摘要：随着国家的强盛和科技的发展，我国电力行业也取得了很大的进步，同时也对发电厂计算机监控系统提出了更高的要求和需求，并驱使其朝着更高的层次发展。本文结合笔者的工作实际主要介绍了计算机监控系统的升级改造设计过程，现场改造具体实施方案、措施和步骤，可供类似工程参考。
关键词：监控系统；升级改造；设计与实施
前言
四川嘉陵江金溪航电枢纽是嘉陵江梯级开发广元至重庆段的第七级项目工程，为航电结合的水资源综合利用工程，渠化航道41公里，总装机容量150MW。金溪航电枢纽监控系统采用“无人值班”（少人值守）的运行管理模式，由于原计算机监控系统设备老化、可靠性和稳定性差，不能满足安全生产要求，于2011年提出对监控系统进行升级改造，2013年12月底全面完成计算机监控系统升级改造工作，目前设备运行状态良好，可靠性和稳定性都有了很大的提高。
一、监控系统升级改造设计过程
1、升级改造原因
金溪航电原监控系统采用南京南瑞集团公司的EC2000分层分布式系统，上位机设置两台主机兼操作员工作站、两台调度通讯工作站等，下位机共设置七套现地控制单元（现地LCU），与上位机监控系统组成双网通讯方式。于2006年投入使用，运行至今现地LCU设备出现频繁死机、通讯中断、故障误报等现象，而且EC2000监控系统硬件稳定性差，软件可操作性差，不能满足现场运行要求及维护要求，危及机组的安全稳定运行。
主要问题体现如下：
1.双CPU冗余运行时，稳定性和可靠性降低。双CPU运行时会出现模块死机、无法与上位机建立通讯等现象。
2.温度量模块由于功耗随环境温度上升而变化，导致夏季温度量模块功耗增大引起温度量模块频繁死机。
3.SOE模块和开关量输入模块报警信息重复报送、迟报、漏报等现象较为明显。
4.模拟量模块稳定性差。
5.软件事故追忆功能差。
6.硬件配置低端，并且部分产品已停产停售，售后支持难以为继。
7.其他影响设备安全运行的问题。
2、升级改造设计原则
1.计算机监控系统按分布考虑，由电站控制级（上位机）和现地单元控制级（现地LCU）组成。按“无人值班（少人值守）”设计原则配置自动控制设备。
2.监控系统的各项性能指标均满足部颁《水电站计算机监控系统基本技术条件》及《水力发电厂计算机监控系统设计技术规定》的要求。
3.系统配置和设备选型符合计算机技术发展迅速的特点，充分利用计算机领域的先进技术，系统达到当前国际先进水平。
3.1以计算机控制为核心，电站计算机监控系统采用全开放、分布式系统结构，监控系统按照冗余容错设计，不会因任何一台机器发生故障而引起系统误操作或降低系统性能。
3.2计算机监控系统采用成熟的、可靠的、标准化的硬件、软件、网络结构和汉化系统，且有长期的备品和技术服务支持。
3.3计算机监控系统响应速度快，可靠性和可利用率高，可维护性好，先进、经济、灵活和便于扩充。
3.4电站计算机监控系统与外部通讯满足《电网与电厂计算机监控系统及调度数据网络安全防护规定》的要求。
4.系统高度可靠，实时性好，抗干扰能力强，适应现场环境。选用开放式、全分布的系统结构，系统配置和设备选型适应计算机发展迅速的特点，具有先进性和向后兼容性，能充分保护投资。
5.软件采用模块化、结构化设计，保证系统的可扩性，满足功能增加及规模扩充的需要。
6.控制系统人机接口功能强，适应电站运行习惯操作。
7.人机联系操作方法简便、灵活、可靠，对话提示说明清楚准确，在整个系统对话运用中保持一致。
8.监控系统具有有效的阻挡各种网络病毒和黑客攻击侵入的防护预警措施，确保系统的安全可靠。
9.监控系统满足二次系统安全防护规定要求。
3、升级改造设计制造过程
公司在监控系统升级改造新设备设计、制造、调试阶段就安排专业技术人员全过程参与，设计制造阶段主要完成以下工作：
1.通过现场勘查和讨论，明确了测点容量、柜体要求、表计参数等。
2.通过审阅设计资料，确定了过渡方案、标准画面、报表等，同时也发现和解决设计端子图与现场实际不符等问题。
3.监控系统的升级改造设计优化主要有：
3.1为保证散热效果，后柜门整体开散热孔，加装防护网；
3.2现地控制单元A柜设备、接线较多,不利于维护和散热，此次设计优化部分A柜设备和接线转移至B柜；
3.3对所有模拟输入量增加光电隔离模块，提高设备运行稳定性。
4.安排专业技术人员到厂家生产现场进行制造监督和培训。
5.组织进行设备出厂验收，保证监控系统改造的顺利进行。
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二、升级改造现场实施过程
1、结构设计及改造原则
此次监控系统升级改造，需要将原监控系统南瑞EC2000软件升级为南瑞NC2000监控软件，同时将现地LCU升级为南瑞MB80E系列PLC。为了减少监控系统改造对发电任务的影响，在改造过程中，使用两套不同的监控系统同时运行，首先组建新的上位机监控系统，然后依次将改造的LCU接入到新上位机系统运行，未改造的LCU依旧在老上位机系统运行，两套上位机系统之间进行通讯，原系统数据传输至新系统，由新系统统一上送调度，确保数据的完整性、一致性。
