接通信。

2.6 黑启动功能

新系统充分考虑了耶瓦电站在缅甸电网崩溃，全厂交流厂用电消失的情况下，利用柴油发电机，启动机组，恢复厂用电。

厂用电消失后，厂用UPS直流维持公用LCU运行，公用LCU自动下令对400 V厂用电系统进行倒闸操作，启动柴油发电机，为400 V母线送电，从而给机组油气水等辅助设备供电。并倒送至进水口11 kV母线，提升进水口闸门。机组LCU给调速和励磁系统分别下达“孤网运行令”和“零起升压令”，机组启动到达空载状态后，公用LCU再次进行倒开关操作，切除柴油发电机，机组带厂用电运行。

3 较原系统改进的方面

新系统LCU的设计，在尽最大限度的保留了原系统的设备的前提下，调整了电源分配，优化了网络结构，精进了控制程序，从而使控制系统的安全性、可靠性、可维护性得到质的提升，具体体现在以下方面：

（1）工控机采用双以太网与PLC连接，较原工控机采用串口通讯，运行稳定可靠，数据采集速度大幅提高。

（2）调整了电源分配，实现了LCU设备及I/O回路的冗余供电，为调试检修提供了很大便利，同时提升系统的可靠性。

（3）对流程的优化，大大提高了操作的灵活性实用性，为耶瓦水电站实现无人值班(少人值守)提供了可靠的保障。机组在停机、空转、空载、发电、调相几种状态间可以任意转换，一键到位。

（4）LCU之间直接通讯，简化了硬件回路，提高了LCU的独立性。

（5）温度量的处理，排除了假信号，避免了机组频繁的事故停机。

（6）机组黑启动功能的实现，降低了缅甸的用电安全风险。缅甸电网容量比较小，频率经常在46 Hz到56 Hz的范围内大幅波动，电网经常面临崩溃的危险，机组具备黑启动功能，对耶瓦水电站的安全运行，对缅甸电网的稳定，有着关键性的作用。

4 结语

耶瓦水电站监控系统LCU的优化，大幅提高了机组运行的可靠性，安全性。目前，耶瓦水电站已完成全部监控系统改造优化工作并投运，2012年1月通过现场验收，至今运行稳定，得到了用户的好评，取得了良好的社会、经济效益。

[1]张 煦，刘晓波.以太网I/O扫描通信技术在监控系统中的应用[J].水电站机电技术，2009，32（3）：26-27.

[2]张 捷，张显兵，汪华强.缅甸瑞丽江项目计算机监控系统现地部分的实现 [J].水电站自动化与大坝监测，2009，33（5）：16－19.

[3]姜永富，沙永兵，刘晓波，等.五强溪水电厂监控系统改造设计与应用[J].水电站机电技术，2008，31（3）：78－81.