涪江梯级渠化富金坝枢纽工程微机监控系统概述

蔡先生 项目管理

    涪江梯级渠化富金坝枢纽工程微机监控系统概述
    蔡世明
    （重庆航运建设发展有限公司，重庆江北区，400020）
    摘要：本文阐述了富金坝监控系统的结构和功能，富金坝监控系统组网采用100M冗余光纤网通讯，上位机系统采用双机热备，有效地提高了系统运行的安全性和可靠性。
    关键词：微机监控 冗余 双机热备
    1.工程概述
    富金坝枢纽工程是一个以航运为主、航电结合、以电促航综合利用效益的工程。电站采用混凝土低坝挡水，具有日调节能力，能够承担电网调峰任务。电站以二回110kV电压接入电网。电站总装机容量3×20MW，安装3台灯泡贯流式水轮发电机组，2台升压变压器110KV出线，2台厂用变压器。多年平均发电量为2.5542亿kW•h，利用小时数为4257h，保证出力11.6MW。通过业主招标，计算机监控保户系统由阿城继电器股份有限公司设计制造。

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    2.微机监控所要达到的目标
    富金坝电站自动化设计按“无人值班”（少人值守）进行设计，采用计算机监控系统，不设常规监控设备作备用。计算机监控系统与第一台机组同时投入运行。正常情况下，电站是由中控室运行值班人员用计算机系统的LCD显示器和键盘进行人机对话，对电站的水轮发电机组、主变压器、110KV线路、厂用电、闸门等主要设备进行控制和监视，也可由计算机监控系统按运行值班人员设定的负荷、负荷曲线、母线电压自动进行开机、停机、调相、并网操作、分配负荷、调整电压、频率、监视电站主要设备的运行。当主控计算机故障退出运行或通道故障，现场控制单元和主控计算机通信中断时，各现地控制单元应能独立运行，进行控制和监视，保证电站安全运行。
    3.电站控制调节方式
    3.1控制方式
    控制方式主要分为调度远方、电站中控和设备现地共三级，优先顺序从下至上，进行控制方式切换。平时监控系统的控制方式主要使用前两级，设备现地仅用于调试和应急处理。调度远方/电站中控的控制权选择在电厂中控室实现，缺省选择为中控室控制。通过操作员工作站可以选择控制权。监控系统可保证在进行控制权切换时电厂运行无扰动。
    3.2微机监控系统操作对象
    电站监控系统能根据当前运行情况和远方及当地的控制命令，按预定的步骤，对电厂设备进行控制及调节，包括机组状态转换；机组有功功率、无功功率的闭环调节；断路器、隔离开关及接地刀闸的分、合操作；辅助设备及公用设备的启、停操作；闸门的启、闭操作等。
    4.微机监控系统通讯组网
    计算机监控系统上位机采用双机热备，与网络采用100M以太网卡连接，操作员工作站、工程师工作站及通信服务器1采用硬件容错服务器。整个系统采用100M冗余光纤通讯网。
    采用VLAN（虚拟局域网）实现网段划分。划分不同的VLAN，将不同的接入设备根据一定的需要接入不同的VLAN。VLAN与VLAN之间相互隔离广播及组播数据包。网管系统采用的Hivision For Windows 6.2版本。
    采用基于MODBUS/TCP的应用层协议的透明网络系统。
    平台软件系统采用了C/S（客户/服务）的结构。服务端：主要负责数据的采集存储与分析，硬件指令的收发，系统信息的监视、收集和通知。客户端：则主要提供简洁直观、快捷方便的人机界面，接受用户指令下发至服务端，同时从服务端接收经过分析的数据信息，和报警信息提供给用户。
    设置视频监控作为电站计算机监控系统的一个子系统，采用MPEG2视频压缩编码技术和TCP/IP网络组播技术，视频监控中的网络视频编码器与1000M工业级以太网交换机100MRJ45口连接。中央控制中心设1面120英吋背投。视频监控点位35点。视频解码采用硬件解码。
    设置公共广播系统作为电站计算机监控系统的一个子系统，音频控制中心采用音频矩阵控制主机，以保证不同的音源可以播放到任意分区。音区划分为4个区，其中主厂房1个区，副厂房1个区，厂外1个区，闸坝1个区，闸坝音频采用网络音频适配器传输。主厂房及闸坝、升压站用反射式播音号角喇叭，副厂房采用室内吸顶音箱，厂外采用草坪音箱。
