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緊水灘電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

文檔作者：段文華束炳芳俞鴻飛文檔來源：國網(wǎng)浙江省電力公司緊水灘水力發(fā)電廠		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年06月03日
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第40卷第11期
2017年11月
水電站機(jī)電技術(shù)V01．加N。．1l
Mechanical＆Electrical Technique of Hydropower Station Nov．2017 39
緊水灘電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
段文華，束炳芳，俞鴻飛
(國網(wǎng)浙江省電力公司緊水灘水力發(fā)電廠，浙江麗水323000)
摘要：介紹了緊水灘電廠梯調(diào)及緊站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，并著重闡述了梯調(diào)及緊站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造
方案與具體實(shí)施的技術(shù)特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：水電站；監(jiān)控系統(tǒng)；改造；方案設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào)：TV736 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1672—5387(2017)l 1-0039-04
DOIil0．13599／j．cnki．11-5130．2017．11．015
1前言
緊水灘電廠總裝機(jī)容量385．8 MW，下轄緊水灘
水電站(以下簡稱緊站)和石塘水電站(以下簡稱石
站)，其中緊站裝機(jī)6×50 MW，石站裝機(jī)3×28．6
MW，以擔(dān)任系統(tǒng)調(diào)峰、頂事故出力為主要任務(wù)。梯
級(jí)調(diào)度(以下簡稱梯調(diào))系統(tǒng)設(shè)在麗水，石站與麗水
相距37 km，緊、石兩站相距25 km。麗水梯調(diào)對(duì)緊、
石兩站進(jìn)行遠(yuǎn)方監(jiān)控以及流域梯級(jí)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和優(yōu)化
調(diào)度管理，調(diào)度信息上送浙江省調(diào)及麗水地調(diào)，并實(shí)
時(shí)接收省調(diào)AGC、AVC指令。本次改造前，緊水灘電
廠梯調(diào)運(yùn)用的是2005年建設(shè)的南瑞NC2000水電
廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，緊站運(yùn)用的是2005年改造升級(jí)
的水科院H9000水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，石站為
2005年改造升級(jí)的南瑞NC2000水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控
系統(tǒng)。緊水灘電廠監(jiān)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備已運(yùn)
行10多年，上位機(jī)服務(wù)器、工作站運(yùn)行性能下降，硬
件故障的風(fēng)險(xiǎn)增大。緊、石站采用以GE 9030 PLC為
核心的現(xiàn)地控制單元(LCU)，連續(xù)運(yùn)行多年(PLC主
體模件運(yùn)行超過17年)，模件及自動(dòng)化元器件老化
嚴(yán)重，故障發(fā)生率高，備品備件采購困難。
本次改造內(nèi)容為：麗水梯調(diào)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)(以
下簡稱梯調(diào)監(jiān)控系統(tǒng))改造、緊站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)
(以下簡稱緊站監(jiān)控系統(tǒng))改造、石站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系
統(tǒng)(以下簡稱石站監(jiān)控系統(tǒng))改造，電站LCU盤柜全
部更換并逐步接人新系統(tǒng)。因設(shè)備改造周期長，過程
中梯調(diào)、站調(diào)新老兩套監(jiān)控系統(tǒng)需同時(shí)運(yùn)行。鑒于此