1．监控系统结构设计
上位机设置两台监控系统服务器、两台操作员工作站、两台调度通讯工作站（均使用Linux操作系统）、一台语音报警服务器（使用Windows XP系统）、一套监控系统网络设备。下位机共设置七套现地控制单元，其中四套机组LCU，一套开关站LCU，一套公用LCU，一套坝区LCU，均采用南瑞MB80 E系列双CPU配置,采用MB80 CPU722E型号CPU，与上位机监控系统组成双机四网通讯方式。
2．总体改造原则
2.1系统改造期间，新老监控系统并列运行。
2.2已改造LCU在新监控系统中进行监视，未改造LCU在老系统中进行监视。
2.3老系统先将上送省调的数据送到新系统，再由新系统上送到省调。
2.4为保证现场LCU调试期间监控系统安全，在第二步改造工作结束前，确保老系统正常运行。
2.5在改造期间，上送调度数据尽量不受影响。
2、具体改造步骤
1.搭建NC2000监控系统上位机平台
新增两台服务器主机安装在计算机柜中，其他计算机位置不动，原来的通讯机COM1、COM2改造成新系统的通讯机COM1、COM2，其功能仍是与调度通讯。原来的语音报警计算机增加一个与新系统NC2000的通讯配置，将老系统的数据送给新系统，原来的操作员站OP2改造成新系统的OP2，作为新系统的操作员站。原来的操作员站OP1不作改动，作为老系统的操作员站，等全厂改造完成后再改造为新系统的操作员站OP1，安装新的监控系统网络设备组成新的局域网，连接各设备完成新监控系统的搭建。
2.新、老系统省调通讯数据移植
首先向调度申请通讯机升级改造工作，经过批准后进行以下工作，将老监控系统通讯机COM1脱离原监控系统，安装LINUX操作系统及相关硬件驱动，安装新监控系统NC2000软件、数据库等，新监控系统与老监控系统采用串口101规约进行通讯联调，测试老系统上送遥信、遥测值。新监控系统与省调、备调采用101和104规约进行通讯联调，核对101、104上送的遥测、遥信数据信号。
当COM1测试完全正常后，将COM1投入运行，申请完成COM2升级改造，改造方案同COM1一致。
3.改造现地LCU依次接入到NC2000监控系统中
现地LCU改造主要进行以下工作：
3.1对原现地LCU柜内外部接线拆除，相关设备及传感器接线做好详细标记，改造安装时认真核对。
3.2新LCU机柜安装，进行内部及外部接线及柜内设备安装等
3.3新LCU送电调试，对新LCU所有SOE量、开入量、开出量、模入量、温度量等进行对点测试，保证设备的输入、输出准确无误。
3.4对新LCU内部程序及流程优化调试并试验，根据设计要求和现场实际动作情况，测试程序所有主回路和分支回路的动作状态。
3.5与外部设备通讯调试，水机控制回路检查及调试，监控系统控制流程静态调试及动态试验。
3.6组建新LCU现地网络，接入新NC2000监控系统，测试现地LCU上送遥信、遥测等信号是否正确，画面显示是否正确。测试现地LCU接收新监控系统下发控制、调节指令功能是否正确。
3.7对现地LCU进行通道精度测试试验、开入开出继电器动作试验、转速测控装置试验和同期装置试验等，保证设备的准确性，可靠性。
3.8向调度申请并网及带负荷试验。进行假同期试验、同期并网试验及负荷调节试验
3.9使用同样方法将其他LCU依次接入新监控系统，测试新系统其他各项功能，并观察运行情况，完成监控系统的升级改造。
三、新系统投运及验收
金溪航电监控系统自2013年12月全面改造完成运行至今，监控系统改造后整体运行工况良好，投运以来未发生任何因监控系统引起的设备故障及异常动作情况，保证了枢纽安全、稳定、经济运行。同时，相关技术人员全程参与，协同厂家共同完成监控系统升级改造的设计、制造、安装、调试、验收工作，极大的提高了相关技术人员的专业技术水平，为做好监控系统的运行、维护管理工作奠定了坚实的基础。
四、结束语
此次监控系统改造的重点主要在两个方面：一是现地LCU合理利用现有外部设备接线位置和空间，尽可能减少外部设备的改动。二是上位机新、老监控系统同时并列运行，既要确保正常运行机组和设备的安全可靠性，还要确保新、老系统上送调度遥测、遥信值的准确可靠性。在监控厂家的指导下和同志们的共同努力下，监控系统升级改造顺利完成。
参考文献：
[2] DL/T 578-2008，水电厂计算机监控系统基本技术条件。
作者简介：
李柏彦（1984-），男，大学本科，电气工程及自动化工程师，主要从事水力发电机组的设备维护、管理和研究工作。
论文作者:李柏彦
论文发表刊物:《电力设备》2018年第32期
论文发表时间:2019/5/20
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