概述
白山發(fā)電廠位于吉林省東南部，松花江上游，是一廠兩壩三站的特大型梯級(jí)水力發(fā)電廠，總裝機(jī)容量為1700MW，在東北電網(wǎng)中擔(dān)任調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用。白山發(fā)電廠生活基地建在吉林省樺甸市，白山電站位于紅石電站上游距樺甸市73公里，裝有五臺(tái)300MW發(fā)電機(jī)組；紅石電站距樺甸市35公里，裝有四臺(tái)50MW發(fā)電機(jī)組；在樺甸市建有白山發(fā)電廠生產(chǎn)調(diào)度中心。
1999年4月，白山大型梯級(jí)水電廠遠(yuǎn)方集中控制計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過了國家電力公司的技術(shù)鑒定，獲得了國際先進(jìn)、國內(nèi)領(lǐng)先的較高評(píng)價(jià)；2000年3月通過了國電東北公司組織的系統(tǒng)工程驗(yàn)收， 2000年5月白山發(fā)電廠通過“無人值班”（少人值守）及創(chuàng)一流驗(yàn)收。白山大型梯級(jí)水電廠遠(yuǎn)方集中控制計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)從投入試運(yùn)行到現(xiàn)在，各項(xiàng)功能穩(wěn)定可靠，所有設(shè)備運(yùn)行正常，取得了非常好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
系統(tǒng)介紹
白山大型梯級(jí)水電廠遠(yuǎn)方集中控制計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是在認(rèn)真分析研究國內(nèi)外最新計(jì)算機(jī)硬件產(chǎn)品、軟件產(chǎn)品、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、實(shí)時(shí)工業(yè)控制產(chǎn)品與未來發(fā)展趨勢(shì)，根據(jù)白山發(fā)電廠的具體情況，在水科院自動(dòng)化所H9000分布開放式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)模式基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的最新發(fā)展，在一個(gè)較高起點(diǎn)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的一種全新的、分層分布開放式高速網(wǎng)絡(luò)型冗余梯級(jí)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有良好的可靠性、可擴(kuò)充性、可移植性，并支持異型機(jī)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。
􀂄 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
白山大型梯級(jí)水電廠遠(yuǎn)方集中控制計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由三個(gè)子系統(tǒng)組成：樺甸梯調(diào)中心計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)(簡稱樺甸系統(tǒng))、白山電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)(簡稱白山系統(tǒng))、紅石電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)(簡稱紅石系統(tǒng))。整個(gè)系統(tǒng)采用分層分布的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，共分三層：樺甸調(diào)度中心層（CCL）、白山(紅石)站級(jí)監(jiān)控層（PCL）以及現(xiàn)地控制單元層（LCL）。三個(gè)子系統(tǒng)之間通過遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互連。
系統(tǒng)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)采用快速以太網(wǎng)方案作為自動(dòng)化系統(tǒng)長距離高速通訊網(wǎng)絡(luò)的主干網(wǎng)絡(luò)方案。 現(xiàn)地控制單元由高檔工業(yè)控制微機(jī)和可編程控制器組成，工業(yè)控制微機(jī)完成與主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)通信及與現(xiàn)場PLC等通信，PLC完成數(shù)據(jù)采集和控制功能。采取現(xiàn)地控制單元與專用功能裝置既相互配合、又相互獨(dú)立的設(shè)計(jì)原則，以提高系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的整體性。
