安康水力发电厂机组监控系统改造过程研究

　　摘 要：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H9000 V2.0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。

　　关键词：电机组,监控系统,改造

　　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H9000 V3.0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。

　　1 H9000 V2.0系统及其运行情况

　　H9000 V2.0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

　　H9000 V3.0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H9000 V3.0。

　　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。H9000 V3.0在系统结构有较大改进，LCU采用了可编程控制器(NOE771 01)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(NOE771 01)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(NOE 771 01)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(NOE 771 01)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H9000 V2.0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。 H9000 V3.0系统采用高性能的温度量采集模块(ARI030 10)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。

期刊VIP网，您身边的高端学术顾问

文章名称： 安康水力发电厂机组监控系统改造过程研究

文章地址： http://www.qikanvip.com/shuili/12157.html