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摘要：针对响蓄电站监控系统经过多年运行出现的缺陷，结合对水电厂现代化管理的系统要求，提出对现有监控系统以保持本身具备的基本功能为基础，在性能稳定和功能扩展上的改造设想。
关键词：监控系统；改造；设想
作者简介：赵宋萍（1978-），女，安徽蚌埠人，响洪甸水电站发电设备检修公司，助理工程师。（安徽 金寨 237335）
中图分类号：TM622 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）15-0251-02
响洪甸抽水蓄能电站是2000年投产的安徽省内第一座抽水蓄能电站，装机容量2×40MW。该站的监控系统采用南瑞自控公司1997年开发研制并首次应用于国产蓄能机组的SSJ-3000型计算机监控系统。随着现代化电网的发展要求，现有监控系统在日常运行中暴露出的性能不稳、功能不完善等问题需要对监控系统进行升级换代和技术改造。改造的方向应该既着眼于系统性能可靠性的大幅度提高，又要紧跟现代化水电厂管理的发展步伐进行功能性完善和扩充，以适应未来“无人值班”、“状态检修”等新管理理念的需求。
一、现有监控系统的现状和存在的问题
1.系统结构特点
现有计算机监控系统采用全分布开放式结构，分设主控级和现地单元控制级。[1]主控级为多机布置，2台厂级计算机兼操作站，并互为冗余热备用，另设一台工程师工作站供培训和软件维护调试用。现地控制级分别为四套LCU，供两台发变组（1LCU、2LCU）、地下厂房公用设备（3LCU）、中控楼和220KV开关站公用设备（4LCU）操作监视，其中1、2LCU之间和3、4LCU之间分别互为冗余。主控机、工控机、工程师工作站以及通信机通过以太网相连，利用各种软件系统实现现场数据量的采集处理和检测，对设备的状况提供监视、报警，负责机组各种工况转换的流程控制及监视，进行自动有功、无功调节，显示和记录有关数据、报表。
2.存在的问题
机组自动启停操作中出现过多次因死机导致的开停机不成功现象；辅助设备控制监视信息不全面；缺少必要的备品备件；厂内励磁、调速器等装置更换后出现的配合不协调；没有考虑机组黑启动流程；缺乏足够的数据量记忆功能；部分流程程序考虑得过于复杂；缺乏现代化电厂必需的相关自动化功能。
二、系统技术改造的探讨
对现有监控系统的改造应以现有的外部数据量和控制信号输入输出为基础，着力于系统结构的更新升级、功能的丰富与扩展、现场技术条件的完善三个方面的技术改造。
1.基于对象技术的分布式系统结构
随着计算机硬件技术的高速发展，软件技术已发展到了除遵循开放系统标准以外还应遵循面向对象技术的标准。从系统设计、编程语言选择到用户界面等一系列过程都依据面向对象的技术，给用户带来使用和维护上的极大方便。可以实现集设备控制与调节、生产运行管理系统、友好的图形界面、报警系统、历史数据库等功能为一体的具有强大功能的监控系统。因此采用面向对象的分布式系统结构和高速以太网为基础的网络设备是本监控系统改造的首选。
2.提高系统可靠性的冗余方式
为了提高监控系统的可靠性，对监控系统采用多种在线冗余的方法，保证主要设备的安全稳定运行。
（1）电源冗余方式。监控系统的电源部分主要包括对主机、现地控制器CPU、I/O模块等设备的供电。这些设备的电源故障会使整个系统工作中断，造成重大后果。因此在电源设计上要考虑保证电源具有足够的容量和提高电源工作的可靠性。主要是采用双回路供电，分别取自厂用电分段400V母线和厂用交流逆变电源。正常工作时两路互为备用，主电源故障时自动切换至备用电源。切换装置使用模块化电源切换装置或使用接触器切换装置串接UPS的方式，确保运行机组不失控。现地控制单元中的直流电源采用双路供电，分别供给互为备用的CPU，实现主控机、采集控制PLC及I/O模块的冗余供电方式。
