景洪水电厂新型全国产化计算机监控系统论述.pdf

云南水力发电YUNNAN WATER POWER169第 40卷第 4期0 引言景洪电厂原计算机监控系统以施耐德硬件为基础，采用南瑞水电的 NC2000 集成系统，但随着运行年限增加和国外备品备件采购困难等因素，设备运维成本逐年上升、性能指标逐年下降。新型计算机监控系统立足于水电厂无人值班技术、国产化替代等要求，采用全国产华能睿渥 HNICS-H316系统，硬件和软件国产化率达到 100%，与原监控系统相比，在先进性、扩展性、兼容性上具有显著优势，为水电厂安全生产提供了强有力的技术保障。1 网络构架新监控系统采用分层分布式系统结构，系统功能分布配置，设电站级和现地控制单元级，主要设备采用冗余配置1，分为上位机和下位机设备。上位机设备主要包括主机、历史站、维护工作站、AGC/AVC 装置、远动装置、对象运算装置、对时系统、主网络设备等；下位机设备主要包括现地 PLC、现地网络设备、通信装置、对时装置等。新系统整个网络架构在充分考虑电气间隔、安全冗余性、维护便利性等因素基础上2，采用了上位机为双环网、下位机为双星型的网络架构3，整体传输速率高于 1 000 Mbit/s，单网络域控制网络节点数量高达 254 个，主控网络通讯协议采用TCP/IP/UDP/IEC 61850。整个网络架构分为主控层、通信层和现地层4。景洪水电厂新型全国产化计算机监控系统论述李鹤,徐瑞，周喜（华能澜沧江水电股份有限公司景洪水电厂，云南 景洪 666100）摘要：计算机监控系统是水电厂控制系统的核心，运行状况直接影响发电机安全稳定运行。随着国家关键核心技术自主掌控的要求，景洪水电站历经 1 a 左右的研发时间，新型国产化计算机监控系统终于研发成功，并在现场投入使用。重点论述了新型国产化监控系统的网络构架、硬件构成、软件构成、电源系统、数据传输机制、网络安全防护等关键技术。关键词：计算机监控；网络构架；硬件；软件；数据传输；网络安全中图分类号：TV737;TP311文献标识码：B文章编号：1006-3951(2024)04-0169-03DOI：10.3969/j.issn.1006-3951.2024.04.041Discussion on the New National Industrialization Computer Monitoring System for Jinghong Hydropower PlantLI He,XU Rui,ZHOU Xi(Huaneng Lancang River Hydropower Inc.,Jinghong Hydropower Plant,Jinghong 666100,China)Abstract:Computer monitoring system is the core of the control system in hydropower plants,and its operation directly affects the safe and stable operation of the generator.With the requirement of independent control of national key core technologies,the new domestically produced computer monitoring system of Jinghong Hydropower Station has finally been successfully developed and put into use on site after about a year of development.This paper focuses on the network architecture,hardware composition,software composition,power supply system,data transmission mechanism,network security protection and other key technologies of the new domestically produced monitoring system.Keywords:computer monitoring;network architecture;hardware;software;data transmission;network security收稿日期：2023-05-23作者简介：李鹤（1982-），男，云南昆明人，高级工程师，主要从事水电厂电气二次工作。