安康水力发电厂机组监控系统改造

安康水力发电厂机组监控系统改造

张向阳

张向阳(安康水力发电厂，陕西安康725000)

作者简介：张向阳，康水力发电厂。

摘要：文通过分析安康发电机组监控系统存在的缺陷和不足，提出升级改造的主要内容：在保留原来电站自动化控制系统框架结构的前提下，对电站自动化控制系统主控级工作站、服务器更换；应用软件升级到目前最新版本，即H9000V3.0。

关键词：电机组；监控系统；改造

中图分类号：TH3

安康水电厂1-4#机组监控于1999年4月至2002年2月相继投入运行，采用中国水利水电科学研究院自动化所于二十世纪90年代初期设计开发的面向水电应用的H9000V2.0分布开放计算机监控系统。监控系统在投入后，暴露了一些问题，严重影响机组稳定运行。针对这些问题检修人员积极做了部分技术改造，但还是没有从根本上得到解决。安康水电厂从2006年开始在厂内进行大规模环境治理、设备整治和整体升级改造，为实现“无人值班”(少人值守)及争创“一流水电厂”创造条件。同时H9000V3.0在技术和实际应用中已经相当成熟，于是2008年1月，在4#机组大修中率先对其监控系统进行了升级改造，到5月底又相继对其他三台机组也实施了监控升级改造。

1H9000V2.0系统及其运行情况

H9000V2.0系统计算机监控系统由两台主控机（上位机）和4套现地控制单元（1-4#机组LCU）组成。

现地控制单元（LCU）分别由一体化工控机、现地PLC控制单元、通讯模件、模入模件、开入模件、中断模件、开出模件等模块组成。①工控机：上位机与现地控制单元PLC通过工控机进行通信，传输数据、指令，工控机若故障将使中央控制室失去对机组的运行监视和实时控制。②独立的双冗余PLC：是LCU单元的核心，完成对监控对象的数据采集及数据预处理，通过工控机向上位机传送实时数据信息，并自动服从上位机的命令和管理,按照预先设定的程序进行逻辑判断，通过输入输出模块完成对辅助设备的实时控制。③模入、开入、中断和开出模件主要完成机组运行参数、状态的采集和输出PLC控制指令，这些模件安装在不同位置的机架背板上。④通讯模件用于PLC与安装在不同机架上各模件的通讯。监控系统投运9年来，对机组安全运行造成重大影响的故障进行分析统计，工控机故障，如死机、硬盘损坏、风扇磨损或集尘引起散热不良致使元件烧坏等占到60%左右。通讯元件故障（主要是光电转换器）占到40%，其他模件虽然也有很多缺陷，但只是影响个别辅助设备运行，不会对机组整体安全构成威胁。在机组LCU配置图中可以看出，上位机的两套独立的网络总线和现地LCU双冗余PLC都要通过工控机进行通信，这并不是完全意义上的硬件双冗余互为备用的双通道网络。综上，工控机是整个系统的瓶颈。

2安康水电厂机组监控升级改造

H9000V3.0系统于2001年研制开发成功，V3.0版与过去较大改进之处包括可编程控制器直接上以太网、提供监控系统WEB浏览功能、最新国际标准通讯规约库及软件包等，进一步提高了系统的可靠性和可维护性。

安康水电厂机组监控系统升级改造的主要内容是：在保留原来电站自动化控制系统框架结构的前提下，对电站自动化控制系统主控级工作站、服务器更换；应用软件升级到目前最新版本，即H9000V3.0。

①LCU取消工控机，增加以太网模块、通讯控制器、触摸屏、现地交换机，更换SOE模块；②增加温度RTD模块及其机箱、电源等模块。③PLC的编程软件从DOS（MODSOFT2.6）升级到WINDOWS（CONCEPT2.6）；④增设机械事故停机后备PLC。

下面分别就4F机组LCU升级改造项目进行介绍：

①LCU取消工控机，增加以太网模块、通讯控制器、触摸屏、现地交换机，更换SOE模块。工业控制微机结构复杂，有机械旋转部件，是影响LCU乃至监控系统可靠性的瓶颈，在安康水电厂监控系统应用证明也确实如此。H9000V3.0在系统结构有较大改进，LCU采用了可编程控制器（NOE77101）直接上以太网的方式，在控制主回路中取消了工控机，工控机（配置有触摸屏）仅作为现地的辅助控制人机联系设备，相当于计算机显示器的作用，系统正常运行时，工控机可以退出运行。由于控制主回路取消工控机，使上下位机通信更加流畅，设备状态实时性更高，LCU的运行可靠性大幅度提高，维护工作变得更加简单，为下一阶段安康水电厂实现无人值班（少人值守）运行的要求创造了有利条件。

机组LCU在PLC控制上仍然沿用老版本，仍是A、B两套在硬件上相互独立、软件相同的双冗余PLC，正常运行期间一套PLC为“主站”，另一套为“热备站”。不同的是每套PLC上增加了两个以太网通讯模块（NOE77101）以代替原来工控机承担的机组LCU与上位机的通信任务，通讯网络（NOE77101）通过光口分别与100M冗余以太网A网、B网相连接，改造后的机组LCU将通过4个通信通道与上位机相连接，每个通信模块承担的任务相同，正常运行期间只有一个以太网网络模块（NOE77101）处于工作状态，其他三个处于热备用状态，从而彻底消除了原工控机给监控系统造成的瓶颈，使监控系统的控制可靠性得到进一步加强。真正实现了H9000系统硬件与软件冗余体系，软件总体设计采用无主设计的概念，认为系统整体出现故障的概率是零，系统永远是可控的。