特點(diǎn)，如何在改造過程中與原系統(tǒng)進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)系
統(tǒng)間的無縫連接，最小程度的減少對(duì)電廠運(yùn)行的干
擾和避免調(diào)度數(shù)據(jù)的中斷成為本次改造的重點(diǎn)。本
文主要闡述梯調(diào)及緊站監(jiān)控系統(tǒng)的改造方案及具體
實(shí)施。
2梯調(diào)及緊站監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)及改造方案
2．1梯調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及改造方案
梯調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)總體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。緊水
灘電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用全分布式一體化的全廠
集中監(jiān)控方案，梯調(diào)監(jiān)控計(jì)算機(jī)與電站上位機(jī)、電站
上位機(jī)與現(xiàn)地控制單元之間的通信聯(lián)系采用冗余星
型交換式1 000 Mb／s光纖以太網(wǎng)的方式。在網(wǎng)絡(luò)結(jié)
構(gòu)和硬件布置方面嚴(yán)格按照電力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)
“安全分區(qū)、網(wǎng)絡(luò)專用、橫向隔離、縱向認(rèn)證”的原則
要求。梯調(diào)改造方案如下：
(1)在麗水梯調(diào)新建一套完整的H9000 v4．0計(jì)
算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)設(shè)備，具備數(shù)據(jù)采集，運(yùn)行操
作，歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及查詢等完整功能。緊站、石站調(diào)
度系統(tǒng)由麗水梯調(diào)統(tǒng)一管理。同時(shí)，承擔(dān)與電網(wǎng)調(diào)度
自動(dòng)化系統(tǒng)接口的任務(wù)：上送兩站生產(chǎn)信息至電網(wǎng)
調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，接收電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)下達(dá)的
AGC、AVC命令，轉(zhuǎn)發(fā)到電廠監(jiān)控系統(tǒng)。
(2)在梯調(diào)改造過程中，采用新、老系統(tǒng)并列、獨(dú)
立運(yùn)行的方式，老系統(tǒng)繼續(xù)承擔(dān)緊站、石站未改造
LCU的數(shù)據(jù)采集與控制，并實(shí)現(xiàn)緊站、石站與?。?
收稿日期：2017-08—30
作者簡介：段文華(1978一)，男，高級(jí)工程師，從事水電廠自動(dòng)化技
術(shù)管理工作。
萬方數(shù)據(jù)
水電站機(jī)電技術(shù)第40卷
調(diào)的數(shù)據(jù)通訊；新系統(tǒng)通過擴(kuò)大廠站的方式承擔(dān)石
站和緊站已改造LCU的數(shù)據(jù)采集與控制。
(3)待緊站、石站監(jiān)控系統(tǒng)全部改造完成后，梯調(diào)
新系統(tǒng)接管老系統(tǒng)承擔(dān)緊站、石站監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)
采集與控制，并實(shí)現(xiàn)緊站、石站與?。卣{(diào)的數(shù)據(jù)通
訊。
2．2緊站監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及改造方案
緊站監(jiān)控系統(tǒng)總體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。
緊站廠站層改造方案為：采用新老系統(tǒng)并列運(yùn)
行的方式，首先完整搭建新系統(tǒng)上位機(jī)平臺(tái)，與原系
統(tǒng)并列運(yùn)行。機(jī)組現(xiàn)地控制單元逐臺(tái)改造并接人新
系統(tǒng)，由新系統(tǒng)監(jiān)控；未改造機(jī)組由原系統(tǒng)監(jiān)控。其
中，著重
改造完成機(jī)組數(shù)據(jù)通過IECl04規(guī)約通信傳輸給原
系統(tǒng)；②過渡期AGC／AVC等應(yīng)用仍在原系統(tǒng)上位
機(jī)運(yùn)行，對(duì)已改造機(jī)組的指令通過新系統(tǒng)上位機(jī)轉(zhuǎn)
發(fā)；③過渡期電廠與省，地調(diào)通信的任務(wù)由原梯調(diào)
系統(tǒng)承擔(dān)。
