NC2000监控系统在某水电站的应用
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摘 要：该水电厂计算机监控系统采用南京南瑞自动控制有限公司研制、开发的NC2000监控系统，该系统自2008年底投运以来，系统运行稳定，功能扩展便利，为该水电厂设备安全经济运行水平、实现无人值班（少人值守）奠定了牢固基础。文中从NC2000监控系统在该水电厂的实际应用出发，介绍了系统结构、特点、配置以及功能实现，对新建电厂和老厂的计算机监控系统改造具有一定的借义。
关键词：水电厂主控层现地控制单元无人值班
一、引言
以进一步提高水电厂的安全运行性能、发送电能的质量和运行经济效益为目标，新型水电厂在监控系统的选择、应用上都不尽相同。从早期硬布线继电器逻辑装置、辅助常规装置，逐步发展至以计算机为基础的监控系统。新的时代特征，强烈刺激着电力生产过程和管理技术水平的飞跃发展。构架可靠的控制系统和安全高效的网络平台、实时数据平台、数据库平台直接影响着电力生产的全过程。本文作者基于监控系统在水电厂的实际运行情况，现就该厂NC2000监控系统的结构、特点、配置以及功能实现，进行初步探索，谈一下个人的看法，不当之处，希望批评指正。
二、监控系统的结构
系统采用全计算机控制的分层分布全开放式系统结构，由按功能分布的主控层及按对象分布的现地单元层组成。主控层设备包括操作员站、数椐服务器站、厂外通信站、厂内通信站、工程师站、语音报警站、GPS时钟同步系统、UPS电源及网络设备等，现地控制单元层包括6套LCU，其中机组LCU3套、开关站LCU2套和公用设备LCU。主控层和现地控制单元层通过2台交换机相连组成双冗余100Mbps星型以太网，交换机通过屏蔽双绞线与主控层各工作站相连，通过多模光纤与各现地控制单元相连。系统以手动优先、下层优先的方式设置必要的硬件和软件闭锁，使运行操作人员能方便的在各控制层之间、计算机控制与现地控制设备之间可选定对设备的控制权，对无控制权的控制设备进行闭锁。
三、系统功能
1.主控层功能
主控层从LCU实时采集反映全厂主要设备运行行状态和参数的各类数据，如通信量、模拟量、脉冲量、交流量、扫查开关量和中断开关量等，并对全厂主要设备进行集中监控管理，主要包括设备调节控制、工况转换及参数设置等操作、防误操作输出闭锁、报警记录及历史查询、事件顺序记录、事故追忆、温度趋势报警与分析、事故语音报警、画面软拷贝、生产统计报表生成、系统数据库管理等功能，实现自动发电控制（AGC）和自动电压控制（AVC）等高级应用，并与省级调度以及电厂梯调进行通信，提供反映设备实时状态的遥信、遥测数据和接收西北网调下发的遥调、遥控命令。
2.现地控制单元层功能
LCU作为监控系统的底层控制设备，主要是完成各类数据的采集与预处理，并定时、随机或响应主控级的召唤，向主控级发送采集的数据和各类报警信息，同时接受主控级的控制命令，进行有效性检查和核对后执行。而当主控级出现故障或退出运行时，LCU仍能正常运行和就地实现对设备的基本监控功能，如:数据采集、处理和设备运行监视;设备调节控制、工况转换及参数设置等操作;事件顺序记录;硬件自诊断功能，并进行在线诊断报警。
四、系统配置
1.主控层配置
操作员站:SunUltra20工作站2台，使用Solaris9操作系统，两站并行运行。各站从LCU实时采集反映全厂主要设备运行状态和参数的各类数据，更新数据库并广播发送至上位机所有站点，运行AGC/AVC后台程序，同时作为人机接口，供运行人员对全厂主要设备进行集中监控。
数据服务器站:SUNFirev240服务器2台，使用Solaris9操作系统，两站互为热备。主站用于上位机GPS对时、各图表曲线的生成、事故追忆、温度趋势报警、分析及数据存储等功能，备用站只进行监视。
厂外通信站:HPxw4600工作站1台，使用Windows2000Server操作系统。通过RS232串口与远动RTU装置相连，再经调制解调器和调度交换网设备后通过电力电话网和线路OPGW光纤与省调、梯级调度通信，采用了SC1801、IEC60870252101、IEC60870252104规约。主要为调度提供反映设备实时状态的遥信、遥测数据和接收省调下发的遥调、遥控命令。
厂内通信站:HPxw4600，使用Windows2000Server操作系统，通过电力安全防护Ⅱ区防火墙和正向隔离装置保护与厂内保护系统管理机、灭火自动报警系统、电度计量系统通信。主要向厂内各类保护设备发送实时信息，反映设备实时状态的遥信、遥测数据。
工程师站:SunUltra20工作站1台，使用Solaris9操作系统，用于进行设备维护、程序开发、调试以及培训仿真等功能。
