水电厂计算机监控系统改造技术要求.docx

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水电厂计算机监控系统改造技术要求

喜河水力发电厂

计算机监控系统改造方案

批准：

审核：

编写：

维护部电气班

二0一五年一月二十七日

目录

目录-2-

1概述-4-

1.1计算机监控系统基本情况-4-

1.2计算机监控系统改造背景-5-

1.3设备存在的主要问题-5-

2技术规范-7-

2.1范围和界限-7-

2.2电站概况-7-

2.3改造范围：

-9-

2.4供货范围-9-

2.5标准和规程-10-

2.6材料和制造工艺-11-

2.7工厂涂漆和保护涂层-11-

2.8辅助电气设备-11-

2.9电气盘-14-

2.10电源-18-

2.11铭牌-18-

2.12专用工器具-19-

2.13备品备件-19-

2.14易损件-20-

2.15互换性-20-

2.16卖方的技术文件-20-

2.17协调-22-

2.18设计联络会-23-

2.19应用软件联合开发-24-

2.20技术培训-25-

2.21出厂验收-27-

2.22安装、调试的技术服务-27-

2.23买方提供的图纸-28-

3专用技术条款-29-

3.1范围-29-

3.2监控对象-29-

3.3监控系统设计原则-30-

3.4计算机监控系统硬件配置原则-30-

3.5电站运行控制方式-31-

3.6监控系统目标-32-

3.7系统功能及操作要求-32-

3.8系统结构-54-

3.9电站监控网络结构-54-

3.10硬件配置及要求-59-

3.11软件配置及要求-74-

3.12系统性能要求-79-

概述

1.1计算机监控系统基本情况

网络结构

网络系统采用全分层分布，开放式系统，网络结构以光纤以太网为总线。

实行双网通讯，互为热备用。

设有主控级和现地控制单元级。

主控级

以2套主计算机（兼操作员工作站、兼历史数据库）、1个工程师工作站（兼培训工作站）、2个通信工作站、1个厂长终端为核心，连同其外围设备（包括网络交换机和打印机等）、在计算机室的两套逆变电源等构成的主控级设备。

其中，操作员工作站等放在副厂房中央控制室；工程师工作站（兼培训工作站）、通信工作站、厂长终端放在计算机室；逆变电源等放在二次盘柜室内。

现地控制单元

现地控制单元接受主控级命令，直接面向控制对象，运行人员可通过现地控制盘上的人机界面进行控制和调节。

全厂共设6套现地控制单元设备。

分别为机组现地控制单元（1～3LCU），开关站现地控制单元（4LCU），公用现地控制单元（5LCU），大坝现地控制单元（6LCU）。

每个LCU由控制器、输入输出模块、温度测量盘（仅装于1～3LCU）和同期装置（仅装于1～3LCU和4LCU）等组成。

各现地控制单元能脱离主控级，独立运行完成其现地监控功能，机组手动分步操作可通过机组现地控制单元来实现。

计算机监控系统改造背景

喜河计算机监控系统2006投产，受当时国内监控系统发展水平的限制，我厂计算机监控系统设计为非冗余配置（现地单PLC），监视、控制功能不全，随着时间的推移，加之电网调度对监控系统实时性、可靠性的要求也不断提高，接入监控系统的数据量越来越多，系统规模越来越大，现有的监控系统已不能满足反事故措施及电力安全生产的要求。

我厂计算机监控系统2006年投产，已工作八年多时间，因长时间连续运行，现地单元人机界面逐渐变暗，看不清内容；元器件老化，经常出现CPU插件损坏、以太网卡损坏、电源模块损坏等故障；上位机长期运行经常出现死机、通讯中断现象；运行中长出现误报警或不报警现象，我们自行修改一部分，因语音库已满，无法进行增设，此现象严重影响了我厂设备的安全稳定运行。

由于计算机硬件设备更新换代较快，原有模块等设备已经无法购买。

例如：

2014年1月10日02时在进行出线场设备恢复运行时，GIS监控单元CPU插件损坏，监控无法发出合闸命令，备品插件与原插件型号不一致，程序无法顺利下载，导致330kV设备不能及时恢复；当日监控系统还发生了三号机LCU单元CPU插件损坏、一号机LCU与上位机通讯中断等缺陷，原因都是设备老化。

2013年10月开始操作员B站频繁死机，经过检查是由于主板老化故障所致，需更换操作员B站服务器，耗费大量人力和时间，更换服务器并重新安装系统后，B工作站才恢复正常。

