大源渡水电站计算机监控系统改造浅析概要

1原计算机监控系统简介及其存在的问题 1.1系统结构

大源渡水电站原计算机监控系统采用奥地利ＶＡＴＥＣＨ集团ＳＡＴ公司２０世纪９０年代产品。整个监控系统采用分层分布式结构，由负责完成全厂集中监控任务的电站级控制层和负责完成１～４号机组、开关设备、公用设备、模拟屏驱动及调度通信等监控任务的现地控制单元层以及网络设备组成。其系统结构如图１所示。

图１

（１）电站控制层包括上位机Ａ／Ｂ、工程师工作站、调度通信工作站、打印机、模拟屏、电力专用不间断电源ＥＵＰＳ、ＧＰＳ同步时钟等。

１）上位机Ａ／Ｂ采用冗余配置，兼做操作员工作站和服务器。操作系统为Ｓｏｌａｒｉｓ２．５．１，软件为ＳＡＴ公司开发的ＳＡＴ２５０。

上位机冗余切换板ＳＣＡ－ＲＳ与操作员工作站Ａ／Ｂ用光纤串行连接，其主要功能是监视Ａ／Ｂ工作站的运行情况，并使Ａ／Ｂ工作站与ＧＰＳ时钟同步。

２）工程师工作站操作系统为ＷｉｎｄｏｗｓＮＴＷｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ４．０，主要用于上位机ＳＡＴ２５０与非ＳＡＴ２５０系统之间的通信，对上位机进行日常维护。

３）调度通信工作站操作系统为ＷｉｎｄｏｗｓＮＴｓｅｒｖｅｒ４．０，网关软件为ＳＡＴ公司开发的ＧＫＤ。其串口接至ＬＣＵ１０的串行通信处理板ＣＰ２００１，采集令牌环网上的信息，完成与地调的数据通信。

４）模拟屏在中控室模拟屏上可实现１～４号机组的并网和停机操作，以及电站相关开关的手动合闸、分闸操作。

５）电力专用不间断电源ＥＵＰＳ经过改造的两台电力专用不间断电源ＥＵＰＳ（容量分别为５０００ＶＡ）给电站级控制层的上位机Ａ／Ｂ、工程师站、调度通信工作站、打印机等提供稳定可靠的２２０Ｖ交流电源。

６）ＧＰＳ同步时钟整个监控系统的同步时钟来自ＧＰＳ。上位机Ａ／Ｂ站通过ＲＳ－２３２串口与ＧＰＳ时钟同步；现地控制单元层的ＬＣＵ１０与ＧＰＳ时钟相连，它是现地控制单元层ＬＣＵ的ｔｉｍｅｍａｓｔｅｒ，其它各ＬＣＵ通过令牌环网保持时钟同步。

（２）现地控制单元层包括１～４号机组的现地控制单元ＬＣＵ（１－４），１１０ｋＶ开关站设备的监控ＬＣＵ５（Ｉ、ＩＩ），发电机１０．５ｋＶ配电装置的监控ＬＣＵ７（Ｉ、ＩＩ），１１ｋＶ近区配电装置的监控ＬＣＵ８，电站公用

大源渡水电站计算机监控系统改造浅析 邓朝君

（湖南省大源渡航电枢纽管理处，湖南衡阳４２１４１２） 摘

要：介绍了大源渡水电站原计算机监控系统的结构、配置以及存在的主要问题；对电站计算机监控系统的改造

进行了分析和总结，并指出该系统目前仍然存在的问题及处理对策。关键词：大源渡水电站；计算机监控系统；改造处理对策

中图分类号：TP273+.5 文献标识码：B

文章编号：1672-5387（2010）01-0018-

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收稿日期：2009-10-29

作者简介：邓朝君（１９７５－），工程师，从事水电站电气设备维护工作。 第３３卷第１期 水电站机电技术

Ｖｏｌ．３３Ｎｏ．１２０１０年２月

Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ＆ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＴｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒＳｔａｔｉｏｎ

Ｆｅｂ．２０１０ 18

供排水系统、空压机气系统、直流系统以及４００Ｖ厂用系统等设备的监控ＬＣＵ６，全厂通信控制ＬＣＵ９（主要完成ＬＣＵ５、６、７、８与上位机及其它ＬＣＵ的通信），模拟屏驱动及本站与调度的远动通信ＬＣＵ１０。

