1概述

    故縣水利樞紐工程位于黃河支流洛河中游峽谷區，地處河南省洛寧縣境內，距下游的洛陽市160余公里，是一座以防洪為主，兼顧灌溉、發電、養殖等綜合利用的大型水利樞紐工程。水庫總庫容量11.75億 m3，是黃河下游防洪體系較重要的配套工程項目之一。

    故縣水電廠投產于1992年，共有三臺機組，總裝機容量60MW，單機容量20MW，多年平均發電量1.1億kWh，承擔著洛陽電網的調峰任務。隨著電力體制改革的逐步深入，為了適應“廠網分開、競價上網”的發展形勢，逐步實現電廠“無人值班，少人值守”的管理目標，故縣水電廠進行了計算機監控改造。監控改造選用國電南自的SD200型水電站自動化系統，該系統采用全開放，模塊化結構設計，操作方便，配置靈活，具有良好的可靠性、可擴充性和可移植性，滿足了故縣水電廠自動監控的需求，實現了“少人值守”的運行管理模式。

2系統的結構和配置

    2.1 系統結構及硬件配置

    計算機監控系統采用基于以太網的分層分布、開放式結構，有主控級和現地控制單元級兩級。優先級由高到低為現地控制單元級、主控級。整個系統由4臺上位機和5個現地控制單元（LCU）構成。主控級設有運行人員操作工作站（兼主機）2臺、通信工作站1臺、工程師工作站1臺、網絡交換機、打印機、GPS、UPS等設備。現地控制單元共5套LCU，分別為1號—3號機LCU（雙屏）、公用設備LCU和變電站LCU。

    主控級操作員工作站（兼主機）設有美國 ICSPⅢ/800工作站2臺，雙機冗余結構為主／從熱備用工作方式。其中一臺為主控機負責采集、控制功能的實現，主要完成全廠的運行自動化及其管理，另一臺為系統管理機負責監視網上各臺機的運行情況，備份主控機的數據庫，并在檢測到主控機故障時立即擔當主控機的所有功能并報警。來自現地控制單元LCU的實時信息直接在兩臺主機的CRT顯示刷新。正常情況一臺工作，一臺備用，若主計算機故障，可自動完成雙機無擾動切換。

    工程師室設有1臺工程師工作站和1臺通信工作站，用于修改定值，增加和修改畫面，并可進行系統維護、軟件開發及遠程診斷等，還可用對運行人員進行操作培訓。

    通信工作站用于電站監控系統與電力系統調度計算機的連接和連接其他需要與監控系統通訊的設備，系統可及時將故障信息通過音響形式報警，以便于運行維護人員及時處理。主控級與現地控制單元采用以太網絡連接，通訊介質為光纜，保證了網絡通訊的可靠性。

    現地控制單元LCU主要由可編程序控制器PLC、一體化工控機及測控裝置組成。PLC完成順序控制、狀態監視和功率調節等功能；工控機負責單個LCU的監視和控制，同時肩負著與機組測溫裝置、調速器、微機保護的通訊，并作為現地控制單元的人機界面，實現機組的現地操作功能。PLC采用美國通用電氣公司的GE90-30，電量采集裝置負責采集電壓、電流、功率、頻率等電氣信號，并通過與PLC的直接通訊，將數據處理后發送至操作員工作站進行顯示或進入后臺數據庫管理系統。溫度巡檢裝置采集機組的溫度信號，其數據通過工控機上送至主控機。每臺機 LCU包括兩個分布式子站，一個用于壓油裝置和漏油泵的控制，另一個用于機組工作閘門的控制。分布式PLC選用了GE公司的VersaMax產品，該產品提供了全面的分布式控制系統，可作為分布式子站連接在LCU上獨立運行，其I/O模塊具有帶電插拔功能。

    2.2系統軟件配置

    系統中上位機采用WindowsNT操作系統，采用VisualC 編程，以TCP/IP協議作為網絡通信協議，加上專用的SD200系統軟件，構成了基于開放環境下的計算機監控系統。

    PLC采用LM90軟件包開發梯形控制程序，在程序的編輯中盡量采用子程序，分模塊、分功能編輯，強化程序的可讀性，直觀、簡潔，易于理解和修改。

3計算機監控系統的功能

    SD200監控系統可實現遠方計算機自動監控和現地自動監控，其主要功能包括：數據采集與處理、時間順序記錄（SOE）、事故追憶記錄及相關量記錄、有功功率聯合控制（AGC）、無功功率聯合控制（AVC）、控制與調節、顯示打印和參數設定、電廠設備運行管理、系統通訊、中文語音報警、衛星同步對時、故障自診斷和自恢復功能。能夠滿足電廠在任何情況下對監視和控制的要求。

