呼和浩特抽水蓄能电站计算机监控系统概述———呼和浩特抽水蓄能

　
  摘  要：呼和浩特抽水蓄能电站计算机监控系统满足了电站按“无人值班”（少人职守）模式运行管理的需要，实现了“四遥”远方通讯功能，该计算机监控系统拓扑结构采用双环形光纤冗余以太局域网络技术、软硬件采用分层分布开放式配置，代表了国内水电站计算机监控技术的主流发展趋势。  
关键词：计算机监控；无人值班; 冗余；呼和浩特抽水蓄能电站  
  
1.电站概述
　　呼和浩特抽水蓄能电站位于内蒙古自治区呼和浩特市东北的大青山脉哈拉沁沟下游峡谷内，距呼和浩特市约20km。电站建设4台300MW立式单级可逆式蓄能机组，总装机容量1200MW。电站按一回500kV线路接入呼东变电站，再并入蒙西电网。发电电动机与主变压器组合方式采用联合单元接线，机端设有励磁变压器，发电机励磁采用自并励励磁方式，每台发电机出口装设短路器，500kV高压侧接线采用不完全单母线加跨条的地下GIS方案。电站投入运行后，在系统中将承担调峰、填谷及紧急事故备用的任务，同时兼有调频、调相的作用。
  2 .计算机监控系统结构
　　呼和浩特抽水蓄能电站系统拓扑结构采用双环形光纤冗余以太网络，选用适应水电控制的ABB Industrial IT系统，其上位机控制软件为ABB的 800xA PowerGeneration Portal (即PGP)，现地控制器组态软件为Control Builder系统。
　　系统软硬件按分层分布开放式配置，通讯协议选用TCP/IP协议，操作员工作站和其它人机界面工作站均采用WindowsXP操作系统。电站监控系统共分二层，即厂站级主控制层和现地控制单元层。厂站级主控制层和现地控制单元层之间采用快速交换式双以太网络总线，通讯介质采用双100MB网络交换机和光纤，具有较高传输和良好的抗电磁干扰能力。100MB网络交换机通过高品质屏蔽双绞线介质连接主控层的各个工作站，通过多模光纤分别连接现地层分布的各LCU单元。系统配置见图1。
　　厂站级主控制层设备包括2套主机、2套操作员工作站、1套工程师工作站、1套远方工作站、1套值守工作站、3套通信服务器、1套培训工作站、UPS电源及模拟屏等设备。操作员工作站和模拟屏设在中控室，培训工作站设在培训室，值守工作站设在地面值守室，远方工作站设在呼市厂办公区（呼市厂办公区离电站十五公里）。其余设备均布置在计算机室。

  3 .计算机监控系统主要硬件配置
3．1   主机服务器
　　主机服务器为2套，型号为HP Rx2620-2。CPU为双64位Intel Itanium，主频1.6GHZ。每套服务器配置8.0GB RAM的内存、4个73GB可热插拔的SCSI硬盘、2个双以太网10/100/1000Mbps接口卡。
　　2台主机以互为热备方式工作，完成对整个电站设备运行的管理、AGC/AVC计算和处理、数据库管理、在线及离线计算、各图表曲线的生成、以及事故、故障信号的分析处理等。正常时，1台为主机，完成监视控制任务，另1台则为备用，进行正常监视；当主站故障或退出时，备用站可自动或手动升为主站，完成监控任务。
3．2   操作员工作站
　　操作员工作站为2套，型号为HP Workstation XW8200，CPU为双64位INTEL XEON，主频为3.2GHz，每套配置内存为1.0GB、硬盘为146GB SCSI硬盘、双以太网10/100/1000Mbps接口卡。
　　操作员工作站完成对电站的远方监视和远方AGC闭环控制，优化调度管理，随时接受内蒙中调的调度命令，发布操作控制命令、设定与更改工作方式、优化运行AGC/AVC计算和处理，数据库管理等功能。2套工作站为双机冗余结构，以互为热备用方式工作，可同时工作，同时接受各种实时数据，更新数据库，数据库内容时刻保持一致；可互相监视，1台完成监视控制任务，另1台则进行正常监视。当监控工作站故障时，监视工作站自动升为监控工作站。
3．3   值守工作站和远方工作站
　　值守工作站、远方工作站各1套，配置相同。型号为HP Workstation XW8200，CPU为64位INTEL XEON，支持双CPU，主频为3.2GHz，每套配置内存为1.0GB、硬盘为146GB SCSI硬盘、双以太网10/100/1000Mbps接口卡。可在地面值守室及市内厂办公区实现对电站实时运行监视和控制。电站设备稳定运行后，将在地面值守室实现“无人值班”（少人值守），远方工作站供电站管理人员远方随时了解电站运行情况。
3．4  工程师工作站
　　工程师工作站为1套，型号为HP Workstation XW8200，CPU为64位INTEL XEON，支持双CPU，主频为3.2GHz，每套配置内存为1.0GB、硬盘为146GB SCSI硬盘、双以太网10/100/1000Mbps接口卡。工程师工作站供系统专责工程师使用，用于系统开发、编辑和修改应用软件、建立数据库、系统初始化和管理、检索历史记录、系统故障诊断等工作。
3．5   培训工作站
　　培训工作站为1套，型号为HP XW8200，CPU为64位INTEL XEON，支持双CPU，主频为3.2GHz，每套配置内存为1.0GB、硬盘为146GB SCSI硬盘、双以太网10/100/1000Mbps接口卡。培训工作站用于对电站人员进行仿真培训与软件练习。可提供与电站完全相同的操作环境、设备运行环境作为培训环境。
3．6   通信工作站
　　通信工作站设3套，型号为HP XW8200，CPU为64位INTEL XEON，主频为3.2GHz，配置内存为1.0GB、硬盘为146GB SCSI硬盘、双以太网10/100/1000Mbps接口卡。
　　1套作为厂内通讯工作站，用于实现与MIS系统、工业电视系统、火灾报警系统、水工建筑物监测系统、水情测报系统、电话交换机系统等有关子系统的通信。其余两套互为热备用，用于完成与内蒙中调和华北网调的调度通信管理。配置2套路由器，分别实现系统与内蒙中调度所和华北网调间的网络通信，用于与华北网调及内蒙网调的主通信信道。配置2套电力MODEM，分别实现系统与内蒙中调和华北网调间的载波通信，用于与华北网调及内蒙网调的备用信道。
3．7   网络设备
电站主控级配置2套德国赫斯曼Mice3000交换机系统。现地级各LCU均配置2套德国赫斯曼RS2-FX/FX工业以太网交换机。主交换机、各LCU交换机通过光纤构成双环形全分布交换式100MB冗余以太网。
3．8   电站现地控制层设备
　　现地控制单元层共设8套现地控制单元（LCU）。1~4LCU用于机组，5LCU用于变频起动装置（SFC）、500kV GIS和500kV线路，6LCU用于全站公用设备，7LCU用于上水库，8LCU用于下水库。选用电力应用广泛的ABB  AC800M控制器作为电站现地控制器。与AC800M配套的所有I/O点均采用ABB S800 I/O模块采集实现。机组LCU、开关站LCU均采用2套AC800M双机热备系统，2套间通过网络实现资源共享。每套双机热备控制器包括双机热备控制器CPU单元及S800 I/O模件。
LCU控制器型号为PM864。采用Super scalar RISC 微处理器，主频96MHz，内存为32M  RAM，可带12个通信模件，有2个以太网通信端口。S800 I/O系统全部通过本地光纤Module总线连到冗余的AC800M控制器上，AC800M的机架内配置了冗余的Modular接口模件。S800 I/O各模板全部为智能I/O模件，并支持带电热插拔。