１）１～４号机组的现地控制单元ＬＣＵ（１－４）由主功能组ＳＫ１７０３和子功能组ＡＭ１７０３（顺控模块、

安全模块）组成，主要完成水轮发电机组及其辅助设备的监控。

ＳＫ１７０３和ＡＭ１７０３（顺控模块、安全模块）通过ＳＭＩ－ＢＵＳ总线相连；现地触摸屏以ＲＳ－２３２串口与ＳＫ１７０３的串行通信板ＫＲ－ＩＳＩＯ２模块相连；机组现地各控制单元通过ＳＫ１７０３的令牌环网控制器ＫＲ－ＴＲ连在令牌环网上。

２）１１０ｋＶ开关站配电装置控制单元ＬＣＵ５（Ｉ、Ｉ－Ｉ）电站１１０ｋＶ开关配电装置的监控由两个子功能组ＡＭ１７０３（配置不完全相同）组成。

３）发电机１０．５ｋＶ配电装置的监控ＬＣＵ７（Ｉ、ＩＩ）由配置完全相同的两个子功能组ＡＭ１７０３组成，其中ＬＣＵ７（Ｉ）负责１、２号机组１０．５ｋＶ配电设备的监控，ＬＣＵ７（ＩＩ）负责３、４号机组１０．５ｋＶ配电设备的监控。

４）１１ｋＶ近区配电装置的监控ＬＣＵ８由一个ＡＭ１７０３子功能组组成。

５）公用控制ＬＣＵ６电站公用控制由一个ＡＭＥ１７０３子功能组成。 ６）全厂通信控制ＬＣＵ９由配置完全相同的两个ＳＫ１７０３主功能组组成。主要完成ＬＣＵ５、６、７、８与上位机及其它ＬＣＵ的通信，即ＬＣＵ５、６、７、８通过ＬＣＵ９连在令牌环网上。虽然两个ＳＫ１７０３的配置完全相同，但它们分别所连接的子功能组ＡＭ１７０３不同，所以本站ＬＣＵ９并非真正意义上的冗余配置。

７）模拟屏驱动及调度通信ＬＣＵ１０由一个ＳＫ１７０３主功能组成。其模拟量输出板ＫＲ－ＡＯ８驱动模拟屏的电测表计，数字量输出板ＫＲ－ＢＯ３２驱

动模拟屏上１０．５ｋＶ开关及刀闸的位置指示；串行通信处理板ＣＰ２００１与调度通信工作站的串口相连，完成与衡阳地调的远动通信。

（３）网络结构监控系统主要有两个独立的网络—总线式以太网和令牌环网。 １）电站级控制层的上位机Ａ／Ｂ、工程师工作站、调度通信工作站、打印机由同轴电缆构成１０Ｍｂ／Ｓ

的总线式以太网。同时上位机Ａ／Ｂ还通过令牌环网网卡连在令牌环网上。 ２）现地各控制单元ＬＣＵ通过各自的主功能组ＳＫ１７０３的令牌环网控制器ＫＲ－ＴＲ连在以光纤为传输介质的令牌环网上。

其中１～４号机组现地控制屏及中控室＋ＨＡ０１屏内分别安装令牌环网集线器ＴＦＰ（Ｔｏｋｅｎ－ＲｉｎｇＦｉｂｅｒＯｐｔｉｃＲｅｐｅａｔｅｒ）。1.2存在的问题

大源渡水电站计算机监控系统自１９９８年１２月投运以来，运行情况总体较好。但近些年也逐渐暴露出了一些问题，主要如下。

（１）上位机Ａ／Ｂ站硬件配置低且经常出现死机现象

上位机工作站ＣＰＵ为Ｐｅｎｔｉｕｍｐｒｏ２００ＭＨｚ，内存１２８ＭＢ，硬盘容量为４．２Ｇ，主板的插槽为ＩＳＡ插槽。主机连续运行近十年，元器件均已老化，系统运行速度慢，且两工作站经常出现死机现象。ＩＳＡ插槽的以太网卡及令牌环网网卡都已被淘汰，市面上几乎找不到此类网卡。

