惠州抽水蓄能电站计算机监控系统国产化改造探索

赵勇飞，刘晓波，彭纬伟，张 茜，鲁培权，陈旭腾，梁玉飞

（1.北京中水科水电科技开发有限公司，北京 100038；2.南方电网调峰调频发电有限公司，广东 广州 510635）

0 引言

惠州抽水蓄能电站（以下简称惠蓄）总装机容量2 400 MW（A/B 两厂8×300 MW），2004 年遵循以“市场换技术”的方针，宝泉、惠州、白莲河3 座抽蓄电站共16 台300 MW 机组打捆招标，中标外商向国内主机厂分包并转让关键技术，电站是我国抽水蓄能机组设备国产化的首批依托项目之一。

电站建设时采用ALSTOM 分布式计算机监控系统ALSPA P320 系列产品。2022 年开始着手进行系统改造，改造后采用中水科技iP9000 自主可控智能一体化平台，从硬件到软件全面实现国产自主可控。

本次改造需要接入监控系统的调速系统、励磁系统、SFC 等外围系统均维持原有国外产品，面临国外系统的技术封闭、资料受限、流程难以解读、通信规约不开放等一系列技术堡垒，同时改造期间已改造机组和未改造机组存在相互影响，尤其是水泵方向启动流程的复杂性，对SFC 的启停、信息交互、通信切换、安全闭锁判断等，带来诸多难点需要攻克。

1 系统结构

本次系统改造提供安全Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区内统一的系统管理、数据分析、图形、报表等功能支撑接口，完成各个应用的数据采集、控制命令、数据同步、数据交换、对外通信、模型管理、文件管理等[1]。

厂站层主要设备包括相关数据服务器、应用服务器、操作员工作站、调度通信服务器、历史数据库、工程师工作站、语音报警工作站及网络打印机等。

监控系统在地面中控楼、地下A/B 厂房内各设置2 套核心交换机，组建双环冗余主干网，电站厂站层、现地层系统和设备就近接入，实现电站系统和设备网络的可靠连接。

现地控制层设备按照机电设备的单元分布，分别设置A 厂和B 厂各4 套机组LCU、1 套机组公用LCU，厂内公用LCU 以及开关站LCU，其他包括上库LCU、下库LCU、模拟屏LCU 和下库坝LCU。各LCU 均可独立完成负责区域的功能，实时采集现地控制层设备数据，通过监控网络传送至上位机，接受上位机下发的命令并执行。

2 系统改造方案设计

惠蓄电厂计算机监控系统改造，采用iP9000 系统与P320 系统并列运行的过渡方式，iP9000 系统按照调度层、电站中控层、现地控制层进行总体设计和配置，采用国产服务器、操作系统和网络设备，组建新的监控系统网络，配置完整的厂站层设备，完成iP9000 中控层及网络的整体投运。

改造后的惠蓄监控系统，对全厂设备进行全面监视与控制，完成与总调、中调、地调、集控的数据与命令交互，并实现与原有厂内国外产品的互联互通。

2.1 过渡期间通信设计

监控系统改造实现平稳过渡的关键是iP9000获取P320 系统的实时数据并实现对P320 的控制功能，由于P320 系统上位机和各LCU 单元控制器PCX 间采用私有网络规约通信[2]，iP9000 无法通过该方式进行交互。考虑到P320 系统配置有3 台冗余通信服务器实现与调度通信功能，可借用该通信通道，搭建一套冗余的通信主站模拟调度系统，采用开放的标准规约IEC60870-5-104，实现与P320 信息及命令交互。相应iP9000 在系统改造期间获取全厂主要数据，并接管与调度通信功能，调度侧对电站已改造设备的控制命令，由iP9000 直接执行，对于未改造设备的控制命令，由iP9000 接受并转发P320 执行。

由此满足LCU 分批改造条件，根据检修计划开展机组、机组公用及其他现地控制单元的分批改造，接入iP9000 系统，在完成全厂所有LCU 改造后，原P320 系统即可退出运行，实现监控系统平稳过渡。

2.2 过渡期间AGC/AVC 设计

改造过渡期间iP9000 接替原P320 系统AGC、AVC 等全厂性功能，新监控系统收到调度指令或电厂操作员下达的AGC/AVC 指令后，由iP9000 根据控制模式、启动优先序列等，考虑各种约束条件，在全厂8 台机组中进行自动分配，根据容量开停机状态确定启动、停止机组的数量进行自动开停机，根据功率设定值进行自动功率分配，根据电压设定值进行无功调节[3]。

iP9000 AGC/AVC 软件对已改造和未改造LCU的控制命令与调度侧命令执行方式相同。

3 LCU 改造方案设计

LCU 改造的难点在于机组LCU 与机组公用LCU，考虑到改造工作的复杂性，改造前应做好现场踏勘、调研工作，原配置、流程、基础信息、背景信息确认。从电缆梳理、端子确认、信号核对到流程确定、功能设计、通信破解，理清并完成系统设计、图纸设计、流程设计、功能设计。尤其是针对系统与原有国外产品的互联互通，设计解决方案，制定应急预案，以保证各项升级改造工作的顺利开展。