（2）主控级及现地控制设备的冗余方式。主控级采用2台操作员工作站，主从冗余配置，主机故障时从机自动投入工作。现地控制模块采用N+1冗余方式，4台LCU为主用控制模块，负责2台机组、地下厂房公用、中控楼及220kV开关站的操作监视，1台为备用控制模块。4个LCU中任一台出现故障能立即自动切换到备用控制模块，并发出故障信号。这样可以解决在开停机和繁忙操作过程中出现的死机等故障。
3.系统的功能扩展
（1）历史数据库系统。历史数据库系统是监控系统的一部分，通过软件对历史数据的存储处理，提供现场运行维护、故障、事故的历史数据、统计报表和曲线等记录。[2]其中的事故追忆保存、事故重演以及报表和统计记录的直观查询界面给事故的事后分析带来极大方便。当事故发生时，在数据库中自动保存事故追忆记录，进行事故查询时可实现事故重演、播放，弥补机组保护缺少故障录波装置的不足，方便地进行事故分析。存储的数据种类主要包括：模拟量和数字量记录、越复限统计、开关量动作及复归统计、电度量记录及统计等，根据数据库功能要求应具备存储容量足够，信息种类齐全，查询界面友好，查询手段丰富，并能自动进行存储数据的维护清理。
（2）机组黑启动功能。黑启动就是在220kV线路失电和400V厂用电完全消失的情况下，利用厂内直流220V和交流220V逆变电源装置迅速完成机组的自启动，并给220kV输电线路充电，然后带动另一台机组启动带载运行。由于当初电站设计中没有考虑黑启动运行方式，必需对监控、励磁、调速器各系统进行必要的改造和完善，保证机组一次性黑启动成功。
1）影响黑启动成功的关键因素。调速系统将机组零转速升至额定转速过程，调速系统油压下降过快可能导致机组调节失败。机组高压减载泵在厂用电消失后能够正常工作。通过厂内逆变电源系统将蓄电池直流电源转换为交流电源带动减载泵运行，要求蓄电池容量能够维持足够的工作时间，逆变电源逆变性能良好且带载能力强。机组蝶阀油压应能保证失电状态下成功开启蝶阀。 2）由于线路为容性负载，在独立充电过程中出现电压上升现象，必需降低机组的出口电压，可能会突破励磁的低励限制参数，因此要在试验中修改机组励磁系统的低励限制值，避免充电时引起线路过电压保护动作导致启动失败。励磁建压时要进行转子线圈充磁操作，确保励磁在自并励状态建压成功。
3）调速器系统在机组出口开关及220kV线路开关合闸后应维持在转速调节工作方式，以满足系统稳定和负荷变化要求。带部分有功负荷时应能满足开度调节动作不被限制。
4）黑启动流程。监控发出一台机组黑启动命令后，检查机组出口、变极、换相开关及220KV刀闸已合，控制设备电源正常等启动条件具备，置“黑启动发电”态；开蝶阀，送冷却水、投高压减载泵；机组升速、建压至额定值并稳定；机组减磁降压至适当值后发“220kV开关合闸”命令；对线路充电稳定后调整机组及线路电压稳定在额定值要求范围内；恢复厂用电系统供电，进入正常发电运行状态。
（3）设备“状态检修系统”接口预留。设备状态检修是以设备的实际状态为基础，使用新技术、新仪器，提高状态监测水平，准确判断设备的状态和劣化程度，不仅能保证设备经常处于完好状态，且延长设备寿命，比定检更先进、更科学。[3]状态检修系统与监控系统的有机集成可形成互补优势，因此利用现有监控网络基础为将来“状态检修系统”预留接口，将机组的在线监测数据和现有的遥测、遥信数据相结合，实现信息共享，减少重复投资，对企业科学管理具有重要意义。