主机的操作系统为低版本的Ｓｏｌａｒｉｓ２．５．１，其对硬件的兼容性差，一旦要更换主机的任何元件或外围设备，都十分麻烦。

上位机软件ＳＡＴ２５０本身也有不完善的地方，其ＶＩＳ２５０经常出现实时事件丢失；组态软件报表的开发复杂，普通用户无法根据本电站的实际情况进行再开发。

（２）调度通信工作站运行不稳定与衡阳地调进行远动通信的网关工作站一直存在故障，运行不稳定，经常出现死机或数据无法刷新。虽然ＥＬＩＮ公司技术人员进行多次了处理，但问题均未彻底解决。

（３）备件问题随着计算机及网络技术的发展，本站监控系统所使用的部分产品已被市场淘汰。令牌环网的控制器ＫＲ－ＴＲ、

集线器ＴＦＰ以及下位机模块ＣＰ１０３２、ＣＰ１０３７、ＡＭＥ的功能模块厂家已停止生产。这样在备件缺乏的情况下会直接影响到电站的安全运行。

2具体改造内容

根据本电站的实际情况及综合考虑，大源渡电站计算机监控系统采用部分改造的方案。电站级控制层设备除模拟屏、电力专用不间断电源ＥＵＰＳ外，

邓朝君：大源渡水电站计算机监控系统改造浅析 第１期19

其它设备均升级改造；现地控制单元层只进行局部升级改造，屏柜的面数、外部端子连线、连接电缆均不变化；系统网络改为１００Ｍｂ／Ｓ工业以太环网，传输介质仍利用原监控系统的光缆。改造后的系统结构如图２所示。

图２

2.1电站控制层改造

（１）上位机Ａ／Ｂ站采用冗余配置，互为热备用，兼做操作员工作站和服务器。其主机为高性能、多任务、多用户型ＨＰＸＷ４６００工作站。安装的操作系统为ＷｉｎｄｏｗｓＸＰ，监控软件为ＳＡＴ公司的升级产品ＳＣＡＬＡ６．３。

此次改造进一步完善了电站１～４号机组的联合控制功能——

—自动发电控制（ＡＧＣ）和自动电压控制（ＡＶＣ）。上位机Ａ／Ｂ站的成组控制画面仅是运行人员的操作画面，联合控制程序安装在工程师站。

（２）工程师站采用高性能、多任务、多用户型ＨＰＸＷ４６００工作站。除主要完成电站上、下位机的日常维护工作外，同时还兼作电站１～４号机组的联合控制服务器。

（３）ＧＰＳ同步的网络时钟服务器ＬＡＮＴＩＭＥ由卫星同步ＧＰＳ１６７接收器、带电源和网卡的单板计算机组成。单板计算机通过中控室内的交换机连在以太环网上，向整个监控系统提供高精度的时钟。

（４）网络打印机ＨＰＬａｓｅｒＪｅｔ５２００ｎ通过中控室内的交换机连在以太环网上，负责定时、召唤打印，以及手动打印上位机屏幕或工程师站所选定的内容。2.2现地控制单元层改造

（１）１～４号机组现地控制单元ＬＣＵ（１－４）将机组ＬＣＵ１－ＬＣＵ４的ＳＫ机架升级为ＡＫ机架，升级内部的ＣＰＵ模块，保留原ＳＫ的Ｉ／Ｏ模块；机组顺控和

安全的ＡＭ模块均保留不变。

（２）全厂通信控制ＬＣＵ９将配置完全相同的两个ＳＫ机架升级为一套ＡＫ机架，升级内部的ＣＰＵ模块；原ＬＣＵ６取消，其功能由ＬＣＵ９ＡＫ机架内新增加的Ｉ／Ｏ模块完成。

（３）模拟屏驱动及调度通信ＬＣＵ１０将ＳＫ机架升级为ＡＫ机架，升级内部的ＣＰＵ模块，保留原ＳＫ的Ｉ／Ｏ模块。与调度的通信由ＬＣＵ１０的通信处理模块ＣＰ２００２完成，不单独设置网关工作站。