4系統特性

    故縣水電廠監控改造中取消原常規控制模式，在中控室設置了信號返饋屏，返饋屏信號機組部分獨立采集（當反饋屏與監控系統通訊故障時，可保證對機組重要信息的監視），公用和變電站部分信號取自監控系統。

    網絡是計算機監控系統的重要環節，LCU中PLC常用的上網方式是通過現地一體化工控機上網，而PLC直接通過10/100M網絡自適應模塊上網是水電廠計算機監控系統的另一種推行模式，在此方式中，去掉了工控機這一薄弱環節，而且PLC直接接入網絡交換數據，可以提高數據的交換速率和系統的可靠性。基于以上原因，故縣水電廠計算機監控系統采用了PLC直接上以太網方式，工控機與PLC經集線器連接后也上以太網。此方式提高了系統的響應速度，系統的可靠性和安全性都得到了不同程度的提高，LCU可通過工控機實現現地的顯示與操作，并可脫離上位機獨立運行。

    系統采用符合開放標準的硬件設備和操作系統，具有良好的開放性。分層分布結構，融會網絡分布系統的優點，使系統的資源配置利用更加合理。系統中重要設備采用冗余配置，硬件配置具有一定的余度和擴展能力。

5 現場運行情況

    故縣水電廠計算機監控系統在投運過程中施工組織嚴密，措施到位。系統調試首先進行靜態調試，然后空載試驗，最后進行帶負荷試驗，逐級進行，發現錯誤及時改正，在一定程度上有效的縮短了系統調試時間，減少了機組停機時間，最大限度的保證了電站正常發電。

    現地控制單元PLC電源模塊最初選型為交流220V、直流 110V，因現場無法提供直流110V的電壓，使得PLC供電電源只有交流220V，一旦廠用交流220V失電，將造成PLC失電，影響了系統的穩定。后將PLC電源模塊更換為24V供電模塊，分別為交流220V和直流220V變換而來。

    各分布控制子單元與現地單元的通訊。在調試過程中存在的問題較多，1號機組的閘門和2號機組的壓油裝置在調試時不能與PLC正常通訊，排查發現通訊電纜焊接頭有毛刺，毛刺致使通訊收發線短路，導致通訊混亂，后期施工中要求所有接頭按照規定每根線的焊接點加套管保護，保證了正常通訊。

    故縣水電廠屬老廠改造，由于受到廠房設計布局的限制，中控室與 10kV母線室間距8米左右，經測試強電流對計算機顯示器有明顯的電磁干擾。為降低干擾，保證主機的正常運行，主機靠中控室一側布置，盡量遠離干擾源，實際運行過程中當三臺機組全開時，顯示器畫面晃動較大，容易引起視覺疲勞，不利于運行人員監屏。

    語音報警信號取自位于工程師室的通訊機，信號從通訊機送出經信號線至中控室，由于沿線受到強電干擾，報警系統無法正常運行，經分析決定將語音信號在工程師站經過主音箱放大后，再送至中控室，語音報警系統得以正常工作。

    機組壓油泵、漏油泵、空壓機和排水泵的PLC自動回路與繼電器常規手動回路，設計為手動切換。當PLC發生故障而運行人員未能及時發現，便可能發生壓油裝置油壓過低、漏油箱跑、油風壓異常等事故，因此要求監控報警系統工作應可靠穩定，在系統出現異常時，語音報警系統應能可靠報警，以便運行人員及時發現和解決問題。

    系統水力監測功能還不健全，AGC、AVC功能尚不能發揮作用。需要進一步調研，逐步完善與水電廠經濟運行密切相關的水情，如流量、機組攔污柵壓差等信息，盡快實現電廠的自動發電控制和自動電壓控制。

    監控系統上位機組網最初選用了雙絞線，在運行中存在通訊中斷和阻滯的現象，后經廠家檢查，更換為帶屏蔽的通訊電纜，基本上解決了通訊的問題。

    在監控系統運行期間，現地單元所配置的一體化工控機故障發生的機率較多，其故障退出后，使得現地控制單元的數據不能正常顯示，現地操作無法執行。計劃將一體化工控機改用觸摸屏代替，并配以<