摘 要：呼和浩特抽水蓄能電站計算機監控系統滿足了電站按“無人值班”（少人職守）模式運行管理的需要，實現了“四遙”遠方通訊功能，該計算機監控系統拓撲結構采用雙環形光纖冗余以太局域網絡技術、軟硬件采用分層分布開放式配置，代表了國內水電站計算機監控技術的主流發展趨勢。
關鍵詞：計算機監控；無人值班; 冗余；呼和浩特抽水蓄能電站
1.電站概述
呼和浩特抽水蓄能電站位于內蒙古自治區呼和浩特市東北的大青山脈哈拉沁溝下游峽谷內，距呼和浩特市約20km。電站建設4臺300MW立式單級可逆式蓄能機組，總裝機容量1200MW。電站按一回500kV線路接入呼東變電站，再并入蒙西電網。發電電動機與主變壓器組合方式采用聯合單元接線，機端設有勵磁變壓器，發電機勵磁采用自并勵勵磁方式，每臺發電機出口裝設短路器，500kV高壓側接線采用不完全單母線加跨條的地下GIS方案。電站投入運行后，在系統中將承擔調峰、填谷及緊急事故備用的任務，同時兼有調頻、調相的作用。
2 .計算機監控系統結構
呼和浩特抽水蓄能電站系統拓撲結構采用雙環形光纖冗余以太網絡，選用適應水電控制的ABB Industrial IT系統，其上位機控制軟件為ABB的 800xA PowerGeneration Portal (即PGP)，現地控制器組態軟件為Control Builder系統。
系統軟硬件按分層分布開放式配置，通訊協議選用TCP/IP協議，操作員工作站和其它人機界面工作站均采用WindowsXP操作系統。電站監控系統共分二層，即廠站級主控制層和現地控制單元層。廠站級主控制層和現地控制單元層之間采用快速交換式雙以太網絡總線，通訊介質采用雙100MB網絡交換機和光纖，具有較高傳輸和良好的抗電磁干擾能力。100MB網絡交換機通過高品質屏蔽雙絞線介質連接主控層的各個工作站，通過多模光纖分別連接現地層分布的各LCU單元。系統配置見圖1。
廠站級主控制層設備包括2套主機、2套操作員工作站、1套工程師工作站、1套遠方工作站、1套值守工作站、3套通信服務器、1套培訓工作站、UPS電源及模擬屏等設備。操作員工作站和模擬屏設在中控室，培訓工作站設在培訓室，值守工作站設在地面值守室，遠方工作站設在呼市廠辦公區（呼市廠辦公區離電站十五公里）。其余設備均布置在計算機室。
3 .計算機監控系統主要硬件配置
3．1 主機服務器
主機服務器為2套，型號為HP Rx2620-2。CPU為雙64位Intel Itanium，主頻1.6GHZ。每套服務器配置8.0GB RAM的內存、4個73GB可熱插拔的SCSI硬盤、2個雙以太網10/100/1000Mbps接口卡。
2臺主機以互為熱備方式工作，完成對整個電站設備運行的管理、AGC/AVC計算和處理、數據庫管理、在線及離線計算、各圖表曲線的生成、以及事故、故障信號的分析處理等。正常時，1臺為主機，完成監視控制任務，另1臺則為備用，進行正常監視；當主站故障或退出時，備用站可自動或手動升為主站，完成監控任務。
3．2 操作員工作站
操作員工作站為2套，型號為HP Workstation XW8200，CPU為雙64位INTEL XEON，主頻為3.2GHz，每套配置內存為1.0GB、硬盤為146GB SCSI硬盤、雙以太網10/100/1000Mbps接口卡。
操作員工作站完成對電站的遠方監視和遠方AGC閉環控制，優化調度管理，隨時接受內蒙中調的調度命令，發布操作控制命令、設定與更改工作方式、優化運行AGC/AVC計算和處理，數據庫管理等功能。2套工作站為雙機冗余結構，以互為熱備用方式工作，可同時工作，同時接受各種實時數據，更新數據庫，數據庫內容時刻保持一致；可互相監視，1臺完成監視控制任務，另1臺則進行正常監視。當監控工作站故障時，監視工作站自動升為監控工作站。
3．3 值守工作站和遠方工作站
值守工作站、遠方工作站各1套，配置相同。型號為HP Workstation XW8200，CPU為64位INTEL XEON，支持雙CPU，主頻為3.2GHz，每套配置內存為1.0GB、硬盤為146GB SCSI硬盤、雙以太網10/100/1000Mbps接口卡。可在地面值守室及市內廠辦公區實現對電站實時運行監視和控制。電站設備穩定運行后，將在地面值守室實現“無人值班”（少人值守），遠方工作站供電站管理人員遠方隨時了解電站運行情況。
3．4 工程師工作站
工程師工作站為1套，型號為HP Workstation XW8200，CPU為64位INTEL XEON，支持雙CPU，主頻為3.2GHz，每套配置內存為1.0GB、硬盤為146GB SCSI硬盤、雙以太網10/100/1000Mbps接口卡。工程師工作站供系統專責工程師使用，用于系統開發、編輯和修改應用軟件、建立數據庫、系統初始化和管理、檢索歷史記錄、系統故障診斷等工作。
3．5 培訓工作站