*170云南水力发电2024 年第 4 期其中主控层包括上位机设备节点、各安全分区横向连接、纵向连接以及旁挂的网络安全防护系统，属于整个监控系统的集成平台。通信层包括 6 台双网核心千兆交换机，其中 2 台布置于机房、2 台作为机组汇聚交换机布置于机旁盘，2 台作为开关站汇聚交换机布置于 GIS 大厅，属于整个监控系统的核心网络，采用双环网结构能有效避免单点故障导致的数据中断5，提高了网络可靠性。由于涉及新、老监控系统并行运行，因此在通信层配置了通信网关装置6，专门负责新老监控系统数据通信。现地层包括 16 套现地 LCU，分别以星型双网接入汇聚交换机，既避免了双环网在检修时要做的安全措施，又可以在设备故障时能快速定位7，为运行维护提供了更加便利的条件。2 硬件构成新监控系统的硬件同样分为 2 个部分：上位机硬件；下位机硬件。上位机节点主要采用服务器实现，由曙光进行组装，芯片采用海光芯片。每台服务器配置2hygon7285（32 核 2.0GHZ）CPU，1632GB DDR4 内存，4 个千兆自适应网卡，对于有大容量存储要求的历史数据服务器配置 81.2T 的硬盘，数据备份服务器配置 121.2T 的硬盘，所有服务器均为双电源配置。核心交换机采用工业以太网交换机，连接形式为千兆双光纤双星型连接，传输速率不低于 1 000 Mbit/s，通讯协议采用 TCP IP 协议，主用网络发生链路故障时能自动切换到备用链路8，采用国产瑞斯康达交换机系列。下 位 机 硬 件 采 用 西 安 热 工 院 PR200 系 列PLC，设置冗余的现地交换机，双CPU、双以太网口、双电源装置，与上位机通过工业以太网交换机相连接，组成双星型网络，任何一个网络故障都不会影响到其他 LCU 的网络通信。同时 LCU 内部控制器与远程 IO 之间采用以太网结构，内部网络发生链路故障时能自动切换，且时间小于 50 ms。对时系统采用南瑞继保国产化对时系统，时钟系统主机冗余配置，以热备方式并行运行9，均可同时接收至少 8 颗北斗和 GPS 卫星信号，并配置集控中心NTP对时接口，用于上位机、下位机、调速、励磁、保护、调度电话、工业电视等系统对时。3 软件构成新监控系统软件采用成熟可靠的软件，构建了自主安全、可信赖的计算机监控系统，彻底杜绝网络、服务器和软件产品的“后门”事件。同时适应功能扩展，新功能的扩展可以通过现有的硬件或新增节点而方便地实现。软件包括计算机的操作系统软件、支持软件、系统开发工具软件和专为计算机监控系统开发的应用软件。操作系统采用了国产麒麟操作系统。数据库分为实时数据库和历史数据库，采用了武汉达梦数据库。实时数据库采用分布式数据库结构10，并常驻内存以保证系统的实时性能，实时采集数字量、模拟量、脉冲量、模出量、中间量计算点及其他数据点，采集精度为毫秒级。实时数据库的分布式结构保障了系统中任一节点失去响应，不影响其他节点的数据传输和操作11，如：计算机监控系统系统中任一台计算机宕机，不影响计算机监控系统软硬件的正常运行和机组操作。实时数据库软件在收集实时数据点的同时还能收集各个控制器的状态信息12，模件的状态信息，网络的信息等。历史数据库在专门的历史数据服务器运行，具备周期记录、触发记录、孤立事件记录等功能，采集精度为秒级，数据库容量不小于 20104点，存储时间不小于 20104/s 记录，查询时间不小于30104/s 记录（并发性能）；本机并发数不小于100。应用软件是为计算机监控系统所开发的软件。上位机应用软件为 PCS9700，下位机应用软件为SMART_IC。应用软件包括了数据采集软件、数据处理软件、人机接口软件、报警、记录显示和打印软件、控制与调节软件、数据备份与保护软件、系统管理软件、现地控制单元接口软件、自诊断软件、热备切换软件、趋势软件等，其中控制与调节软件是重中之重。