潮州枢纽电站计算机监控系统升级改造研究摘要】本文对潮州供水枢纽电站计算机监控系统的现状进行了详细介绍，包括上位机、下位机和通信网络结构等方面，并对监控系统的现状深入分析，对出现的问题提出了相应改进措施，通过改造提高了该电站计算机监控系统的平安性和可靠性，也可为同行和相关水电站监控系统提供借鉴和参考关键词】监控系统;网络结构;PLC;改进引言潮州供水枢纽工程位于韩江流域下游东、西溪河段内，坝址距潮州市约3.8km，坝址控制集水面积29084km2，潮州供水枢纽电站为河床式水电站，分为东、西溪电站东溪电站装机容量29MW，西溪电站装机容量214MW，总装机容量为46MW，机组为灯泡贯流式水库正常蓄水位10.5米〔珠基〕，最低运行水位8.5米〔珠基〕年设计发电量为20812万kWh，潮州供水枢纽工程四台机组于2021年1月正式投入运行东、西溪两电站计算机监控系统按“无人值班〔少人值守〕〞原那么设计【1】，采用分层分布式结构，整个系统分为集控中心、电站分中心和电站现地控制单元三层控制的优先权为：电站现地控制单元最高，电站分中心与集控中心次之，两者控制优先权相同集控中心负责东、西溪两座电站及水利枢纽其它设备的集中监视与控制。
集控中心通过专用光纤以太网与东、西电站监控网络相连，完成监视及控制数据的交换，实现东、西溪电站数据集中采集与集中控制集控中心设在综合办公大楼集中控制室内，电站分中心和电站现地控制单元设在电站厂房内计算机监控系统采用南瑞水利水电技术分公司的EC2000系统，现场控制单元LCU采用南瑞水利水电技术分公司SJ-500型微机监控装置，LCU核心控制器采用西门子S7-300系列PLC〔CPU315-2DP〕，辅机控制柜核心控制器采用西门子S7-200系列PLC〔CPU226〕1.计算机监控系统概述1.1系统结构集控中心监控系统上位机主要由两台冗余操作员工作站、两台冗余拦河闸操作员工作站、两台数据效劳器及一套磁盘阵列、一台网管效劳器、一台工程师培训工作站、一台通信工作站、一台拦河闸通信机组成集控中心配置两台冗余的赫思曼工业交换机，各上位机配置双网卡分别与两台交换机连接，构成双星型以太网东、西溪电站各配置1台赫兹曼工业交换机，通过专用的单模光纤网络与集控中心交换机连接东、西溪电站分中心各配置1台主机兼操作员工作站，分别负责东、西溪电站内设备的监视与控制集控中心及电站分中心均配置UPS装置，为上位机系统各计算机提供不间断电源，以确保在厂用电源消失时，监控系统仍能正常运行。
集控中心、电站计算机监控系统简化图如图1所示电站现地控制单元层由两套机组LCU和一套公用LCU组成各LCU均配置百兆以太网模块，通过网络双绞线接入设在电站内的工业交换机，实现与集控中心及电站分中心上位机的高速通信;CPU自带DP总线接口，机组LCU通过PROFIBUS总线与电站技术供水、油压装置等辅机LCU〔采用S7200PLC〕通信，公用LCU通过PROFIBUS总线与上下气机、消防系统等辅机LCU通信;LCU配置1块串口通信模件及1套SJ30通信管理装置，通过SJ30通信装置与调速器系统、微机保护系统、励磁系统、温度巡检仪SJ40C等进行通信;PLC通过自带的串口与触摸屏进行通信电站现地控制单元层系统结构如图2所示1.2系统主要功能集控中心上位机：数据效劳器及其磁盘阵列：实现电站、拦河闸监控系统历史数据的存储与管理电站操作员工作站：实现东、西溪电站全厂设备的运行监视与控制调节拦河闸操作员工作站：实现东、西溪拦河闸的运行监视与控制调节工程师培训工作站：进行监控系统培训、演示及系统维护通信工作站：负责与电力调度通信、模拟屏通信、拦河闸通信机通信网管效劳器：负责整个监控系统以太网的管理，并预留web功能接口。
拦河闸通信机：实现与电站监控系统上位机、水情测报系统的通信〔采用101通信规约〕，将拦河闸开度等参数送至电站监控系统上位机，将拦河闸开度、闸前、闸后水位等运行参数送给水情测报系统电站分中心上位机：电站操作员工作站：分别实现本电站全厂设备的运行监视与控制调节，历史数据的存储与查询图2改造前东/西溪电站现地监控系统结构图1.3系统配置〔1〕集控中心监控系统主要包括2台数据效劳器型号为DELLPowerEdge2850;2台操作员站、1台工程师培训工作站、1台通信工作站、1台网管效劳器型号均为为DELL370;2台中心交换机型号为赫兹曼MACH3000监控系统软件采用南瑞水利水电技术分公司自主开发的EC2000专用监控软件〔2〕电站分中心监控系统主要包括1台操作员工作站型号为DELL360MT，1台操作员工作站型号均为DELL370，1台中心交换机型号为赫兹曼MS2108-2监控系统软件采用南瑞公司自主开发的EC2000专用监控软件〔3〕电站现地控制单元LCU主要包括2套机组LCU、1套开关站及公用LCULCU核心控制器采用西门子S7-300系列PLC【3】，触摸屏采用Proface10.4’液晶触摸屏，其它还包括交直流双供电装置、交流采集装置、温度巡检装置、同期装置、SJ30通信装置等智能设备。