（４）其它电站ＬＣＵ５（Ｉ、ＩＩ）、ＬＣＵ７（Ｉ、ＩＩ）、ＬＣＵ８均为ＡＭ模块，考虑到本站还储备有相当数量的ＡＭ模块备件，所以此次不进行改造。2.3系统网络改造

改造后的监控系统网络采用传输速率为１００Ｍｂ／ｓ的高速光纤以太环网结构，网络通信介质利用原系统多模光纤，遵循ＴＣＰ／ＩＰ规约。电站控制层与现地控制单元层之间通信采用国际标准化开放系统规约ＩＥＣ６０８７０－５－１０４。

１～４号机组现地控制单元ＬＣＵ（１～４）各装有一台交换机，将ＬＣＵ１～ＬＣＵ４连至以太环网上；中控室＋ＨＡ０１屏内有两台交换机，分别将上位机Ａ／Ｂ、工程师站、网络打印机、ＧＰＳ同步的网络时钟服务器、ＬＣＵ９、ＬＣＵ１０连接至以太环网上。网络设备为ＭＯＸＡ工业以太网交换机，所有交换机之间采用光缆串接并形成环网。

3目前监控系统仍然存在的问题及处理对策

通过部分升级改造，大源渡水电站计算机监控系统的性能和稳定性大大增强。但是由于最初的设计原因，目前监控系统仍然存在几个问题，要特别引起运行、

维护人员的重视，以便在日常工作中做到心中有数，确保电站的安全、稳定运行。

（１）１～４号机组ＬＣＵ１－ＬＣＵ４仅由ＡＫ主功能组连上以太环网，当ＡＫ的通信处理模块故障时，机组负荷的调整和停机流程执行问题。

电站１～４号机组现地ＬＣＵ仅由ＡＫ主功能组直接连在以太环网上，ＡＭ子功能组（顺控和安全模块）经ＳＩＭ－ＢＵＳ总线与ＡＫ通信。当ＡＫ的通信处理模块故障，其与上位机的通信中断，中控室上位机无法控制相应的机组。

此时要检查机组现地触摸屏 水电站机电技术 第33卷 20

是否可用，若正常则在触摸屏上实现机组负荷的调整和停机流程的执行；若触摸屏也不可用，应该在现地电调屏上实现对机组的控制。

在以后的改造中可考虑将ＡＭ子功能组通过网卡直接连在以太环网上，从而实现机组ＡＭ子功能组与上位机的直接通信，从根本上消除因机组ＡＫ主功能组通信故障，上位机无法控制机组的隐患。

（２）机组调速器为有功控制方式时，失去有功反馈值问题。

电站４台机组采用扩大单元接线，１、２号机组共１０．５ｋＶＩ段母线，３、４号机组共１０．５ｋＶＩＩ段母线。

ＬＣＵ７（Ｉ）负责１、２号机组１０．５ｋＶ配电设备及相关量的监控，ＬＣＵ７（ＩＩ）负责３、４号机组１０．５ｋＶ配电设备及相关量的监控。机组的实际有功值来自ＬＣＵ７，其经过ＳＩＭ－ＢＵＳ总线，传输到ＬＣＵ９，再由以太环网送至各机组现地ＬＣＵ，电调采集此值作为调整有功的反馈值。

当ＬＣＵ７／ＬＣＵ９故障或者是以太环网网络故障时，机组调速器系统因失去有功反馈值，其闭环控制变成开环控制，致使机组负荷一直往上升，从而出现机组过负荷甚至于出现事故。电站在改造ＬＣＵ９的过程中就曾出现过３号机因失去有功反馈值，负荷直线上升达到３３ＭＷ的现象（机组额定出力为３０ＭＷ），由于当时现场工作人员处理得当且迅速，避免了事故的发生。

今后为避免此类危险现象的再次发生，机组在调速器有功控制方式运行，处理ＬＣＵ７／ＬＣＵ９或以太环网网络故障时，首先要将相应的运行机组调速器控制方式切换为“开度”控制，使调速器直接控制机组。

为彻底解决机组有功反馈值问题，可在每台机组现地ＬＣＵ控制屏内增加一功率变送器，通过电缆将来自ＬＣＵ７的机组实际有功值直接接至功率变送器；现地ＬＣＵ模块采集此值再送至电调。这样电调的有功反馈值没经过网络传输，直接从机组ＬＣＵ采集，其可靠性增强，从根本上解决了机组调速器在有功控制方式时失去有功反馈值的问题。

