高兴成

(宁德大港水电站开发有限公司，福建 宁德 352100)

大港水电站位于福建省宁德市蕉城区境内，是七都溪流域开发的第五级水电站，电站总装机容量为2 MW×7 MW，设计水头81 m，单机引用流量10.03 m3/s，额定转速600 r/min，多年平均设计发电量为5 431万kW·h，电站按“无人值班”(少人值守)原则设计，根据电站的规模，配备了较先进、可靠的设备，主辅设备采用以微机监控为主的控制方式，并配备微机型继电保护、微机调速器、模拟可编程型励磁调节器。自1998年投产以来，创造了良好的经济效益和社会效益。

1 更新改造的必要性

1)根据有关规范规定微机监控系统使用寿命为5 a左右，大港水电站微机监控系统运行近9 a，已超期服役。

2)经向自动化设备监控厂家咨询及调研同类产品用户使用经验，微机监控系统使用寿命一般9～10 a。

3)微机监控系统在运行过程中已逐步出现自然老化及部分元器件损坏现象，存在一定程度的安全隐患，如1#主变差动过流保护模块已出现损坏、发电机主保护SR489出现损坏、温度采集模块采集点经常出现跳变、交直流电量采集模块均存在不同程度损坏等。2004年电站出现2#SR489装置电源模块损坏，经寄加拿大维修，设备停役2月之久。

4)监控系统的微机保护装置如发电机主保护采用GE公司SR489装置，设备维修、维护很不方便。新装置同旧装置之间存在不兼容性、不配套等现象。

5)随着微机自动化监控的飞速发展，日新月异，大港水电站现有微机监控系统在满足电力调度自动化、维修维护、软件功能方面有待进一步的完善。

2 更新改造的内容

1)更新前台所有监控系统的7面屏柜及所涉及监控系统的硬件、软件，仅保留部分传感器、压力开关，增设部分传感器及自动化元件。

2)重新设计、更改二次系统原理及二次系统接线。

3)取消模拟屏，实现电站综合自动化全微机监控(旧系统设计中设模拟屏手动备用)。

4)解决原微机监控系统运行中存在的问题:如通讯阻塞、结构不合理、温度采集点不稳定等。

5)完善监控系统的功能:满足电力调度自动化要求，按负荷曲线运行，增设运行管理指导(类似突发事故应急处置方案)，电子寻呼功能(当发生事故根据事故类别以手机短信的形式通知相关人员)等。

6)更新电站所有微机自动保护装置，采用南京恒星公司生产的升级换代微机自动保护装置。

7)更换微机自动准同期装置。

8)增设微机监控系统的防雷功能，并完善监控系统的病毒防护措施。

3 更新改造原则

1)在电站现有基础上，以国家电力公司北京勘测设计研究院2000年12月设计的《大港水电站电气系统原理图》为依据，进行微机自动化监控系统的改造。

2)按照电站所有设备以全微机综合自动化控制和电站现场“无人值班”(少人值守)原则设计;实现电站能在现地(机旁)、远方(中控室、宁德城关或其他远程地址)监控的指导思想进行总体设计和配置，以逐步实现大港水电站“无人值班”(少人值守)的运行机制。

3)系统的配置和设备选型符合微机发展迅速的特点，充分利用微机领域的先进技术，系统达到国内先进水平。

4)系统主要硬件设备采用进口元件，关键设备采用冗余配置。

5)系统应高度稳定可靠、冗余，其本身的局部故障不影响现场设备的正常运行。

6)全面实现电站内控制、调节、保护、测量、信号、通讯一体化功能，更换电站原有微机自动化监控系统软硬件设备、微机保护装置及LCU现地控制单元等设备(保留部分传感器元件、压力开关等现地采集元件)。并将现有数字视频监控系统与更新保护装置一并接入监控系统。

7)为降低在改造工程实施过程中电站的发电损失，减少公司经济损失，微机自动化监控系统改造的设计中，应能满足单台发电机组独立发电运行，以实现边发电、边技改的要求。

4 更新改造方案

4.1 主要硬件配置

4.1.1 主控机/操作员工作站2套机型:采用美国DELL，其配置如下:

——机型:工作站

——CPU:双核至强处理器 5120，4MB缓存，1.86GHz，1066MHZ 前端总线

——内存:2×1G DDR2 533 双通道

——硬盘:160GB，SATA硬盘 控制器IDE RAID

——以太网接口:1个，10/100/1000Mbps

——操作系统支持:Windows XP

——软盘驱动器:3.5英寸，1.44MB

——光驱:，CD-RW/DVD

——彩色显示器:19”，液晶

——标准键盘与鼠标:USB接口键盘，USB光电鼠标

——语音卡、音箱:1套

——同步时钟接口:1个

——USB 接口:2个

——3D图型卡128M显存

主机功能包括对整个电站微机监控系统的管理，自动发电控制计算和处理，数据库管理，在线及离线计算功能，各图表、曲线的生成，事故故障信号的分析处理等。

主机同时供运行值班人员使用，具有图形显示、全厂运行监视和控制功能、发操作控制命令、操作定值修改、设定与变更工作方式等功能。全厂所有的操作控制都可以通过鼠标器而实现;通过显示器可以对全厂的生产、设备运行作实时监视，并取得所需的各种信息。主机/操作员工作站采用双机冗余方式。

4.1.2 现地控制单元(LCU)

机组LCU、公用LCU及大坝LCU实现对各生产对象的监控，选用世界著名生产厂商美国GE公司生产的GE90-30系列PLC构成现地控制单元的主控制器。LCU主要完成数据的采集及数据预处理功能，同时也具有控制操作和监视功能。各LCU配有一台10.4”TFT彩色触摸显示屏，其设计能保证当它与主机系统脱离后仍然能实现对机组进行必要的监视和控制功能，这些功能包括机组的开、停操作;有功、无功负荷增、减;机组运行状态及参数的监视，而当其与主机恢复联系后又能自动地服从上位机系统的控制和管理。

4.2 软件配置

4.2.1 软件特点

采用面向对象的思想，简化数据库生成，特别是一些具有共性的事件处理，综合量、二次量计算，做到一次定义，多次使用。数据处理采用事件驱动方式，当事件产生后，立即启动与此事件有关的处理，如确定事件性质，推出事故处理指导，启动顺控流程等。控制调节的编程采用流程图方式输入，支持在线调试，在线修改、离线仿真，并自动提供运行人员界面，反映流程执行情况。采用商用关系数据库系统，利用ODBC标准接口，收集存放实时数据和事件，进行各种典型统计。

4.2.2 操作系统

操作系统提供了多用户、多进程、并发文件和记录操作，完善用户安全机制，并具有功能强大、方便的通讯和联网能力。操作系统在所提供的硬件构造中有实用成功的经验，具有很强的外围设备控制管理能力。支持多种高级语言软件开发平台，执行诊断检查、自动切除故障和自动重新启动。操作系统具有错误检测和校正的标准程序，可伸缩性，支持集群和多CPU运行。

4.2.3 数据库系统

数据库系统采用网络型全分布数据库MS SQL SERVER，所有数据共享都通过透明的网络通讯来实现，数据库具有主备冗余功能。数据库包括:实时数据库、暂存数据库、画面及报表格式数据库、历史数据库、计算数据库、预置数据库、汉字库、图形符号库等，这些数据库，构成了监控系统数据资源中心。

4.2.4 应用软件

完善实际运行中预警系统，如启动无效报警等;完善了运行管理、运行指导功能，自动统计主要设备运行小时数、动作次数、事故和故障次数等数据，建立运行设备档案;实现恒功率因数、按负荷曲线运行等功能;预留水情自动测报系统接口，工业电视接入、远方(宁德城关)监控方案，待条件成熟时实施。

4.3 机组现地控制单元LCU

1)原机组PLC采用日本三菱FX系列可编程控制器，机组自动控制的开关量、模拟量进入PLC开关量、模拟量采集点，其它用于发信号的开关量采用独立的PM2154采集板，用于监视的模拟量采用PM2153温度、直流采集板，结构复杂，采集板稳定性差，故障率高。此次更新改造选用世界著名生产厂商美国GE公司生产的GE90-30系列PLC构成现地控制单元的主控制器，利用PLC自身开关量、模拟量单元完成全站开关量、模拟量、数字量、脉冲量的采集，简化硬件配置，运行更稳定、可靠。