（4）在线寻呼On-Call系统。On-Call系统以监控自动报警系统为基础，保证值班维护人员和有关负责人在发生事故、故障时立即收到事故信息，紧急进入现场进行事故、故障抢修和恢复生产的自动报警系统，利用移动公用信息网实现将事先定制的对应的各种故障情况的报警信息以手机中文短信的形式自动传递至相应级别的On-Call人员手机上，使处理人员及时了解具体情况，迅速进行处理安排和工作准备。这对电站在实行“无人值班，少人值守”模式下的安全运行是必不可少的。
4.现场技术条件完善
（1）机组励磁、调速装置及部分公用设备经过更新后，与现有监控系统的开关输入、输出量出现一些描述信息不对应现象，导致运行人员的误判，不能快速、准确地了解故障原因，影响对故障的查找和处理。在改造中需要改正、补充故障信息。
（2）厂用电备自投装置长期不能投入正常运行，需要在改造过程中解决，确保厂用电系统的安全运行。经过改造后的新增厂用电系统缺少与监控的接口，不能自动工作。
（3）部分二次电缆在2000年10月的水淹厂房事故中进水，绝缘下降，抗干扰能力差，需要在改造中检查更换。
（4）智能操作票系统不工作，要补充完备，以利于生产运行管理。
三、改造方案的实施
为了让新系统尽快发挥作用，解决好新老监控系统的安全过渡问题，在改造实施上应一次性完成新老系统的切换和调试。实施前全面进行外围系统的技术统计和记录，确保准确无误；实施过程中做好过渡阶段的设备巡检管理工作，防止危及设备安全的事故发生。
四、结语
对响蓄电站监控改造工作仅仅从以上方面进行设想，并没有涉及具体的改造细节，也没有考虑各监控厂家产品的定型功能及性价比等因素。总之，监控系统是一个电厂的心脏，性能优越和功能全面是基本要求，同时还要具备持续改进升级的软硬件基础。改造要符合现场、符合需求，最终目的是确保各种工况下开停机成功率和设备的安全优质运行。
参考文献：
[1]周庆忠，汪军，王善永，等.国产化大型抽水蓄能电站计算机监控系统[J].电力系统自动化，2007，（17）.
[2]周坤，肖仁军.泰山抽水蓄能电站计算机监控系统设计[J].山东电力技术，2008，（5）.
[3]杜晨辉，杨光华，杨洁，等.蒲石河抽水蓄能电站监控系统LCU回路设计[J].水电自动化与大坝监测，2011，（3）.
（责任编辑：王祝萍）
关键词：监控系统；改造；设想
作者简介：赵宋萍（1978-），女，安徽蚌埠人，响洪甸水电站发电设备检修公司，助理工程师。（安徽 金寨 237335）
中图分类号：TM622 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）15-0251-02
响洪甸抽水蓄能电站是2000年投产的安徽省内第一座抽水蓄能电站，装机容量2×40MW。该站的监控系统采用南瑞自控公司1997年开发研制并首次应用于国产蓄能机组的SSJ-3000型计算机监控系统。随着现代化电网的发展要求，现有监控系统在日常运行中暴露出的性能不稳、功能不完善等问题需要对监控系统进行升级换代和技术改造。改造的方向应该既着眼于系统性能可靠性的大幅度提高，又要紧跟现代化水电厂管理的发展步伐进行功能性完善和扩充，以适应未来“无人值班”、“状态检修”等新管理理念的需求。
一、现有监控系统的现状和存在的问题
1.系统结构特点
现有计算机监控系统采用全分布开放式结构，分设主控级和现地单元控制级。[1]主控级为多机布置，2台厂级计算机兼操作站，并互为冗余热备用，另设一台工程师工作站供培训和软件维护调试用。现地控制级分别为四套LCU，供两台发变组（1LCU、2LCU）、地下厂房公用设备（3LCU）、中控楼和220KV开关站公用设备（4LCU）操作监视，其中1、2LCU之间和3、4LCU之间分别互为冗余。主控机、工控机、工程师工作站以及通信机通过以太网相连，利用各种软件系统实现现场数据量的采集处理和检测，对设备的状况提供监视、报警，负责机组各种工况转换的流程控制及监视，进行自动有功、无功调节，显示和记录有关数据、报表。
2.存在的问题