    微机监控系统通讯组网详见附图。
    5.微机监控系统的功能
    计算机监控系统能实时、准确、有效地完成对电站被控对象的安全监控。主要功能如下：
    数据采集与处理；安全运行监视；事件顺序记录；事故、故障报警及记录；事故追忆和相关量记录；控制操作和负荷调节；统计记录与生产管理；人机接口；ONCALL功能；数据通信；历史数据库；系统自诊断与冗余切换；软件开发与维护；AGC功能；AVC功能；操作培训；视频监控。
    5.1微机监控系统各部分功能概述
    5.1.1操作员主站的功能
    操作员主站主要实现的功能有：事故处理；报表统计；开机、停机跟踪及操作；闭锁数据库管理；人机接口及组态；ON-CALL；系统校时；自诊断及冗余切换；双机冗余容错；培训仿真；电站运行维护管理；打印与显示。
    为了提高计算机监控系统中功能节点可用性，监控系统软件支持双机冗余容错功能，即对冗余节点，通过再配一台同型设备，通过网络联系组成双机方式。由软件保证数据的一级性、控制命令单一出口等功能，同时通过软件保证一台设备丢失功能时，备用机及时发现并自动升为主机完成承担的任务。切换过程对生产过程无扰动。这一功能有效地提高了系统的安全性和可靠性。
    5.1.2操作员工作站兼数据库服务器功能
    操作员工作站供运行值班人员使用，以图形方式监视全厂各个设备的运行工况、下发操作控制命令等功能。
    在操作员工作站工作正常情况下，操作员备用工作站监视操作员主站，当操作员主站出现工作异常时，操作员备用工作站自动接管操作员主站控制权，执行操作员各种操作，当操作员主站恢复正常后，备用操作员工作站将控制权交回操作员主站，系统工作正常时，操作员备用站可作为工程师工作站使用。
    操作员工作站和操作员备用工作站同时充当整个监控系统的数据库服务器，存储所有的历史数据，数据互为备份。
    5.1.3工程师/培训站功能
    工程师/培训站除有操作站功能外，还用于离线软件开发，报表、显示画面、操作方式等开发及修改等，同时可模拟操作员主站，用于运行人员培训。
    5.1.4通讯服务器1 功能
    通讯服务器通过PLC完成对励磁、调速器、保护装置、测控装置、电度表、直流系统、PLC等设备的数据采集和处理，向调度系统进行数据转发。当主通讯服务器出现工作异常时，备用通讯服务器自动接管通讯服务器的功能，完成向调度系统进行数据转发。
    5.1.5通讯服务器2兼ON-CALL服务器功能
    ON-CALL服务器可自动按组群发电站事故信号、故障信号及定义的其它语音信号。
    5.1.6机组控制单元功能
    机组控制分为手动或自动分段程序操作，可以实现起动准备、开阀、水轮机启动、加励磁、同期并网、带负荷、正常停机等功能。
    设置机组事故或操作紧急停机按钮，可实现紧急停机。
    设置操作同期方式选择开关，可实现手动准同期或自动准同期操作。
    设置操作自动电压给定、手动电压给定、频率给定和开度限制给定等按钮开关，可实现机组的有功、无功调节。
    实现数据采集及处理，水力机械保护，通信功能，自诊断功能。
    5.1.7备自投的功能
    完成0.4kV厂用电系统三段电源备自投及电源自恢复，当手动操作相应的0.4kV空气开
    关时，公用系统LCU能自行判断，自动退出备自投和电源自恢复功能。
    5.1.8闸门LCU系统功能
    坝区泄洪闸门在汛期和非汛期，各闸门开启的数量、开度和先后动作时间及顺序由闸门LCU进行运行参数计算，在接收水情自动测报系统发送的有关实时数据，上游来水、上下游水位、下泄流量及相关关系曲线情况下，结合水调自动化指令，并考虑相关水工建筑物结构安全，确定泄洪闸门开启和关闭条件，相关流程设定：逐孔启闭闸门、数孔同时启闭闸门、全开或局部开启闸门以及闸门开度整定值和限值的设定，以实现水库的定水位控制和流量平衡控制，确保库水位的精确使用和大坝水工结构安全。
    6．小结
    富金坝航电枢纽采用微机自动化监控系统，有机的结合了目前控制技术的最新发展成果，减轻了职工劳动强度，提高了劳动生产效率。所采用的采用100M冗余光纤网通讯，上位机系统采用双机热备，是这一系统的突出特点，有效地提高了系统运行的安全性和可靠性。
    微机监控系统通讯组网图