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）

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）

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。

计算机监控系统；抽水蓄能电站；国产化；改造

1 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1 000 MW，安装4台250 MW的单级混流可逆式机组，以单回500 kV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

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C80-75 PLC数据交互。阿尔斯通C80-75 PLC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C80-75 PLC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。

（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。

（6）模入模块：模入模块用于把来自传感器、变送器等设备的诸如压力、液位、温度等模拟量信号转换为PLC可以处理的数字量信号。

（7）模出模块：模出模块用于把PLC的设定值数字量转换为电流或电压信号并通过电气回路输出。

（8）温度量模块：温度量模块用于将测温电阻的电阻值转换为PLC能够处理的数字量信号。

（9）同期装置：选用国产品牌自动准同期装置，该装置应基于DSP和超大规模集成在线可编程技术的硬件平台。整体大面板、全封闭机箱，硬件电路采用后插拔式的插件式结构，强弱电分离，CPU电路板和MMI电路板采用四层板，表面贴装技术。

表2 改造个LCU模块数量表

（10）现地触摸屏工控机：配置1台一体化工控机，具备自适应功能，即当上位机与PLC通讯正常时，现地工控机只作为操作员站完成相关监视控制功能。而当上位机与PLC通讯中断后，现地工控机自动升级为通讯机完成与PLC通讯，并实现所有监控功能。

（11）根据测点情况，建议改造各LCU模块数量如表2所示（括号内为PLC模块数量）。

2.5 国产监控系统技术特点

国产计算机监控系统应基于分布式对象计算技术，从系统的规划、设计、软件实现到提供给用户的组态工具、应用界面都使用了面向对象和跨平台的技术。遵循 TCP/IP、SQL、ODBC、JDBC、Java RMI、OPC等国际标准和被广泛使用的软件工具，具有充分的开放性、可扩展性和异构平台适应性，其主要特点有：

（1）安全可靠的系统平台

系统采用各系列高性能的服务器和开放性的UNIX操作系统，例如SUN公司的SPARC平台服务器、IBM公司的AIX系统服务器、HP公司的HP-UX服务器等，同时新监控系统也可在当前的开源操作系统上安全稳定运行，例如美国Redhat Advanced-Server平台等。

（2）面向对象的设计思路

系统以对象为单位进行数据组织。主要对象有发电机、闸门、开关、辅助设备等；按对象直观方便的控制操作，减少误操作；按对象信息查询，能迅速判断和分析事故；按对象计算各种二次计算量、状态量；按对象处理相关事件，并综合分析处理；按对象设置设备状态（检修、报警、投退）；按对象进行各种历史数据的统计分析。

（3）丰富多彩的图形界面

系统采用Java 2D技术，建立艺术级的图形效果；具有丰富的电力系统专业图符元件库；支持GIF、JPG、AVI等格式的第三方图形；支持按对象生成设备控制操作菜单；支持按对象的前景连接和替换功能；采用矢量绘图，实现无失真的无级缩放；自适应屏幕分辨率显示；支持单屏、双屏、三屏、四屏等多种模式；支持动态潮流显示、功率圆显示等仪表显示；支持多层图形显示，有效利用屏幕空间；支持屏幕画面拷贝输出、打印，所见即所得；支持监控图形的无缝Web展示。

（4）形式多样的报表系统

系统采用电子表格方式组织、显示报表，美观大方；兼容Execl报表格式（99%），通用方便；支持运行日志、月、年统计以及各种特殊统计表格；根据行业报表特点，设计专业数据连接，制作快速简洁；以棒图、饼图等模式直观显示，图文并茂；支持各种公式计算，便于二次处理；支持召唤打印和定时打印输出；支持报表数据离线查询。

（5）智能化的报警处理

系统光字画面可自动生成，不同级别的光字可定义不同的颜色；提供按不同的对象及不同的光字级别查询光字的手段；提供光字牌多种确认方法：按对象确认、逐个确认，全屏确认具有对象光字报警提示功能，用对象树图标的颜色区分有无光字报警。提供面向对象的多种查询方法，既可按对象，也可按事件类型查询。

（6）全面支持Web浏览

系统采用J2EE架构和面向服务的思想设计，支持异构环境；支持利用XML技术和SOAP协议进行对外的数据交互，支持各种国际标准数据接口，如JDBC、ODBC、TCP/IP等；有效数据流量控制，具有动态负载均衡能力；多级用户访问权限，实现统一认证管理；监控系统与Web系统实现无缝连接；支持防火墙配置，满足电力监控系统安全防护要求，确保系统安全。

3 结论

我国早期大型抽水蓄能电站基本采用的都是国外厂商计算机监控系统，目前来看，外方监控厂家在售后服务和备品备件价格、服务的质量和响应速度、技术的开放性及系统功能的扩展方面均存在明显的短板。

张河湾抽水蓄能电站作为国网新源首个进行监控系统国产化改造的大型抽水蓄能电站，其改造经验可为新源公司其他蓄能电站的国产化改造提供宝贵的技术积累和丰富的实施经验。监控系统国产化改造后，将明显降低电站的运行维护成本，提高电站的整体管控能力，消除原来存在的生产和安全方面的诸多隐患。

TV736

B

1672-5387（2016）12-0009-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.12.004

2016-08-29

谷振富（1981-），男，高级工程师，从事抽水蓄能电站运维管理工作。