2014年8月，工程师站频繁蓝屏，经检查工程师站电脑主板硬件故障，而惠普公司已停止了对该型号主板的支持服务，工程师站基本瘫痪。

原监控系统自动化元件未按“无人值班，少人值守”要求配置，运行8年以上，老化严重。

设备存在的主要问题

我厂监控系统机组LCU采用工业控制计算机进行数据处理和当地显示及数据通信。

一旦出现故障，上位机与现地PLC的联系中断，运行人员无法进行正常的控制和监视。

由于工业控制机的不可靠，经常出现误报警和不报警现象。

LCU运行时间长已经老化。

工业控制机的运行速度，直接影响上位机的数据库的刷新速度，响应时间较慢。

无热插拔硬盘功能，满足不了紧急故障处理。

现地操作不直观，人机界面差。

备品备件难以保证供应。

我厂计算机监控系统设计为非冗余配置（现地单PLC、单CPU），不满足反措要求。

技术规范

1.2范围和界限

本规范适用于卖方供货的计算机监控系统（SCADA）的设计、制造、装配、工厂试验、现场试验、试运行、技术培训以及安装、运行、维护。

卖方负责供货设备的设计、制造、试验、包装、运输；保管、现场安装、试验、技术培训、试运行的指导、监督工作，及其售后服务。

本规范未说明，但又与设计、制造、安装、试验、包装、运输、保管以及运行、维护有关的技术要求，按本规范文件规定采用的标准和买方认同的标准执行。

电站概况

电站地理位置

喜河水电站位于汉江上游陕西省石泉县喜河镇附近，距上游石泉水电站46km，距下游安康水电站约150km。

环境条件

安装地点

户内安装

海拔高度

海拔~360m

环境温度、空气相对湿度（户外）

最高温度（C）+41.4

最低温度（C）－10.8

多年平均温度（C）14.5

月平均最高温度（C）25.6

月平均最低温度（C）2.8

月平均最大相对湿度（%）83.8

多年平均最大相对湿度（%）74.6

地震烈度：

按地震烈度7度设防

地面水平加速度：

0.15g

地面垂直加速度：

0.1g

电站规模及供电对象

电站安装3台60MW机组，建成后，将担负陕西省电网部分调峰、填谷和事故备用任务。

电站具有日调节性能的水库，年发电量为4.94×108kWh，年利用小时数2710h。

电站电气主接线

电气主接线见附图1。

电站330kV配电装置采用SF6全封闭组合电器。

电站电气设备及SCADA设备布置

电站主厂房位于坝后，3台主变压器和330kVGIS布置在右岸开关楼内。

中控室和计算机室布置在主厂房端部右导墙坝段侧，高程339.7m。

机组现地控制单元设备1~3LCU分别布置在各自机组段的发电机层，高程339.7m；开关站现地控制单元设备4LCU布置在右岸开关楼内，高程359.1m；全厂公共设备现地控制单元设备5LCU布置在厂房继电保护室内，高程339.7m；大坝现地控制单元设备6LCU布置在右导墙坝段闸门集中控制室内，高程367.80m。

电站可提供的操作电源

直流操作电源电压：

交流操作电源电压：

380V±15%

改造范围：

1套以2台主计算机兼操作员工作站、1个工程师工作站（兼培训工作站）、2个通信工作站、1个厂长终端为核心，连同其外围设备（包括网络交换机和打印机等）、在监控机房的两套逆变电源等构成的主控级设备。