培訓工作站為1套，型號為HP XW8200，CPU為64位INTEL XEON，支持雙CPU，主頻為3.2GHz，每套配置內存為1.0GB、硬盤為146GB SCSI硬盤、雙以太網10/100/1000Mbps接口卡。培訓工作站用于對電站人員進行仿真培訓與軟件練習。可提供與電站完全相同的操作環境、設備運行環境作為培訓環境。
3．6 通信工作站
通信工作站設3套，型號為HP XW8200，CPU為64位INTEL XEON，主頻為3.2GHz，配置內存為1.0GB、硬盤為146GB SCSI硬盤、雙以太網10/100/1000Mbps接口卡。
1套作為廠內通訊工作站，用于實現與MIS系統、工業電視系統、火災報警系統、水工建筑物監測系統、水情測報系統、電話交換機系統等有關子系統的通信。其余兩套互為熱備用，用于完成與內蒙中調和華北網調的調度通信管理。配置2套路由器，分別實現系統與內蒙中調度所和華北網調間的網絡通信，用于與華北網調及內蒙網調的主通信信道。配置2套電力MODEM，分別實現系統與內蒙中調和華北網調間的載波通信，用于與華北網調及內蒙網調的備用信道。
3．7 網絡設備
電站主控級配置2套德國赫斯曼Mice3000交換機系統。現地級各LCU均配置2套德國赫斯曼RS2-FX/FX工業以太網交換機。主交換機、各LCU交換機通過光纖構成雙環形全分布交換式100MB冗余以太網。
3．8 電站現地控制層設備
現地控制單元層共設8套現地控制單元（LCU）。1~4LCU用于機組，5LCU用于變頻起動裝置（SFC）、500kV GIS和500kV線路，6LCU用于全站公用設備，7LCU用于上水庫，8LCU用于下水庫。選用電力應用廣泛的ABB AC800M控制器作為電站現地控制器。與AC800M配套的所有I/O點均采用ABB S800 I/O模塊采集實現。機組LCU、開關站LCU均采用2套AC800M雙機熱備系統，2套間通過網絡實現資源共享。每套雙機熱備控制器包括雙機熱備控制器CPU單元及S800 I/O模件。
LCU控制器型號為PM864。采用Super scalar RISC 微處理器，主頻96MHz，內存為32M RAM，可帶12個通信模件，有2個以太網通信端口。S800 I/O系統全部通過本地光纖Module總線連到冗余的AC800M控制器上，AC800M的機架內配置了冗余的Modular接口模件。S800 I/O各模板全部為智能I/O模件，并支持帶電熱插拔。
4．監控對象
電站監控系統的監控對象包括安裝在地下廠房、副廠房、主變洞、地面、上水庫、下水庫等區域的所有設備，主要設備如下：①4臺蓄能機組包括相應的繼電保護系統、勵磁系統、調速系統、進水閥及其附屬設備；② 4臺主變壓器及冷卻系統；③500kV出線、500kV GIS設備、SFC變頻起動裝置；④廠用電部分、電站公用設備包括供、排水系統、中、低壓壓縮空氣系統，以及交、直流電源系統等設備；⑤工業電視系統、通風系統、消防系統等子系統。⑥上庫的進/出水口事故閘門、水位測量系統、交、直流電源系統；⑦尾水管事故閘門和下庫水位、水溫測量系統。
5．監控系統的主要特點
呼和浩特抽水蓄能電站監控系統網絡配置采用100M雙環冗余光纖以太網，系統設備均連接到兩個環網上，環間采用冗余連接，整個配置集安全性、靈活性、可靠性為一體，代表了監控系統網絡配置的一流水平。環網任一節點故障、環間連接故障，網絡都能在500ms內重新建構，恢復正常運行。500ms的網絡切換時間意味著所有運行設備，從LCU到系統主機、通訊站等均“感覺”不到網絡的瞬時中斷，其正常運行不受任何影響。由于系統設備均連接到兩個環網上，即使在雙重故障情況下（如一個環網發生兩處中斷或環間冗余連接完全中斷），整個系統仍能正常工作。
該監控系統現地層選用電力應用廣泛的ABB AC800M控制器作為現地控制器。該控制器系由ABB公司的DCS系統發展、演變過來，其硬件可靠性高，軟件功能強，尤其適合抽水蓄能電站這種運行環境復雜的系統控制。與傳統PLC相比，AC800M控制器系統設計采用DCS技術，系統整體功能優于PLC；采用專門的RISC結構CPU，系統速度快，功耗低，可靠性高；采用自然通風散熱，避免了風扇等易出故障環節；系統開放程度高，支持的外部總線種類多。
系統軟件ABB 800xA PGP及Control Build 可實現系統設備硬件故障診斷，包括對各計算機及外圍設備、通訊接口、通道、電源模塊等的運行情況進行在線和離線診斷，故障點能診斷到模塊，并限制故障造成的影響擴大。對于冗余的系統設備，當診斷出主用設備故障時，可自動發信號并實現無擾動切換到備用設備，使系統繼續正常運行。當診斷出外圍設備故障時，能自動將其切除并發信號。這樣可以使平均故障檢修時間MTTR減至最短，把故障停機時間減至最短，把綜合自動化計算機監控系統的可用率提至最高，為電廠創造最大的經濟效益。