②增加温度RTD模块及其机箱、电源等模块。在H9000V2.0系统中机组温度采集工作由温度巡检仪完成，温度量通过工控机扩展串口接入上位机，而不进入PLC。H9000V3.0系统采用高性能的温度量采集模块（ARI03010）取代温度巡检仪原先所承担的采集机组各部温度的任务，机组每个测温电阻直接与测温模块的每个点一一对应，将温度量模拟信号转换为数字量再输出至PLC，提高了温度的实时性和可靠性。这次升级改造同时对机组温度保护跳闸逻辑条件也进行了修改。原温度保护是推力、上导、水导轴承分别有两块瓦（其他瓦温由温度巡检仪采集）与带有电接点的常测温度表相连接，当瓦温达到动作定值后，电接点闭合启动温度保护使机组事故停机。改造后的温度量进入进行PLC后，不再被单一用于温度监视，还用于逻辑判断，发出报警或事故停机信号。上导和水导温度保护动作逻辑与此相同，只是温度定值不同。每个温度测点还附设有梯度闭锁，防止温度采集回路故障引起测量值突变，造成温度保护误动，从而整体提高了温度保护的安全性和可靠性。

将各机架电源模块更换为CPS11420电源，输出功率更大，供电质量更稳定。将中断模块更换为modicon生产的ERT85410产品。

③PLC的编程软件从DOS（MODSOFT2.6）升级到WINDOWS（CONCEPT2.6）。LCU查询系统采用WINDOWS画面模式，符合大多数人使用WINDOWS操作系统的习惯。彩色触摸屏的应用、简化菜单层次、用红绿标志表示设备状态对于运行人员现地查询、监视十分便捷、直观。

④增设机械事故停机后备PLC。在H9000V2.0系统中已经将机组机械保护逻辑判断回路做成了程序，存入PLC的CPU模件当中，机组监控正常运行期间A、B两套PLC相互备用，机组机械保护可靠投入。但PLC故障后机组将失去机械保护，这对运行机组安全是危险的，而且两套PLC同时故障的情况也是有可能发生的，如电源同时故障等。H9000V3.0系统专门针对此问题增设了一个机械事故停机后备PLC，作为机组事故停机的后备手段。具体做法是在机组LCU内设置一个小型机械事故停机后备PLC，该PLC发出的事故停机信号为独立的机组过速、事故低油压及紧急停机按钮等，在发生上述事故时，主PLC与小PLC同时发出事故停机信号实现机组紧急停机。机械事故停机后备PLC的信号、电源独立配置。

3机组监控升级改造后的运行情况及评价

1-4#机组监控系统升级改造完成投入运行后，发生的故障或存在的问题，需要增添一些功能。

①1#机组、3#机组LCUB套PLC网络模块（NOE77101）前后多次发生故障，系统均能自动切换至备用网络模块（NOE77101）运行，没有影响到机组运行，但从另一个方面看，网络模块故障率较高，要进一步从产品质量和通讯协议是否配合方面进行检查。②1--4＃机组均多次发生“测温回路断线”“瓦温梯度闭锁”告警，测点温度实时数值变化太大。梯度闭锁动作，此测点温度值被温度保护屏蔽，不参与温度保护跳闸逻辑比较，不影响机组运行。原因是测温回路端子松动接触电阻增大或测温电阻损坏。对策是①平时应注意避免机组在震动区运行，减轻机组及厂房震动。②在大小修中更换测温电阻，加强设备维护管理。③个别自动化元件（如2F快速门高度位移传感器、1F导叶开度传感器）由于没有备件对机组运行参数监视造成影响。④建议机组监控增加黑启动开机流程。机组黑启动是快速恢复厂用电重要方法，也是电网崩溃后恢复电网的首要工作。实现少人值班后，不会有较多运行人员到现场手动开机，进行黑启动操作，这就延误厂用电的恢复时间，将对设备、防洪设施和电网运行安全极为不利。因此增加机组黑启动流程很有必要。对此有利的是，保留现有“空载开机流程”，再将其中“判断推外油流正常”的条件删除之后形成的新流程，就能满足监控黑启动机组的要求，就是所需要的“黑启动开机流程”。⑤建议增加监控投撤风闸功能。目前监控上只能监视风闸状态，不能进行远方投撤操作。增加监控投撤风闸功能必要性：当机组在高水头下停机存在慢转的现象需投入风闸制动，还有为检修工作做安全措施需要投撤风闸，这些都要到现地操作。为实现少人值班（无人值守），减轻运行人员的工作强度。有利条件是，机组LCU已有控制风闸投撤的开出继电器，只要在PLC中增加投撤风闸的逻辑程序，上位机风闸状态画面上增设操作按钮就能实现。

从总体上来说，监控系统运行还是非常稳定的，没有发生危及机组安全运行的故障、缺陷，也极大的方便了运行值班人员操作维护。监控系统升级改造成功以及功能不断完善，将对安康水电厂下一步运行值班方式改革，实现少人值班（无人值守）有很大的促进作用。也将为安康水电厂安全生产、电力系统稳定运行，为国家创造更多的经济效益、社会效益发挥重要作用。

参考文献：

[1]方勇新.紧水滩水电厂计算机监控系统改造[J].西北水电,2009,(1)

[2]杨胜仪.I-7527在池潭水电厂监控系统改造中的应用[J].可编程控制器与工厂自动化,2009,(2).