机组自动启停操作中出现过多次因死机导致的开停机不成功现象；辅助设备控制监视信息不全面；缺少必要的备品备件；厂内励磁、调速器等装置更换后出现的配合不协调；没有考虑机组黑启动流程；缺乏足够的数据量记忆功能；部分流程程序考虑得过于复杂；缺乏现代化电厂必需的相关自动化功能。
二、系统技术改造的探讨
对现有监控系统的改造应以现有的外部数据量和控制信号输入输出为基础，着力于系统结构的更新升级、功能的丰富与扩展、现场技术条件的完善三个方面的技术改造。
1.基于对象技术的分布式系统结构
随着计算机硬件技术的高速发展，软件技术已发展到了除遵循开放系统标准以外还应遵循面向对象技术的标准。从系统设计、编程语言选择到用户界面等一系列过程都依据面向对象的技术，给用户带来使用和维护上的极大方便。可以实现集设备控制与调节、生产运行管理系统、友好的图形界面、报警系统、历史数据库等功能为一体的具有强大功能的监控系统。因此采用面向对象的分布式系统结构和高速以太网为基础的网络设备是本监控系统改造的首选。
2.提高系统可靠性的冗余方式
为了提高监控系统的可靠性，对监控系统采用多种在线冗余的方法，保证主要设备的安全稳定运行。
（1）电源冗余方式。监控系统的电源部分主要包括对主机、现地控制器CPU、I/O模块等设备的供电。这些设备的电源故障会使整个系统工作中断，造成重大后果。因此在电源设计上要考虑保证电源具有足够的容量和提高电源工作的可靠性。主要是采用双回路供电，分别取自厂用电分段400V母线和厂用交流逆变电源。正常工作时两路互为备用，主电源故障时自动切换至备用电源。切换装置使用模块化电源切换装置或使用接触器切换装置串接UPS的方式，确保运行机组不失控。现地控制单元中的直流电源采用双路供电，分别供给互为备用的CPU，实现主控机、采集控制PLC及I/O模块的冗余供电方式。
（2）主控级及现地控制设备的冗余方式。主控级采用2台操作员工作站，主从冗余配置，主机故障时从机自动投入工作。现地控制模块采用N+1冗余方式，4台LCU为主用控制模块，负责2台机组、地下厂房公用、中控楼及220kV开关站的操作监视，1台为备用控制模块。4个LCU中任一台出现故障能立即自动切换到备用控制模块，并发出故障信号。这样可以解决在开停机和繁忙操作过程中出现的死机等故障。
3.系统的功能扩展
（1）历史数据库系统。历史数据库系统是监控系统的一部分，通过软件对历史数据的存储处理，提供现场运行维护、故障、事故的历史数据、统计报表和曲线等记录。[2]其中的事故追忆保存、事故重演以及报表和统计记录的直观查询界面给事故的事后分析带来极大方便。当事故发生时，在数据库中自动保存事故追忆记录，进行事故查询时可实现事故重演、播放，弥补机组保护缺少故障录波装置的不足，方便地进行事故分析。存储的数据种类主要包括：模拟量和数字量记录、越复限统计、开关量动作及复归统计、电度量记录及统计等，根据数据库功能要求应具备存储容量足够，信息种类齐全，查询界面友好，查询手段丰富，并能自动进行存储数据的维护清理。
（2）机组黑启动功能。黑启动就是在220kV线路失电和400V厂用电完全消失的情况下，利用厂内直流220V和交流220V逆变电源装置迅速完成机组的自启动，并给220kV输电线路充电，然后带动另一台机组启动带载运行。由于当初电站设计中没有考虑黑启动运行方式，必需对监控、励磁、调速器各系统进行必要的改造和完善，保证机组一次性黑启动成功。
1）影响黑启动成功的关键因素。调速系统将机组零转速升至额定转速过程，调速系统油压下降过快可能导致机组调节失败。机组高压减载泵在厂用电消失后能够正常工作。通过厂内逆变电源系统将蓄电池直流电源转换为交流电源带动减载泵运行，要求蓄电池容量能够维持足够的工作时间，逆变电源逆变性能良好且带载能力强。机组蝶阀油压应能保证失电状态下成功开启蝶阀。 2）由于线路为容性负载，在独立充电过程中出现电压上升现象，必需降低机组的出口电压，可能会突破励磁的低励限制参数，因此要在试验中修改机组励磁系统的低励限制值，避免充电时引起线路过电压保护动作导致启动失败。励磁建压时要进行转子线圈充磁操作，确保励磁在自并励状态建压成功。