白山大型梯級(jí)水電廠實(shí)施本系統(tǒng)工程后，形成了一個(gè)完整的開放冗余網(wǎng)絡(luò)型分層分布的梯級(jí)電站實(shí)時(shí)閉環(huán)過程控制系統(tǒng)，既可通過梯調(diào)中心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整個(gè)梯級(jí)的集中遠(yuǎn)方監(jiān)控，現(xiàn)地?zé)o人值班，也可由各電站的廠級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)獨(dú)立完成本站的閉環(huán)自動(dòng)控制功能。
􀂄 系統(tǒng)配置
系統(tǒng)的上位機(jī)各工作站均采用64位Alpha系列工作站，操作系統(tǒng)選用Tru64 UNIX（原Digital UNIX）操作系統(tǒng)。LCU的主機(jī)及通訊服務(wù)器和語音報(bào)警裝置等采用抗惡劣環(huán)境的高檔實(shí)時(shí)工業(yè)控制微機(jī)，操作系統(tǒng)采用微軟公司的Windows NT操作系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)功能，支持TCP/IP網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)通訊。
LCU的數(shù)據(jù)采集控制裝置采用美國GE Fanuc公司的9070可編程控制器，其中白山電站機(jī)組控制單元采用9070 的雙CPU熱備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，Genius總線作為現(xiàn)場I/O總線，完成各種數(shù)據(jù)采集和控制工作。此外，LCU單元還配置有獨(dú)立的智能裝置，自動(dòng)準(zhǔn)同期完成機(jī)組的自動(dòng)并網(wǎng)，溫度巡檢裝置完成機(jī)組溫度采集及報(bào)警，機(jī)組測(cè)速裝置，交流采樣裝置等。
系統(tǒng)具體配置如下：
1． 梯調(diào)中心系統(tǒng) 設(shè)數(shù)據(jù)庫管理機(jī)兩臺(tái)，操作員工作站三臺(tái)(帶雙屏顯示器)，工程師工作站一臺(tái)，培訓(xùn)仿真系統(tǒng)一套，通訊服務(wù)器兩臺(tái)，模擬屏驅(qū)動(dòng)與語音報(bào)警裝置一套(可電話語音報(bào)警)，打印服務(wù)器兩臺(tái)，GPS時(shí)鐘一臺(tái)；網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用雙DEC hub900 MultiSwitch機(jī)箱冗余結(jié)構(gòu)，配有以太網(wǎng)交換機(jī)模塊和路由器模塊；交換式以太網(wǎng)采用屏蔽雙絞線。
2． 白山電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 采用雙重冗余光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，分現(xiàn)地單元層(LCL)和中央控制層(PCL)兩層。PCL層設(shè)數(shù)據(jù)庫管理機(jī)兩臺(tái)，操作員工作站兩臺(tái)(帶雙屏顯示器)，工程師工作站一臺(tái)，模擬屏驅(qū)動(dòng)與語音報(bào)警裝置一套(可電話語音報(bào)警)，打印服務(wù)器兩臺(tái)，GPS時(shí)鐘一臺(tái)，光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用交換式DEC hub900 MultiSwitch機(jī)箱冗余結(jié)構(gòu)，配有DEC RouteAbout Access EW路由器、快速以太網(wǎng)交換機(jī)和以太網(wǎng)交換機(jī)模塊。根據(jù)運(yùn)行需要，在白山左岸廠房的控制室另設(shè)操作員工作站一臺(tái)。
白山LCL層共設(shè)有9 臺(tái)LCU，其中白山右岸設(shè)有三臺(tái)機(jī)組LCU、開關(guān)站LCU和公用單元LCU共五臺(tái)LCU，白山左岸設(shè)有兩臺(tái)機(jī)組LCU、開關(guān)站LCU和公用單元LCU共四臺(tái)LCU。