控制与调节软件能够保证电站按照当前运行控制方式和预定的决策参数进行控制调节，满足电力调度发电控制要求，具备设备运行方式控制、机组顺序控制、负荷调节、设备单项操作等功能。4 电源系统上位机电源系统采用艾尔法国产模块化UPS，李鹤,徐瑞，周喜 景洪水电厂新型全国产化计算机监控系统论述171配备 4 个 40 kVA 容量主机，128 只 12V-200AH 蓄电池，蓄电池采用理士、风帆 2 个国产化品牌。系统采用四机双母线独立运行13，每条母线由 2组并列热备运行的 UPS 主机提供稳定的电源。每组 UPS 配备 3 路进线电源，其中 2 路作为 UPS 进线电源，1 路作为旁路电源，同时具备备用电源开关与主供电源开关之间的操作闭锁和进线电源同步锁相功能。下位机电源系统采用两交一直 220 V 电源进线，通过 24 V 电源模块转换后给 CPU 和 IO 采集模块进行供电，同时对外提供 24 V 供电电源，用于外围仪器仪表使用。5 数据传输原监控系统的数据传输采用 SCADA 主机集中采集、集中广播的方式，一旦主机出现问题，将导致整个监控系统数据采集、远动数据、AGC/AVC 数据异常。新监控系统为了解决该问题，采用了分现场、直采直送的方式。新系统分为 6 个数据现场，分别是电厂、集控中心、省调、网调、AGC、AVC，每个现场与现地 LCU 单独进行数据采集，任何一个现场出现问题，不影响其余现场的正常运行，分散了数据异常风险14，有效提高了数据运行可靠性，即使电厂侧主机宕机，上送各级调度、AGC/AVC 功能仍然处于正常运行。6 网络安全防护新系统网络安全防护按照同步规划、同步建设、同步运行“三同步”原则进行，同步完成安全防护系统建设、安全等级保护定级备案、安全等级保护测评、商用密码应用安全性评估工作。同原监控系统的常规网络安全防护相比，新监控系统的安全防护具备以下几个特点：增加了各区数据转发服务器，数据传输严格执行了逐区转发的要求，杜绝了数据的跨区传输15；增加了APT 高级威胁防护、工控协议监测、漏洞扫描、IPS 系统及蜜罐等，并集成在统一管控平台上，构建了全方位一体化防护16；强化了数据安全，增加了数据库密码机、身份验签、数字证书等设备，数据安全得到了极大提升。7 结束语新型国产化计算机监控系统，无论在系统设计、功能、性能指标上都明显优于原监控系统，有效提升了电厂的自动化和智能化水平，为无人值班电厂安全稳定运行提供了技术保障17，符合未来监控系统的发展趋势。参考文献：1李硕，姜海军，操俊磊，等.深圳抽水蓄能电站计算机监控系统设计与应用J.水力发电，2021,47（2）:64-68.2王磊，韦正鹏，王鸿腾，等.水电计算机监控系统自主可控改造设计研究J.技术与市场，2021,28（9）:18-21+25.3郝慧贤，陶太宏，程俊才，等.大藤峡水力发电厂计算机监控系统结构及特点J.水电站机电技术，2022,45（5）:37-40.4郭湘瑜，何田华，雷战，等.金沙水电站计算机监控系统技术改造及优化J.水利水电快报，2022,43（3）:91-93+99.5郭竞之.某水电站计算机监控系统的设计与实现D.成都：电子科技大学，2021.6周围.水电厂计算机监控系统上位机改造新老系统网络割接的实践J.农村电气化，2022,（7）:61-63+90.7农海.西津水电厂计算机监控系统国产化设计方案J.工业控制计算机，2022,35（10）:8-9.8刘鹏龙，吴小锋，方书博，等.宝泉抽水蓄能电站计算机监控系统国产化改造方法研究J.中国水利水电科学研究院学报，2021,19（6）:590-597.9郑明浩，李明忠，袁泽静.某水电厂计算机监控系统功能完善及程序优化J.红水河，2020,39（5）:105-107.10韩勇，黄金山，杨艳.二滩水电站计算机监控系统历史数据存储方式的改进与实证J.信息技术与信息化，2021（1）:40-42.11谢文君，欧靖，葛立青，等.基于 IEC 61850 的大容量储能监控系统数据处理优化J.电气应用，2023,42（3）:69-75.12李正凡，谭良良，杨渊，等.基于时间序列的国产化水电站计算机监控系统异常行为报警方法应用J.中国农村水利水电，2022,（12）:222-226.13 罗晓鸿.水电厂计算机监控系统上位机UPS电源改造与优化 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