3）调速器系统在机组出口开关及220kV线路开关合闸后应维持在转速调节工作方式，以满足系统稳定和负荷变化要求。带部分有功负荷时应能满足开度调节动作不被限制。
4）黑启动流程。监控发出一台机组黑启动命令后，检查机组出口、变极、换相开关及220KV刀闸已合，控制设备电源正常等启动条件具备，置“黑启动发电”态；开蝶阀，送冷却水、投高压减载泵；机组升速、建压至额定值并稳定；机组减磁降压至适当值后发“220kV开关合闸”命令；对线路充电稳定后调整机组及线路电压稳定在额定值要求范围内；恢复厂用电系统供电，进入正常发电运行状态。
（3）设备“状态检修系统”接口预留。设备状态检修是以设备的实际状态为基础，使用新技术、新仪器，提高状态监测水平，准确判断设备的状态和劣化程度，不仅能保证设备经常处于完好状态，且延长设备寿命，比定检更先进、更科学。[3]状态检修系统与监控系统的有机集成可形成互补优势，因此利用现有监控网络基础为将来“状态检修系统”预留接口，将机组的在线监测数据和现有的遥测、遥信数据相结合，实现信息共享，减少重复投资，对企业科学管理具有重要意义。
（4）在线寻呼On-Call系统。On-Call系统以监控自动报警系统为基础，保证值班维护人员和有关负责人在发生事故、故障时立即收到事故信息，紧急进入现场进行事故、故障抢修和恢复生产的自动报警系统，利用移动公用信息网实现将事先定制的对应的各种故障情况的报警信息以手机中文短信的形式自动传递至相应级别的On-Call人员手机上，使处理人员及时了解具体情况，迅速进行处理安排和工作准备。这对电站在实行“无人值班，少人值守”模式下的安全运行是必不可少的。
4.现场技术条件完善
（1）机组励磁、调速装置及部分公用设备经过更新后，与现有监控系统的开关输入、输出量出现一些描述信息不对应现象，导致运行人员的误判，不能快速、准确地了解故障原因，影响对故障的查找和处理。在改造中需要改正、补充故障信息。
（2）厂用电备自投装置长期不能投入正常运行，需要在改造过程中解决，确保厂用电系统的安全运行。经过改造后的新增厂用电系统缺少与监控的接口，不能自动工作。
（3）部分二次电缆在2000年10月的水淹厂房事故中进水，绝缘下降，抗干扰能力差，需要在改造中检查更换。
（4）智能操作票系统不工作，要补充完备，以利于生产运行管理。
三、改造方案的实施
为了让新系统尽快发挥作用，解决好新老监控系统的安全过渡问题，在改造实施上应一次性完成新老系统的切换和调试。实施前全面进行外围系统的技术统计和记录，确保准确无误；实施过程中做好过渡阶段的设备巡检管理工作，防止危及设备安全的事故发生。
四、结语
对响蓄电站监控改造工作仅仅从以上方面进行设想，并没有涉及具体的改造细节，也没有考虑各监控厂家产品的定型功能及性价比等因素。总之，监控系统是一个电厂的心脏，性能优越和功能全面是基本要求，同时还要具备持续改进升级的软硬件基础。改造要符合现场、符合需求，最终目的是确保各种工况下开停机成功率和设备的安全优质运行。
参考文献：
[1]周庆忠，汪军，王善永，等.国产化大型抽水蓄能电站计算机监控系统[J].电力系统自动化，2007，（17）.
[2]周坤，肖仁军.泰山抽水蓄能电站计算机监控系统设计[J].山东电力技术，2008，（5）.
[3]杜晨辉，杨光华，杨洁，等.蒲石河抽水蓄能电站监控系统LCU回路设计[J].水电自动化与大坝监测，2011，（3）.
（责任编辑：王祝萍）