其中，操作员工作站等放在副厂房中央控制室；工程师工作站（兼培训工作站）、通信工作站、冗余的逆变电源等放在监控机房。

卖方应对计算机室、中央控制室和其他监控设备安装场地的建筑设施、采暖、通风、照明等按常规提出要求。

6套现地控制单元设备。

1～3LCU用于机组，4LCU用于开关站，5LCU用于公用设备，6LCU用于大坝。

每个LCU由控制器、输入输出模块、温度测量盘（仅装于1～3LCU）和同步装置（仅装于1～3LCU和4LCU）等组成。

此外，除有特殊说明外，还应包括含有指示仪表、报警指示灯、控制开关、继电器、接线端子等。

监视控制系统内的通信接口设备、调制解调器、网络交换机、光纤收发器以及监视控制系统供货范围内的控制电缆、信号电缆、通信电缆和光缆等。

预留监视控制系统与电力调度中心系统联系用的通信接口（调制解调器）。

监视控制系统与电站被监控的子系统（非本合同供货范围）之间用于数据通信的通信电缆，均属卖方供货范围。

用于保证监控系统网络精确时间、接收时间同步信号的北斗时钟同步系统。

系统软件和应用软件。

维修、测量和维护专用设备和备品备件。

供货范围

计算机上位机系统

LCU1~LCU6现地控制单元；

电缆及光缆；

监控系统UPS电源；

中控室控制台及监控机房计算机桌椅；

系统内部电缆以及电缆连接附件；

随机材料及安装与试验过程中所需的易损件；

其它。

相关自动化元器件。

规定的专用工器具。

规定的备品备件。

标准和规程

本规范采用标准如下,但不限于此：

《水力发电厂计算机监控系统设计规定》DL/T5065-2009

《水力发电厂自动化设计技术规范》NB/T35005-2013

《电测量及电能计量装置设计技术规程》DL/T5137-2001

《电力工程电缆设计规范》GB50217-2007

《工业计算机监控系统抗干扰技术规范》CECS81：

96

《电网和电厂计算机监控系统及调度数据网络安全防护规定》

上述标准或规程与本技术条款有矛盾的地方，以本技术条款为准。

如果在上述标准或规程之间存在矛盾，而在本技术条款中并未明确规定，则应以买方的决定为准。

本合同中所使用的标准或规程应是最新版本。

材料和制造工艺

设备制造选用的材料应是新的、适用的优质产品，并且无缺陷。

材料的规格、包括等级应符合相应的标准，并表示在适当的详图上，以提交买方审批。

用于设备和部件的材料都应经过试验，试验按国标、行标有关标准规定的方法进行，材料试验报告原件应提交买方。

所有的配合件，应按其用途选择合适的机械制造公差，公差应符合国际标准协会（ISO）标准。

工厂涂漆和保护涂层

保护涂层应按国家有关标准进行操作。

含有铅和／或其它重金属或被认为是危险的化学物质不得用于保护涂层。

全部设备表面应清理干净，并应涂以保护层或采取防护措施。

表面颜色由卖方提供色板，由买方决定。

除另有规定，锌金属和有色金属部件不需要涂层。

不锈钢、奥氏体灰口铸铁和高镍铸铁应视为有色金属。

在进行清理和上涂料期间，对不需要涂保护层的表面应保护其不受污染和损坏。

清理和涂保护层应在合适的气候条件和充分干燥的表面上进行。

当环境温度在7℃以下或当金属表面的温度小于外界空气露点以上3℃时，不允许进行。

在运输过程中暴露在大气中的机械加工表面和精加工的黑色金属表面，发运前要用溶剂清洗干净，并涂一层厚的防锈化合物。

所有暴露在大气中的非机械加工的钢质金属表面，需喷砂发亮处理，再刷两层防锈漆。

底层防锈漆干膜总的最小厚度为50m。

防锈漆在干燥后总的最小厚度为75m。

受冷凝作用的表面，应涂经买方批准的合适的防结露油漆。

卖方的标准油漆系统也适用于各种小的辅助设备，例如接触器、表计和类似的设备。

盘柜和管道的外表面，应在机械清扫后涂4层指定的装饰颜色涂料，卖方应提供涂料颜色的样板，由买方在设计联络会上确定。

盘柜的非工作内表面，须在进行机械清扫后，按买方的标准涂2层防护漆。

辅助电气设备

概述

除非另有规定，辅助电气设备应符合相关和规程，所有技术条款的要求和所有制造厂的保证值均应根据这些条件制定。

除非另有说明，中标方提供的所有电气设备应适用于50Hz单相交流220V或三相交流380V电源，或者直流220V电源。

导线的安装应符合有关标准的要求。

变送器和传感器

变送器和传感器应能适用于需精确测量的物理量。

其输出应为4～20mA（满刻度）直流电流，负载电阻不小于750。

除另有规定外，25℃时的最大允许误差应不超过满刻度的±0.25%，温度从－20℃至60℃的变化引起的误差不超过满刻度的±0.5%。

交流输出脉动应不超过1%。

设备的校准调节量应为满刻度的10%，从0～99%的响应时间应小于300ms。

在输入、输出、外接电源（如果有的话）和外壳接地之间应有电气隔离。