緊站現(xiàn)地層改造方案為：結(jié)合設(shè)備檢修將原
LCU屏柜完全拆除，安裝新LCU屏柜，依次接入新
上位機(jī)。新LCU改造后的特點(diǎn)：①LCU采用GE
PAC RX3i系列PLC，CPU模塊選用IC695CPE330，
通訊總線采用Profinet，安全性及可靠性顯著提高；
②設(shè)備控制采用順控流程，PID調(diào)節(jié)采用sT編程，
邏輯清晰方便監(jiān)視；③Lcu利用通訊管理裝置以串
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圖1麗水梯調(diào)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
I．．CUl LCU6 升戈站LCU 公n】LCu 避水i I嗣flLt-'t
圖2緊水灘電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
裝置、交
萬方數(shù)據(jù)
第1 1期段文華，等：緊水灘電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)41
流采樣裝置及保護(hù)裝置等外部設(shè)備進(jìn)行通信，安全
可靠；@LCU設(shè)置單獨(dú)水機(jī)保護(hù)PLC，采用獨(dú)立于主
PLC的交、直流工作電源，為機(jī)組提供水機(jī)事故冗余
保護(hù)，安全性能提高。
2．3梯調(diào)及緊站監(jiān)控系統(tǒng)改造期間的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及過
渡方案
梯調(diào)及緊站監(jiān)控系統(tǒng)改造期間的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖
3所示，梯調(diào)及緊站監(jiān)控系統(tǒng)改造期間的過渡方案
如下：
(1)緊站新系統(tǒng)上位機(jī)平臺(tái)搭建。在緊站架設(shè)新
系統(tǒng)的主機(jī)、操作員站、工程師站，搭建新系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)
平臺(tái)，安裝上位機(jī)H9000 V4．0系統(tǒng)，配置主干網(wǎng)絡(luò)
交換機(jī)。
(2)緊站新系統(tǒng)上位機(jī)平臺(tái)與原系統(tǒng)上位機(jī)互
聯(lián)。將新系統(tǒng)語音報(bào)警，報(bào)表工作站、歷史數(shù)據(jù)服
務(wù)器作為過渡通訊機(jī)，接人新系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，兩塊網(wǎng)卡接
人原系統(tǒng)主干網(wǎng)絡(luò)，在原系統(tǒng)兩臺(tái)通信服務(wù)器及新
系統(tǒng)語音報(bào)警／報(bào)表工作站、歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器上分
別部署IECl04主站及子站通信程序，實(shí)現(xiàn)新系統(tǒng)數(shù)
據(jù)向原系統(tǒng)的上傳，以及原系統(tǒng)指令向新系統(tǒng)的下
發(fā)。
(3)新系統(tǒng)主從互備。將舊系統(tǒng)兩臺(tái)通信服務(wù)器
設(shè)定為互備通信主站，新系統(tǒng)將語音報(bào)警及報(bào)表工
作站、歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器設(shè)定為互備通信從站，從而實(shí)
現(xiàn)通信主、從站的冗余互備功能。
(4)緊站新系統(tǒng)接入梯調(diào)新系統(tǒng)。將緊站新系統(tǒng)
網(wǎng)絡(luò)與梯調(diào)新系統(tǒng)主干網(wǎng)直連；將梯調(diào)新系統(tǒng)的數(shù)
據(jù)采集服務(wù)器配置為對(duì)緊站LCU主采集服務(wù)器，緊
站側(cè)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器為后備，完成擴(kuò)大廠站功能。
(5)LCU改造接人。結(jié)合機(jī)組檢修逐臺(tái)改造現(xiàn)地
LCU，LCU改造完畢后，除了需完成與新系統(tǒng)上位機(jī)
平臺(tái)聯(lián)調(diào)外，還應(yīng)完成新系統(tǒng)對(duì)舊系統(tǒng)的過渡數(shù)據(jù)
通訊以及AGC／AVC相關(guān)控制／調(diào)節(jié)功能。
(6)新系統(tǒng)與省，地調(diào)通訊調(diào)試。待緊站和石站
LCU全部完成改造后，新系統(tǒng)接管老系統(tǒng)對(duì)緊、石
站所有LCU單元實(shí)施數(shù)據(jù)采集和控制，并將完成新
系統(tǒng)與?。卣{(diào)通訊調(diào)試，將緊水灘電廠與省，地調(diào)