九臺(tái)LCU之間無數(shù)據(jù)交換，所有采集的數(shù)據(jù)和報(bào)警信息均上傳給上位機(jī)，由上位機(jī)接收所有九臺(tái)LCU的數(shù)據(jù)，而上位機(jī)的控制命令也是分別發(fā)送給各LCU主機(jī)。
3． 紅石電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 采用雙網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu)，分現(xiàn)地單元層(LCL)和中央控制層(PCL)兩層。PCL層設(shè)數(shù)據(jù)庫管理機(jī)兩臺(tái)(兼作操作員工作站)，工程師工作站一臺(tái)，打印服務(wù)器兩臺(tái)，GPS時(shí)鐘一臺(tái)，語音報(bào)警裝置一套(可電話語音報(bào)警)，光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用雙hub90集線器機(jī)箱冗余結(jié)構(gòu)，配有 RouteAbout Access EW路由器和光纖以太網(wǎng)模塊。以太網(wǎng)中央控制層采用屏蔽雙絞線，現(xiàn)地單元層為光纖雙網(wǎng)?，F(xiàn)地單元層共設(shè)有6 套LCU，其中四套機(jī)組LCU、一套開關(guān)站LCU和一套公用單元LCU共六臺(tái)LCU單元。
全廠設(shè)有語音報(bào)警裝置，該裝置配置有一塊電話語音卡，在事故時(shí)能發(fā)出事故語音信號(hào)，提示運(yùn)行人員。當(dāng)無人值班時(shí)，可通過設(shè)置的電話號(hào)碼進(jìn)行電話語音報(bào)警和啟動(dòng)尋呼機(jī)；并具有電話查詢功能，能自動(dòng)通報(bào)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。
系統(tǒng)功能
系統(tǒng)主要功能如下：
􀂄 系統(tǒng)采用全分布的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，具有遠(yuǎn)方集中控制功能軟件包。
因大型梯級(jí)水電廠監(jiān)控系統(tǒng)層次多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)開發(fā)了較完善的梯級(jí)水電廠控制權(quán)管理和用戶授權(quán)管理功能，優(yōu)化了系統(tǒng)功能分布，保證了控制操作的可靠性與一致性。系統(tǒng)可靠的遠(yuǎn)程高速網(wǎng)絡(luò)和開發(fā)的梯級(jí)網(wǎng)絡(luò)通信軟件保證了對(duì)梯級(jí)電站各控制點(diǎn)和監(jiān)視點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控功能的實(shí)現(xiàn)，通信采用的不變不送，變位搶送與定時(shí)全送相結(jié)合的方式，減少了網(wǎng)絡(luò)資源的占用，提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，保證在梯調(diào)中心可實(shí)時(shí)監(jiān)控梯級(jí)電站所有的現(xiàn)場信息，這與以前的低速系統(tǒng)具有本質(zhì)的區(qū)別，操作員在梯調(diào)中心站看到的信息與在電站現(xiàn)場操作員工作站上的信息完全一致且?guī)缀跬瑫r(shí)，因而在梯調(diào)中心實(shí)現(xiàn)了所有監(jiān)控功能。系統(tǒng)功能分布合理，并提供了完善的開發(fā)與維護(hù)工具軟件系統(tǒng)。
􀂄 AGC畫面參數(shù)齊全
AGC畫面具有的參數(shù)有目標(biāo)頻率、各站水位、機(jī)組禁運(yùn)區(qū)、機(jī)組運(yùn)行上下限等，并且可方便地進(jìn)行設(shè)置點(diǎn)的操作。
白山發(fā)電廠的AGC主要是利用其調(diào)頻功能，隨著加入AGC機(jī)組數(shù)量的增加，AGC的調(diào)頻功能顯得越來越穩(wěn)定，完全可以達(dá)到東北電網(wǎng)頻率要求50±0.1HZ的標(biāo)準(zhǔn)，且調(diào)節(jié)過程比較平穩(wěn)，機(jī)組負(fù)荷分配均勻。一般情況下，與調(diào)度給定目標(biāo)頻率的偏差均控制在±0.05HZ之內(nèi)。AGC調(diào)頻的成果是顯著的。機(jī)組開機(jī)速度快、過程平穩(wěn)，停機(jī)動(dòng)作順暢。各元件動(dòng)作正常，開、停機(jī)過程中發(fā)現(xiàn)問題時(shí)，信息清楚，處理方便。越限檢查、開停機(jī)監(jiān)視、機(jī)組運(yùn)行實(shí)時(shí)狀況監(jiān)視、報(bào)警信息等方面，能夠全面的反映現(xiàn)場故障。上下位機(jī)反映的信息一致。