语音报警站:HPXW4200工作站1台，使用Windows2000Server操作系统，配有扬声器，当事故发生时，可立即按事先定义实现语音报警和光字牌显示功能。
GPS时钟同步系统:由安装在出线平台的远程中继型时钟BSS23Y和安装在监控机房的二级钟组成，之间通过光纤相连，二级钟每30min与主用数据服务器站通RS232信道对时一次，再由主用数据服务器站广播对时至上位机所有站点，精确到秒级，二级钟每分钟与LCUSOE模块通过DCF77脉冲编码接口对时一次，精确到毫秒级。
UPS电源系统:SANTAK15kVA在线式UPS2套，互为热备，每套配备16个12V100Ah蓄电池，可为主控级设备提供1h以上不间断电源，采用两路厂用400V进线电源，可通过接触式开关进行热备切换。
网络设备:CiscoCatalyst2960Series交换机2台，每台交换机分别通过超五类屏蔽双绞线与上位机各站的双网卡相连，通过多模光纤与LCU以太网模块相连，构成双冗余100Mbps星型以太网。
2.现地控制单元配置
现地控制单元层全部6套LCU均采用目前在热备技术和模块带电插拔能力方面最优的施耐德Quantum系列PLC，能在13ms~48ms内完成主从机无扰动切换，所有模板均支持带电插拔，分别还配置了智能液晶触摸屏、自准同期装置、手准同期装置、交流采样装置、水机保护装置、功率、电压、电流变送器等设备。
QuantumPLC采用双CPU加触摸屏直接上网的方式，使用CHS实现双机光纤互联，NOE上双以太网，采用远程I/O扩展模式，全部I/O测点和控制输出插箱均由CRP、CRA和同轴电缆组成的双冗余远程I/O网连接，双CPU还通过MB+网与交流采样装置、便携工作站以及各外部设备，如:调速器、进水口闸门、技术供水装置、高低压气机、检修渗漏排水泵等设备通信。
五、系统特点
对于LCU来说，它与系统的其它结点的连接方式，或说组网方式，现在普遍采用以太网，而且采用光纤作为介质。单网的可靠性已经很高，但考虑其它不可预见的机械物理上的等因数，可以考虑采用双光纤以太网。
该厂计算机监控系统采用了双光纤以太网。从LCU（PLC）而言，它的双光纤以太网工作方式不需要切换，而且是同时工作（ALLINWORKING）的方式。这样，不需要切换，一旦A网故障，B网可以零时间切换过去。由此可以获得很高的性能。这是由Quantum系列PLC的以太网实现的功能。
双机热备的实现有两种放方式，一是硬件方式，一是软件方式。硬件方式如施耐德公司Quantum系列PLC双机热备、通用电气公司GE90-70系列双机热备等；软件方式通用电气公司GE90-30系列双机热备有一般硬件的方式性能比较好。但是不管那种方式，都要达到无扰切换。也就是切换的过程要保证控制连续进行、数据不丢失。这一点是非常重要的。
该厂计算机监控系统采用了施耐德公司Quantum系列PLC双机热备结构。当主控CPU故障或电源失去时，自动切换到备用CPU，备用CPU自动升为主控CPU，实现无扰切换。当进行维护时，可以手动进行主、备单元的切换。这样，可以提高可靠性指标。
一般来说，输入的冗余应该采用三取二的方法，即少数服从多数的方法。通用电气公司GE系列PLC有这样的硬件结构，从CPU、输入、输出都三重冗余，以满足可靠性极高的情形，如冶金领域的高炉。但是它的投资大，在水电行业实在没有必要。但是，对于少数重要的信号，如用于事故停机、紧急事故停机的信号、重要设备如出口断路器的状态信号有两路信号输入，就存在如何处理的问题。
该厂计算机监控系统输入的冗余引用了安全倾向因子，在不同的状态、过程中，可以采用不同的安全倾向因子，这样用一对冗余信号加一组安全倾向因子，就可以得到在不同的状态、过程中一组信号。一个安全倾向因子可以是几个甚至更多个信号的逻辑运算结果。
电源冗余方面，该厂主控层设备采用集中供电，两套交流不间断电源构成双电源并列供电，电源分别取至厂用电400VⅠ段和400VⅡ段，除双交流电源外，还有1套15kVA/2h的UPS作为后备电源；机组LCU、公用LCU及升压站LCU其他专用监控装置采用南瑞公司交直双供电插箱FDPM，其专用一路直流电源及一路交流不间断电源分散供电。采用不间断双交流电源加UPS或交直流不间断供电，均是为了确保监控系统的用电，即使在全厂交流停电的情况下，监控系统也可由蓄电池的直流电源继续工作一段时间，为该厂监控系统的稳定工作提供了可靠电源保证。
六、结语
该水电厂使用的NC2000计算机监控系统具有技术运用较为先进、功能齐全、高冗余度、高可靠性、人机界面友好、维护方便等特点，自2008年底投产以来，系统运行稳定，投运成功率高，为该水电厂进一步提高设备安全运行及自动化水平，实现“无人值班”（少人值守）做出了重要贡献。
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