（３）全厂通信控制ＬＣＵ９无冗余配置问题。改造后的ＬＣＵ９除主要完成ＬＣＵ５、７、８与上位

机及其它ＬＣＵ的通信外，电站原ＬＣＵ６的监控功能也由ＬＣＵ９新增加的Ｉ／Ｏ模块完成。在现地控制单元当中，ＬＣＵ９的通信处理任务重大。一旦ＬＣＵ９出现故障，将影响它的子功能组ＬＣＵ５、７、８与上位机及其它ＬＣＵ的通信。改造前虽然ＬＣＵ９是由两个配置完全相同的ＳＫ机架组成，但两个ＳＫ机架所连的子功能组并不相同，所以本电站的ＬＣＵ９并非真正意义上的冗余配置。

为确保ＬＣＵ９通信的可靠性，在以后的改造中可考虑将ＬＣＵ９与ＬＣＵ５、

７、８通信处理的硬件、软件设置成冗余配置，二者互为热备用，从根本上消除因ＬＣＵ９故障从而影响ＬＣＵ５、

７、８监控的隐患。（４）以太环网交换机及光电转换器电源问题。由于最初设计原因，现地控制单元层的各ＬＣＵ模块无冗余电源。

改造后连接各ＬＣＵ至以太环网的交换机及光电转换器没有单独的电源，一般与现地ＬＣＵ的ＡＫ机架共用同一电源。这样，当断电处理现地某个ＬＣＵ的ＡＫ系统故障时，此ＬＣＵ的以太环网交换机及光电转换器电源便中断。本电站以太环网为双向自愈型环网，当网络上一台交换机及光电转换器电源中断时，整个环网还可继续工作；但当同时有两台交换机及光电转换器电源中断时，整个环网便中断，不可工作了。

为解决这一隐患，可考虑从电站２２０Ｖ直流系统备用负荷开关处分别引单独的电源至各现地ＬＣＵ屏柜内，供给各交换机及光电转换器备用电源。

4总结

大源渡水电站计算机监控系统部分升级改造从２００８年１１月份开始实施，至２００９年４月份全部竣工。从目前运行情况来看，采用部分升级改造的方案是成功的，改造后的系统采用了ＶＡＴＥＣＨ集团ＳＡＴ公司最新的ＳＡＴ２５０ＳＣＡＬＡ，从而保证了产品的连续性，便于日常维护及技术支持，同时整个系统的性能及可靠性都大大增强。

由于监控系统最初设计原因，系统目前还存在一些问题，但随着本电站技术改造的不断深入和完善，这些问题都将逐一解决，从而进一步提高计算机监控系统的可靠性和可用性。

邓朝君：大源渡水电站计算机监控系统改造浅析 第１期21

７、８监控的隐患。（４）以太环网交换机及光电转换器电源问题。由于最初设计原因，现地控制单元层的各ＬＣＵ模块无冗余电源。

改造后连接各ＬＣＵ至以太环网的交换机及光电转换器没有单独的电源，一般与现地ＬＣＵ的ＡＫ机架共用同一电源。这样，当断电处理现地某个ＬＣＵ的ＡＫ系统故障时，此ＬＣＵ的以太环网交换机及光电转换器电源便中断。本电站以太环网为双向自愈型环网，当网络上一台交换机及光电转换器电源中断时，整个环网还可继续工作；但当同时有两台交换机及光电转换器电源中断时，整个环网便中断，不可工作了。

为解决这一隐患，可考虑从电站２２０Ｖ直流系统备用负荷开关处分别引单独的电源至各现地ＬＣＵ屏柜内，供给各交换机及光电转换器备用电源。

4总结

大源渡水电站计算机监控系统部分升级改造从２００８年１１月份开始实施，至２００９年４月份全部竣工。从目前运行情况来看，采用部分升级改造的方案是成功的，改造后的系统采用了ＶＡＴＥＣＨ集团ＳＡＴ公司最新的ＳＡＴ２５０ＳＣＡＬＡ，从而保证了产品的连续性，便于日常维护及技术支持，同时整个系统的性能及可靠性都大大增强。

由于监控系统最初设计原因，系统目前还存在一些问题，但随着本电站技术改造的不断深入和完善，这些问题都将逐一解决，从而进一步提高计算机监控系统的可靠性和可用性。

邓朝君：大源渡水电站计算机监控系统改造浅析 第１期21

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