周海燕，侯宝生

(广东省水利电力勘测设计研究院有限公司,广东 广州 510635)

广州蓄能水电厂总装机容量为8×300 MW，是目前世界上已建成的总装机容量规模最大的同类电站之一。电站分A、B两厂，建成各装机容量为4×300 MW。广州蓄能水电厂A厂(简称广蓄A厂)4台机组于1994年全部投入运行，投运至今已27 a左右。广蓄A厂监控系统采用进口阿尔斯通设备，在2007年进行过局部改造，改造后上位机主要由阿尔斯通CENTRALOGALSPA系列5系统组成，下位机RTU主控制器AA1/AA2采用阿尔斯通CENTROBLOC H20系统，仍为20余a前的第三代产品，下位机包含机组RTU在内的共10台RTU。

由于目前广蓄A厂计算机监控系统设备大部分重要备品备件均已停产，无法采购或采购难度大、成本高；生产厂家难以提供足够的技术支持；设备运行年限长等情况。基于监控系统以上不足，对设备的安全可靠运行构成威胁，电厂计划尽快升级改造，本文将对具体改造方案进行探索研究。

1 改造实施的重难点

1)新、旧监控系统设备之间的通讯

广蓄A厂计算机监控改造首先需要先改造上位机，然后结合机组大修计划逐步对4台机组下位机进行升级改造，一般每年对1台机组进行大修，因此，整个改造周期至少需要5～6 a时间，存在新、旧监控系统将长期共存的情况。目前广蓄A厂计算机监控上位机系统是一个由具有不同功能的工作站组成的分布式计算机局域网络，网络采用冗余100M/1000Mbps光纤环网。ALSTOM采用了冗余的CSS-F-H20网关(见图1)解决下位机主RTU与上位机的通讯问题，CSS-F-H20网关采用的非公开协议，由于投运时间较长，当前缺乏必要的技术支持，故解析旧上下位机之间的通信协议是本次技术改造关键的技术难点之一，本文也主要针对此难点提出上位机改造的不同方案。

2)下位机的改造实施顺序

抽水蓄能机组与常规机组不同，由于需要背靠背启动和SFC启动，各LCU之间有着一定的联系，不同的改造顺序，可能会影响到机组的成功启动，本文也主要针对此难点提出针对下位机的不同改造顺序的方案。

2 上位机改造方案比较

2.1 上位机改造方案一

新系统接入旧系统，改造期间对机组的控制以旧系统为主。新系统通过IEC60870-5-104规约和旧系统通信(如图1所示)。

图1 广蓄A厂监控系统改造过渡期系统结构示意(新系统接入旧系统)

1)旧监控系统通讯服务器负责与调度中心进行数据交互，新系统通讯服务器通过IEC60870-5-104规约接入旧监控系统，将改造后RTU实时数据以104规约通讯的方式发送给旧系统；同时接受旧系统发送的控制命令：

① 原则上新的系统操作员站控制改造后的RTU，旧系统操作员站控制尚未改造的RTU设备；

② 旧系统给新系统的控制命令主要是AGC/AVC控制命令。

2)过渡期间旧系统尽可能不去改动，使其具有完整的数据，进而承担全厂性功能：

① 旧系统与上级调度系统实时通信；需要在旧系统开发一套全厂AGC/AVC功能的程序，控制新旧系统控制的机组的负荷分配工作；

② 全厂历史数据库、报表、WEB发布功能。

3)旧系统操作员站可通过新系统和旧系统继续监控全厂设备。

4)最后一批RTU改造完成后，将全厂功能切换至新的监控系统、旧监控系统废除。

2.2 上位机改造实施方案二

旧系统接入新系统，改造期间对机组的控制以新系统为主。旧系统在通讯服务器上通过IEC60870-5-104规约接入新系统并通信(如图2所示)。

图2 广蓄A厂监控系统改造过渡期系统结构图(旧系统接入新系统)

1)新监控系统通讯服务器负责与调度中心进行数据交互，旧系统通讯服务器通过IEC60870-5-104规约接入新监控系统，将未改造RTU实时数据发送给旧系统，再由旧系统送至新系统，同时接受新系统发送的旧系统控制命令：