  4．监控对象
　　电站监控系统的监控对象包括安装在地下厂房、副厂房、主变洞、地面、上水库、下水库等区域的所有设备，主要设备如下：①4台蓄能机组包括相应的继电保护系统、励磁系统、调速系统、进水阀及其附属设备；② 4台主变压器及冷却系统；③500kV出线、500kV GIS设备、SFC变频起动装置；④厂用电部分、电站公用设备包括供、排水系统、中、低压压缩空气系统，以及交、直流电源系统等设备；⑤工业电视系统、通风系统、消防系统等子系统。⑥上库的进/出水口事故闸门、水位测量系统、交、直流电源系统；⑦尾水管事故闸门和下库水位、水温测量系统。

  5．监控系统的主要特点
　　呼和浩特抽水蓄能电站监控系统网络配置采用100M双环冗余光纤以太网，系统设备均连接到两个环网上，环间采用冗余连接，整个配置集安全性、灵活性、可靠性为一体，代表了监控系统网络配置的一流水平。环网任一节点故障、环间连接故障，网络都能在500ms内重新建构，恢复正常运行。500ms的网络切换时间意味着所有运行设备，从LCU到系统主机、通讯站等均“感觉”不到网络的瞬时中断，其正常运行不受任何影响。由于系统设备均连接到两个环网上，即使在双重故障情况下（如一个环网发生两处中断或环间冗余连接完全中断），整个系统仍能正常工作。
　　该监控系统现地层选用电力应用广泛的ABB  AC800M控制器作为现地控制器。该控制器系由ABB公司的DCS系统发展、演变过来，其硬件可靠性高，软件功能强，尤其适合抽水蓄能电站这种运行环境复杂的系统控制。与传统PLC相比，AC800M控制器系统设计采用DCS技术，系统整体功能优于PLC；采用专门的RISC结构CPU，系统速度快，功耗低，可靠性高；采用自然通风散热，避免了风扇等易出故障环节；系统开放程度高，支持的外部总线种类多。
　　系统软件ABB 800xA PGP及Control Build 可实现系统设备硬件故障诊断，包括对各计算机及外围设备、通讯接口、通道、电源模块等的运行情况进行在线和离线诊断，故障点能诊断到模块，并限制故障造成的影响扩大。对于冗余的系统设备，当诊断出主用设备故障时，可自动发信号并实现无扰动切换到备用设备，使系统继续正常运行。当诊断出外围设备故障时，能自动将其切除并发信号。这样可以使平均故障检修时间MTTR减至最短，把故障停机时间减至最短，把综合自动化计算机监控系统的可用率提至最高，为电厂创造最大的经济效益。

  6．结语
　　呼和浩特抽水蓄能电站计算机监控系统按“无人值班”（少人职守），能实现现地、远方监控的原则进行总体设计和配置。系统能达到高可靠、高性能的全计算机监控、远程维护、全网络化信息交换的水电站现代控制水平，可以适应“关门电站”的发展需要，为正在建设和拟建设的其他类似抽水蓄能电站实现无人值班（少人职守），提供更好更完善更先进的计算机监控技术积累了经验。

作者简介：冯国祯：男，毕业于太原工业大学，电气工程师，现从事电厂生产准备工作。