抽蓄机组抽水方向启动时，可采用SFC 或BTB方式启动，考虑到惠蓄P320 系统的封闭性，在改造过渡期间，改造完成的机组与未改造的机组之间不采用BTB 启动方式启动。A 厂及B 厂首台机组改造完成后，仅采用SFC 方式启动水泵方向，当其他机组改造完成后，同一厂内改造后的两台机组之间可采用BTB 启动作为备用启动方式。

3.1 机组LCU 改造方案设计

惠蓄P320 系统原流程设计上，水泵方向启动均通过机组公用LCU 进行交互，针对原机组LCU 流程、机组公用LCU 流程特点，将有关BTB 启动部分流程、保护移到机组LCU，调整相应IO 点数。同时针对SFC 装置、机组球阀、机组尾水事故闸门、机组调速器、机组励磁、机组保护、高压顶起等设备流程要求和信号情况，确定机组LCU、机组公用LCU 等结构形式，尤其是构建结构简洁、通信速率高、接入设备能力强的通信结构、方式。

3.2 机组公用LCU 改造方案设计

由于静止变频器（SFC）由机组公用LCU 进行信息采集与命令控制，当惠蓄A 厂或B 厂首台机组LCU 改造，新的机组公用LCU 将与首台机组同步投运，改造过程中两套机组公用LCU 并列运行，直到第4台机组投运完成，P320机组公用LCU退出运行。

在同一厂内两套机组公用LCU 并列运行过渡期间， SFC需要完成改造前后的机组水泵方向启动，相应新的机组公用LCU 与P320 机组公用LCU 均与静止变频器（SFC）存在信息采集、命令控制、通信需求，由此涉及机组公用的功能、信号的扩展和通信的切换。

在机组公用的功能、信号的扩展数量上，机组公用LCU 保留SFC 启动过程中，SFC 事故跳闸及被启动机组事故跳闸等部分，不参与BTB、不承担水泵启动过程中BTB 及SFC 的有关保护回路实现。

水泵启动的命令下发到待启动机组，由其转发到拖动机组或机组公用LCU。机组公用LCU 负责SFC 启动时同一厂内4 台机组有关拖动刀闸、启动刀闸、启动母线上断路器检查、SFC 输入电源开关等检查。

水泵启动过程中低频保护、断电保护、溅水功率保护、进水阀、电气制动、高压顶起、励磁、调速器、同期等有关硬接线保护由机组LCU 实现，不再由机组公用LCU 实现，机组公用LCU 仅保留SFC 启动过程中SFC 事故跳闸及被启动机组事故跳闸等部分[4]。

水泵BTB 的启动在两台机组之间进行，机组直接通过通信方式进行信息与命令的交互，新的机组公用LCU 不再参与该流程。改造过程中，为实现改造后机组SFC 方式水泵方向启动，新机组公用LCU需要4 台机组的启动刀闸、被启动刀闸、启动母线联络刀闸/断路器位置、SFC 装置可用信息、事故信息等重要信号，仅将新机组公用LCU 控制流程中所必需的4 台机组的启动刀闸、被启动刀闸、启动母线联络刀闸/断路器位置信号等重要信号，包括SFC装置可用信息、事故信息也需要扩展。对于这些新旧机组公用流程控制过程中都需要的DIN 或SOE点，通过相应设备的备用位置接点送到新机组公用LCU 中，对于仅有一副接点不能增加接点的设备位置信号，可以进行扩展。

4 国产化适配选型

惠蓄监控系统改造，厂站层各服务器、工作站、网络设备、安防设备、时钟系统等，现场层PLC、同期装置、通信装置、电能表、交采表、变送器等，软件方面操作系统、数据库系统、监控系统等，均采用国产品牌设备和软件。

器件适配选型是实现国产化的最关键环节，对标现有装置典型器件规格，全面梳理国产元器件现状，不仅要筛选出功能和性能满足要求的器件，而且对国内各元器件厂家背景、器件参数、器件生产制造等多方面进行调研和对比。着重从功能、性能、温度及功耗、用量、软件支撑等多个方面进行选型、评估，最终目标是工控系统的整体功能、性能和可靠性达到当前主流应用产品水平。

5 结语

2023 年6 月底惠蓄监控系统平台、1 号机组LCU 按期完成了各项改造工作，系统顺利投运并稳定运行，iP9000 展现出良好的兼容性、开放性、可扩展性。

目前，我国早期引进的国外抽蓄电站监控系统，均已远超使用年限，系统设备老化、原厂服务不便、备件不足、难以扩展、无法满足当前电力系统稳定运行相关要求，但由于系统封闭，面对着难以进行系统改造的困境。惠蓄电站监控系统的改造成功，为改造抽蓄电站国外监控系统提供了思路和经验，在行业内极具推广价值。