通訊功能全部轉(zhuǎn)移到新系統(tǒng)上。
(7)新系統(tǒng)AGC／AVC試驗(yàn)。LCU改造完畢，省，
地調(diào)業(yè)務(wù)倒換正常后，在新系統(tǒng)上進(jìn)行整體
AGC／AVC試驗(yàn)。
(8)原系統(tǒng)設(shè)備全部退出運(yùn)行。
圖3緊水灘電站及梯凋過渡期叫汁算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
3梯調(diào)及緊站監(jiān)控系統(tǒng)改造實(shí)施的技術(shù)特點(diǎn)
(1)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)軟件采用基于u—
NIX／LINUX安全操作系統(tǒng)的監(jiān)控軟件，嚴(yán)格遵循電
力監(jiān)控系統(tǒng)安全防護(hù)要求。
(2)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用開放式分層、全分布的
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)庫實(shí)行全分布管理方式。計(jì)算機(jī)監(jiān)控
系統(tǒng)按網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為3層：梯調(diào)控制層、廠站控制層
和現(xiàn)地控制層。設(shè)備分別布置在麗水梯調(diào)、緊水灘站
調(diào)及各現(xiàn)地控制單元。
(3)在廠站監(jiān)控機(jī)房里面設(shè)置2套冗余的工業(yè)
級(jí)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，用以連接梯調(diào)、廠站控制級(jí)計(jì)算機(jī)設(shè)
備以及各現(xiàn)地控制級(jí)LCU，保證數(shù)據(jù)在1 000 M冗
余雙星型網(wǎng)絡(luò)中高效、快速通訊。(下轉(zhuǎn)第49頁)
萬方數(shù)據(jù)
第1 l期陳俊，等：低溫高水位工況下大壩變形及排水量分析49
4結(jié)語
保大壩安全運(yùn)行。
緊水灘水電站大壩在低溫高水位組合工況下，
水平徑向位移和壩基排水量顯著增大，并依次創(chuàng)新
歷史最大值。期間巡視檢查未發(fā)現(xiàn)異常，大壩位移變
化過程平滑，無突變現(xiàn)象，空間分布合理，各監(jiān)測量
在不利工況消除后均有良好恢復(fù)，但一定程度上造
成了壩基滲流通道的相對(duì)通暢，在今后的運(yùn)行中應(yīng)
盡量避免類似工況發(fā)生，以避免異常情況持續(xù)發(fā)展，
造成壩基防滲帷幕的損傷。同時(shí)仍應(yīng)加強(qiáng)對(duì)類似不
利工況下的監(jiān)測與分析工作，以更好地掌握大壩運(yùn)
行變化規(guī)律，指導(dǎo)運(yùn)行管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，確
參考文獻(xiàn)：
【1】1荊凱．低溫高水位工況下白山水電站混凝土重力拱壩變形
及滲流分析U】．水電能源科學(xué)，2012(8)：59—62．
【2】陳獻(xiàn)．對(duì)東風(fēng)大壩低溫高水位運(yùn)行工況的探討Ⅱ】．大壩與安
全，2007(6)：13—15．
[3】顧沖時(shí)，李雪紅．連拱壩變形規(guī)律的探討01．水電自動(dòng)化與
大壩監(jiān)測，2002，26(5)：48—51．
【4】李民，應(yīng)敏芳．緊水灘大壩實(shí)測滲流性態(tài)綜述Ⅱ】．大壩與安
全，2005(4)：47—49，52．
【5】5緊水灘監(jiān)測資料分析報(bào)告旺U．
(上接第41頁)
每個(gè)交換機(jī)上配置千兆R(shí)J45電口，用于連接系統(tǒng)中
主要工作站及系統(tǒng)中各服務(wù)器；千兆光口用于連接
系統(tǒng)中各現(xiàn)地LCU及梯調(diào)。
(4)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備按雙網(wǎng)雙電源配置?，F(xiàn)地控制
單元內(nèi)的PLC選用高性能、高可靠性的國際主流品
牌產(chǎn)品，由冗余電源供電，保證系統(tǒng)可靠性。
(5)在梯調(diào)監(jiān)控機(jī)房設(shè)置2套冗余的工業(yè)級(jí)網(wǎng)絡(luò)
交換機(jī)，用于梯調(diào)各服務(wù)器，工作站、調(diào)度通訊以及電
站級(jí)網(wǎng)絡(luò)間數(shù)據(jù)交互。設(shè)置2套冗余路由器、接人交換
機(jī)，經(jīng)縱向加密認(rèn)證裝置連接省調(diào)接入網(wǎng)、地調(diào)接入
網(wǎng)，完成緊站、石站生產(chǎn)控制大區(qū)信息業(yè)務(wù)傳輸。
(6)調(diào)度自動(dòng)化信息采用一體化模式?；谕?