2)采用32路温度智能采集装置，实现机组温度采集，较好的解决了以前PM2153温度采集板的测温点不稳定、温度显示值跳变问题。

3)采用智能交流电量采样装置，实现对全站厂用电电压等的电量采集，取代以前PM2153交流量采集板。

4)每套机组LCU配置一套串口通讯装置(PPC9402)，使每套机组LCU的通讯串口数量达到4个，每个通讯接口均可以分别采用不同的规约，与不同的设备进行通讯。完全满足与不同厂商包括微机调速器、微机励磁系统、微机保护等设备进行数据通信，并且留有备用通讯接口，方便电站日后根据需要对通讯设备的增加。

5)原微机监控系统通讯经常出现中控室命令无法下达，必须重新复归主监控单元PM2152电源，方可恢复正常。此次改造采用自愈环网结构，较好的解决以前系统中经常出现通讯堵塞、通讯中断现象。

4.4 微机保护系统

电站原发电机主保护采用美国通用GE公司SR489，运行过程中出现保护装置故障，故障后必须寄加拿大维修，维修时间长，维护不方便。主变压器保护，采用PM1092差动保护装置和PM1093后备过流保护装置;35kV线路保护中大烟线配置PM1091距离保护装置，大华线目前配置PM1093过流保护装置。保护装置均已到使用寿命期，已出现保护装置故障，且升级改造后的新保护装置同旧保护装置出现不兼容现象。此次更新改造，更换为DPG-AUT发电机综合保护装置，DPT-2W3差动保护装置，DPT-350过流保护装置，DPL-35D距离保护装置。保护装置是单元式模块化组合，保护配置和功能易于扩充，软件易于升级，系统模件通用性和互换性好，具备高频抗干扰能力;系统运行高度可靠，其本身的某一局部故障或元件损坏不会影响其它功能的正常运行或引起误动作;可以比较方便地进行保护配置和功能的扩充，软件满足升级的要求，可在硬件资源允许的情况下非常方便的升级。较好的解决了以前微机保护装置运行中存在的问题。

4.5 同期系统

原设计中采用自动准同期为主，手动准同期为辅的同期方式，此次改造中彻底取消手动准同期，实现全微机自动准同期。原设计中手动准同期点4个:301、302、328、329，自动准同期点仅3个:301、302、328，此次改造须增设1个自动准同期点即329。原设计中3个自动准同期点公用1个自动准同期装置，且此同期装置较落后，电站曾经发生过非同期、误合闸现象。此次改造设置4个DPA-ZTQ单对象的自动准同期装置，4个同期点相互独立分开，避免同期装置误动。改造后的同期装置运行安全、可靠，尤其是35KV线路自动准同期装置，在实现线路准同期上比原同期装置同期点捕捉更快、更可靠。

其余尚有厂用系统改造，大坝闸门控制系统改造模型屏改造，辅机系统改造、消防系统改造均达到预期改造目标与效果。

5 改造后效果

通过此次改造实现了全站全微机控制，较好的解决了以前微机监控系统中遗留的问题，新的监控系统达到国内先进水平，运行更安全、可靠。

6 遗留问题

1)电站目前采用模拟式励磁调节系统，不具备自动跟踪网压功能，同现有的微机监控系统不匹配，建议利用合理时机进行改造。

2)尽快解决电站通信问题，技术更新改造后的微机监控系统具备实现远方监控的条件，由于电站对外通信光纤尚未架设，目前不能实现远方(宁德城关)监控，如果解决通信通道问题，极容易实现远方监控。电站对外通信目前仅仅依靠一部电力载波进行通信，音质较差;电站部分场所有移动手机信号，但不稳定，利用GPRS通信方式将电站微机监控系统数据传输至远方服务器，通过外网web浏览电站运行资料。

3)收集、整理资料，进一步完善电站运行指导功能。

[1] 李国昌，吴叔满，曹利.中小型水电厂微机监控[J].黑龙江水利科技，1994，22(04):6-11.