􀂄 系統(tǒng)具備事故追憶功能
在現(xiàn)場設(shè)備出現(xiàn)事故時(shí)，系統(tǒng)記錄下主輔設(shè)備的各種狀態(tài)，形成曲線和數(shù)據(jù)，為事后的事故分析提供參考數(shù)據(jù)。在該系統(tǒng)第一批現(xiàn)場施工時(shí)，事故追憶文件就記錄了實(shí)際現(xiàn)場的事故動(dòng)作及主輔設(shè)備的一些數(shù)據(jù)變化。
系統(tǒng)特點(diǎn)
系統(tǒng)的特點(diǎn)可歸納為：
• 梯級(jí)水電廠遠(yuǎn)方集中控制計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)按現(xiàn)場無人值班（少人值守）設(shè)計(jì)。
• 梯級(jí)水電廠監(jiān)控系統(tǒng)不僅應(yīng)具有可靠、完善的監(jiān)控功能，而且還應(yīng)具有良好的開放性，以確保系統(tǒng)的可擴(kuò)性、移植性，以保護(hù)用戶的硬、軟件投資。
• 主要設(shè)備采用冗余配置，雙主機(jī)雙網(wǎng)絡(luò)雙通道。保證大型梯級(jí)水電廠的高可靠性要求。
• PLC采用雙CPU主/備冗余配置，保證數(shù)據(jù)采集控制設(shè)備的可靠性。
• 系統(tǒng)的主干網(wǎng)采用開放式冗余高速網(wǎng)絡(luò)，以防止通信瓶頸的出現(xiàn)，保證梯調(diào)中心系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。
• 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用全分布的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，保證任何局部設(shè)備的故障均不影響系統(tǒng)總體功能的實(shí)現(xiàn)，提高系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性并減少系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)資源的占用。
• 完善的梯級(jí)水電廠控制權(quán)切換管理和用戶授權(quán)管理功能。
• LCU采用雙光纖以太網(wǎng)，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力。
結(jié)束語
系統(tǒng)在國內(nèi)水電站首次采用了具有國際先進(jìn)水平的快速以太網(wǎng)技術(shù)，并開發(fā)了可靠、高效的梯級(jí)網(wǎng)絡(luò)通信軟件，實(shí)現(xiàn)了傳輸距離為100公里以上，速率為100Mbps的長距離網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，突破了網(wǎng)絡(luò)通信距離的限制，成功的實(shí)現(xiàn)了調(diào)度中心對(duì)電站的全面遠(yuǎn)方實(shí)時(shí)監(jiān)控。
現(xiàn)地控制單元采用抗惡劣環(huán)境的實(shí)時(shí)工業(yè)控制微機(jī)，雙機(jī)冗余的9070 CPU可編程控制器，并采用主/備PLC 冗余技術(shù)實(shí)現(xiàn)主、備機(jī)之間的無擾動(dòng)的自動(dòng)切換，滿足了大型水電機(jī)組對(duì)系統(tǒng)可靠性的要求。
系統(tǒng)提供了較為完善的開發(fā)與維護(hù)工具軟件系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，交互式圖形開發(fā)軟件，具有較強(qiáng)的組態(tài)功能，全鼠標(biāo)驅(qū)動(dòng)，面向目標(biāo)操作，所見即所 得，人機(jī)界面友好，易于掌握，操作使用靈活方便，完全滿足了水電站監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)圖形及人機(jī)聯(lián)系開發(fā)設(shè)計(jì)的要求。
樺甸-白山-紅石梯級(jí)水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)功能比較完善，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，通過采用冗余技術(shù)，操作控制正確可靠，其中現(xiàn)地開停機(jī)成功率為100%，遠(yuǎn)方開停機(jī)成功率為100%，AGC動(dòng)作正確率達(dá)到100%，系統(tǒng)可用率高。
（轉(zhuǎn)載）