① 原则上新的系统操作员站控制改造后的RTU，旧系统操作员站控制尚未改造的RTU设备；

② 旧系统接收新系统的控制命令主要是类似原调度给旧系统AGC/AVC控制命令，即新系统为“新调度”；

③ 过渡期间尽可能不去改动旧系统，使其具有完整的数据。

2)新系统既要控制旧系统设备，也要负责与调度通信，进而承担全厂性功能：

① 需要在新系统开发一套全厂AGC/AVC功能的程序，控制新旧系统控制的机组的负荷分配工作；

② 全厂历史数据库、报表、WEB发布功能；

③ 新系统通过通讯服务器与旧系统通讯服务器通信，进而控制旧系统及未改造设备。

3)新系统操作员站可通过新系统及旧系统继续监控全厂设备。

4)最后一批RTU改造完成后，将全厂功能切换至新的监控系统、旧监控系统废除。

2.3 上位机改造实施方案三

旧上位机系统退出运行，旧下位机设备通过串口现场总线转换器接入新监控系统，并接受新监控系统控制(如图3所示)。

图3 广蓄A厂监控系统改造过渡期系统结构示意(新系统通过串口转换设备和旧系统下位机连接)

1)将旧上位机退出运行，旧下位机设备通过串口现场总线转换器先整体接入新上位机，接受新监控系统的控制。改造后的RTU无需经过串口现场总线转换器，直接接入新上位机并接受其控制。

2)由于旧下位机系统与上位机系统的通讯采用串口、非公开的协议，需要增加串口现场总线转换器才能接入新系统。该协议的破解需要大量时间，前期需要利用检修的窗口进行充分、完备的测试，确保旧下位机系统与新上位机的通讯安全、稳定、可靠。

3)最后一批RTU改造完成后，将全厂功能切换至新的监控系统、旧监控系统废除。

2.4 计算机监控系统上位机改造方案比较

根据方案技术实现分析、运维风险、工期安排、造价、优缺点等各个方案进行分析：

方案一需要在旧的监控系统上位机开发程序，因为设备运行时间长，生产厂家难以提供足够的技术支持，开发难度大，故不推荐采用方案一。

方案二改造过程中，不需在原监控系统上位机开发程序，只需要配置104调度规约即可，改造过程中风险较小。

方案三需要解析原设备通信协议，有解析错误的风险，运维风险也较大，但如果确保能完全正确解析原RTU的协议，实现新系统与旧RTU系统通信，则可以获取RTU通讯的所有完整数据，同时在改造过程中保留原系统一段时间进行监盘，也可以基本消除风险。

综上所述，监控系统上位机改造实施方案优先推荐方案二，方案三可作为备选方案(见表1)。

表1 计算机监控系统上位机改造方案比较

3 下位机改造方案

3.1 下位机改造实施方案一

先改造机组公用RTU、开关站RTU，后改造其余RTU。

由于机组发电及抽水工况需要机组公用RTU进行授权启动，同时机组背靠背启动时，需要机组公用RTU中转机组的运行状态及相互间配合信息，如果先改造机组公用RTU，会造成机组间失去联络，机组无法正常启停。此方案不可取。

3.2 下位机改造实施方案二

先改造机组RTU，改造机组RTU的同时投入新机组公用RTU、旧机组公用RTU负责完成未改造的机组RTU之间的通信，新机组公用RTU负责完成新机组RTU之间的通信，后改造开关站RTU，在改造这几个RTU期间，择机改造上、下库RTU。

利用机组检修期间，逐台改造机组RTU，改造期间，对于其他未改造的RTU和机组公用RTU可通过硬布线和新的RTU通信，不会影响到未改造机组的运行。当改造完第1台机组RTU后，新机组RTU仅和新机组公用RTU通信，不能和未改造的RTU通信，新机组RTU会失去与其余3台机组的通信，不能完成背靠背启动。

3.3 下位机改造实施方案三

先改造机组RTU，后改其他RTU。

先逐台改造机组，考虑后续需要将“机组发电及抽水工况需要机组公用RTU进行授权启动功能”优化至机组本身(即按通用的设计，取消机组公用RTU这部分功能)，改造期间各RTU间的通讯仍保留硬布线控制，待机组RTU改完后，改造机组公用RTU时整体切换。同时在改造这几个RTU期间，择机改造上、下库RTU。

随后改造机组公用RTU，机组公用RTU改造后，将机组公用RTU与机组RTU的硬布线通讯切换至网络通讯方式。同时利用该检修窗口改造500 kV RTU/厂用电 RTU/模拟屏RTU。此方案改造难度较低，可以将停电时间缩小到最短、设备可用性好。

综上所述，下位机改造顺序推荐方案三。

4 结语

通过对广蓄A厂计算机监控系统设备改造方案的研究，推荐了上位机改造的方案，明确了下位机改造的顺序，对具体的实施具有重要的指导意义，当前广蓄A厂计算机监控系统设备改造正按照上述方案有序进行中，在后续的实施过程将对上述方案进行验证及优化。

广蓄A厂计算机监控系统投产时采用了进口的监控系统设备，迄今已运行27 a多，在当前国产化的大趋势下，本次改造如成功将会对其他早期进口监控系统改造具有借鉴意义。