平臺(tái)，通過光纖網(wǎng)絡(luò)從梯調(diào)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器直接對(duì)
緊站現(xiàn)地控制單元采集數(shù)據(jù)信息，經(jīng)骨干網(wǎng)交換機(jī)
進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，梯調(diào)通過通訊服務(wù)器將信號(hào)傳送至
省調(diào)和地調(diào)，完成調(diào)度對(duì)緊站的綜合監(jiān)控功能，并能
有效滿足數(shù)據(jù)上送實(shí)時(shí)性要求。
4改造過程中典型問題及解決
4．1新舊系統(tǒng)時(shí)鐘一致性問題
在機(jī)組LCU改造調(diào)試過程中，遇到了從舊系統(tǒng)
向新系統(tǒng)下達(dá)AGC／AVC調(diào)節(jié)指令時(shí)，新系統(tǒng)收到指
令但不執(zhí)行的情況。通過檢查發(fā)現(xiàn)，過渡通訊服務(wù)器
的同步時(shí)鐘對(duì)時(shí)進(jìn)程中斷，新老系統(tǒng)的時(shí)鐘不一致，
造成新系統(tǒng)下發(fā)的AGC／AVC調(diào)節(jié)指令校驗(yàn)無效，
沒有執(zhí)行。通過升級(jí)過渡通訊服務(wù)器對(duì)時(shí)程序，保持
新老系統(tǒng)時(shí)鐘同步，解決了問題。
4．2數(shù)據(jù)采集站主從站間頻繁切換問題
．緊水灘電廠監(jiān)控系統(tǒng)采用的是擴(kuò)大廠站網(wǎng)絡(luò)結(jié)
構(gòu)方式，在梯調(diào)和廠站端各有兩個(gè)數(shù)據(jù)采集站，正常
情況下數(shù)據(jù)采集主站在梯調(diào)，當(dāng)廠站數(shù)據(jù)采集站判
斷梯調(diào)兩個(gè)數(shù)據(jù)采集站都故障或站調(diào)與梯調(diào)網(wǎng)絡(luò)全
部中斷時(shí)，數(shù)據(jù)采集功能從梯調(diào)切到站調(diào)。在改造調(diào)
試過程中出現(xiàn)梯調(diào)數(shù)據(jù)采集站與站調(diào)數(shù)據(jù)采集站權(quán)
限頻繁切換問題。經(jīng)檢查此現(xiàn)象主要與網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)診
斷相關(guān)，當(dāng)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器檢測網(wǎng)絡(luò)通道全斷時(shí)，就
會(huì)進(jìn)行備用系統(tǒng)切換，網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)恢復(fù)又切回默認(rèn)主
采。通過優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)診斷邏輯，明確網(wǎng)絡(luò)實(shí)際狀態(tài)判
斷，有效避免了服務(wù)器異常切換問題。
5結(jié)語
緊水灘電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造從2016年初
開始實(shí)施，截至目前，機(jī)組部分已基本改造完成投
運(yùn)，從運(yùn)行情況來看，升級(jí)改造的方案是成功的，改
造后的系統(tǒng)可靠性大大增強(qiáng)。過渡通信方案的實(shí)施
也保證了調(diào)度數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性，可有效減少聯(lián)調(diào)
次數(shù)。另一方面，由于采用過渡通信方案也增加了網(wǎng)
絡(luò)信息傳輸?shù)沫h(huán)節(jié)，數(shù)據(jù)傳輸過程中相應(yīng)的產(chǎn)生了
一定的時(shí)間延遲。但隨著電廠技術(shù)改造的不斷推進(jìn)
和后續(xù)完善，這些問題都將逐一解決，從而進(jìn)一步提
高計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性和可用性。同時(shí)也希望
本次電站監(jiān)控系統(tǒng)的改造方法和經(jīng)驗(yàn)可以得到同行
的借鑒與交流。
參考文獻(xiàn)：
【1】DL／T 506

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06-03