〔4〕辅机和公用设备自动控制系统：主要包括技术供水、渗漏排水、消防供水、空压机等系统控制柜控制柜核心控制器采用西门子S7-200系列PLC，人机界面采用WEINVIEW5.7’液晶触摸屏，其它还包括双回路供电装置、中间继电器、电机启动设备等2.计算机监控系统目前存在的问题潮州供水工程计算机监控系统自2021年开始实施到2021年完成现场投运，并于2021年完成最终验收计算机监控系统的顺利投运为电站平安、稳定运行提供了保障，提高了电站的综合管理水平、大大降低了人员本钱至今系统已投入运行近7年，由于投运时间较长及当前技术的开展，系统也暴露了一些问题，主要有：图3事故停机回路图2.1东、西溪电站分中心上位机配置问题工程实施初期，为节省工程投资，东、西电站分中心均只配置1台上位机，实现本站内所有设备的运行监视与控制一旦计算机出现故障，对电站运行造成一定的影响由于集控中心与东溪、西溪电站距离较远，目前运行方式为集控中心设置两人值班，东溪、西溪现地控制室各设置一人值班，在现地控制室实现互相监视对侧电站信息可以加强监盘，值班人员能相互提醒，实时掌握东、西溪电站信息;且当集控中心监控系统出现异常时，仍能实现东、西溪电站实时监视、数据采集、存储，提高电站运行的平安性。
2.2东、西溪电站事故停机回路问题由于系统投运阶段，因PLC开入模件配置数量限制，机组事故停机启动信号采用并接的方式接入PLC，如机组所有轴承温度过高信号并接为一个总温度过高事故信号〔如图3所示〕，不利于故障分析，比方西溪电站就出现过温度过高导致常规回路事故停机时，由于各个轴承温度采用并联方式接至一个总信号继电器〔轴承温度过高〕，因此，当此信号动作时，却无法及时查找出具体是哪个轴承温度告警信号引起的2.3高位水池水位控制问题高位水池无法实时监视水位，只靠浮球式开关接点控制水泵的启停如果浮球式液位开关出现问题，或者动作不正常，将导致技术供水泵无法正常停止，就会出现高位水池水溢出，而流至厂房内部，严重影响设备平安2.4机组高顶油泵控制问题高压顶起油泵只有在开机过程中或者在停机过程中才会启泵运行，当转速大于95%时或者停机时停止如果机组在运行过程中，出现转速下降，此时由于机组LCU没有执行流程，高顶泵不会自动投入运行，就会较严重影响机组平安3.计算机监控系统问题分析及解决措施3.1东、西溪电站分中心上位机配置问题东溪、西溪现地控制室各增加1台主机兼操作员工作站，2台工作站冗余运行，互为热备用，正常运行时，1台工作站作主机，1台工作站作从机，当主机故障或其它原因退出运行时，从机自动切换为主机，实现全站设备的监视与控制。
同时利用原有的光纤网络实现东、西溪电站两台工作站的互连，本站的工作站增加与对侧电站各LCU的通信功能及运行监视画面，实现对侧电站各LCU实时数据的采集运行及运行画面的监视，但屏蔽对侧电站设备控制操作功能，防止控制的混乱改造后的系统结构如图4所示系统改造完成后，2台工作站冗余运行，大大增加了系统的可靠性和平安性，同时也因接入了对侧电站的运行状态，方便了电站运行人员的统一调度图4改造后东/西溪电站监控系统结构3.2东、西溪电站事故停机回路问题对机组PLC硬件进行扩展配置，增加32点开入模件，将各温度告警量独立分开，接至PLC，修改PLC硬件组态和程序以及上位机组态;机组事故停机流程进行了修改，每个温度过高信号均作为一个事故停机启动源，启动事故停机流程，控制流程结构更清晰、启动原因报警更具体、准确保证监控系统能对单独温度量进行实时监视，这样就可以方便、准确地进行判断和故障分析3.3高位水池水位控制问题除了控制技术供水泵启停的信号控制器外，在高位水池池壁安装1套投入式水位计，水位计输出信号为4-20mA模拟信号，该信号接入监控系统公用LCU模拟量输入通道【2】，并在监控系统中作上下限的报警设置，实时监视水池水位，当到达报警值时能及时提醒运行人员;此外，还加装了工业视频摄像头，进行实时图像监视。
3.4机组高顶油泵控制问题在高压顶起油泵控制柜改造PLC程序增加当“转速小于95%信号〞且“非停机态信号〞同时动作时，自动启动高顶泵;当转速大于95%，自动停止高顶泵的程序段这样防止刮瓦，提高机组运行的平安性4.结语本文通过对潮州供水枢纽电站计算机监控系统的现状进行阐述，加以详细分析，并在系统年度维护检修过程中进行改进，使监控系统更加完善，为潮州枢纽电站的平安运行、高效生产提供了非常重要的保障和技术支撑，发挥其最大效益【4】参考文献【1】方辉钦.现代水电厂计算机监控技术与试验[M]中国电力出版社，2021.【2】王定一等.水电厂计算机监视与控制[M].中国电力出版社，2021.【3】宋智，张百敏.岗南水库管理自动化系统[J].水电自动化与大坝监测，2021〔3〕.【4】谢传萍等.红江发电厂综合自动化系统升级改造[J].水电自动化与大坝监测，2021〔6〕.。