所有的传感器的绝缘耐压试验值应符合IEEE472SWC的试验要求。

按钮

所有按钮应为重载防油结构。

接点额定值

●最高设计电压：

交流500V和直流250V

●最大持续电流：

10A（交流或直流）

●最大感性开断电流：

交流220V，3A和直流220V，1.1A

●最大感性关合电流：

交流220V，30A和直流220V，15A

按钮应符合有关标准的要求。

作用于事故停机的按钮应设置防误操作防护盖。

继电器

顺序继电器

用于逻辑控制的继电器应为重载型。

该继电器应根据有关标准的条款进行设计和试验。

接点数量应满足逻辑控制的要求和与电站计算机监控系统连接的要求。

时间继电器

时间继电器应为固态式，带有防尘盖和2个单极双掷接点回路并可调延时。

如有规定，还应具有瞬时接点回路。

指示仪表

指示仪表应为开关板型，半嵌入式，盘后接线。

仪表应经过校准并适合于所用的场合。

仪表应包括调零器（便于在盘前调零）、防尘外壳。

表的显示应为白色表盘、黑色刻度及指针。

表计刻度盘盖板应防眩光。

双指针表计指针为红、黑两色。

其刻度弧度为90°（直角）/300°（广角），精度为1%。

指示灯

型式

指示灯应为开关板型，具有合适的有色灯盖和整体安装的电阻，指示灯的发光元件应采用DC24V的LED。

有色灯盖应采用透明材料，不会因为灯发热而变形。

应能从屏的前面进行指示灯的更换，并提供所有更换所需的专用工具。

所有有色灯盖应具有互换性，而且所有的灯应为同一类型和额定值。

特殊要求

用于各种场合的指示灯和光字信号由卖方选择并提交买方批准。

控制、转换和选择开关

型式

开关板或控制柜盘前安装的手动开关为重载、旋转式、带限位结构。

额定值

●最高设计电压：

交流500V或直流250V；

●持续工作电流：

10A（交流或直流）；

●最大感性开断电流：

交流220V，3A或直流220V，1.1A；

●最大感性关合电流：

交流220V，30A或直流220V，15A。

面板

每个开关面板应能清楚地显示每一工作位置。

面板的标志应由卖方选择并经买方批准。

手柄

开关手柄的型式和颜色应由卖方选择并经买方批准。

电气盘

概述

应提供外表美观、经批准的全封闭的钢壳体来安装电气设备。

壳体应由坚固的自支持的钢板构成，并装有带密封件和铰链、长度为柜全长的门。

门的位置应方便接近设备。

壳体的每扇门应装有安全锁，其背面应采用双开门。

电气盘面板由钢板制成，盘高一般为2300＋60mm，其中60mm为盘顶档板的高度。

盘宽一般为800mm或600mm，盘深一般为600mm。

若为其它尺寸，则需经买方的批准，但排在一起的盘柜高度应一致。

电气盘应固定在预埋的槽钢上（槽钢不属本次招标供货范围）。

电气盘防护等级应不低于IP52。

盘面应平整。

应至少涂两层底漆，面漆用半光泽漆，颜色由卖方提出色板，由买方选定。

壳体内应有内安装板以便安装电气设备。

1）百页窗

如果需要，应安装百页窗以利通风。

百页窗应设计成能防止昆虫进入，或者窗前装有格网。

设有通风机的进风口应设防尘滤网，并应方便拆卸。

2）楼板上安装的壳体

提供将盘柜固定到预埋槽钢上去的设施，预埋槽钢由其他承包商提供。

柜壳体间应用螺栓连成整齐的一列。

所有壳体内的母线和连接线应由卖方提供和安装。

壳体间的母线和连线应由卖方提供并由其他承包商安装。

3）加热器

为控制湿度，柜内应装有电加热器。

壳体的结构和加热器的放置应确保空气循环流畅，并在过热状态时不会损坏设备。

加热器额定电压应为单相交流220V，并带有温度控制器和投入/切除开关。

4）电缆的连接

对楼板上安装的盘柜，其底部应有可拆卸的带密封垫的板，以利电缆的引入，并有固定电缆的设施。

5）灯和插座

柜内内应装有一盏灯和一个插座，以方便运行和维修。

灯应为门控日光灯，并带有电源开关。

插座应为双联、10A、两极、三线式。

灯和插座的动力电源为单相交流220V。

6）接地

柜内应装有适当额定值的接地铜母线，该铜母线截面应不小于100mm2并安装在柜的宽度方向上。

柜的框架和所有设备的其它不载流金属部件都应和接地母线可靠连接。

该接地母线应至少在两个位置与电站接地网相连，且铜质连接线的截面不小于100mm2。

7）标志

壳体内的电缆和电线端部应有粘性的、自层压型的标志加以识别。

标志上应印有与卖方图纸相符的电缆或电线的编号。

标志上应有透明的层压表层，该表层能耐油、耐磨擦和耐高温。

组件布置

盘面组件的布置应均匀、整齐、尽可能对称，便于检修、操作和监视。

不同电压等级的交流回路应隔开。

裸露导体应采用安全措施。

面对电气盘正面，交流回路的组件相序排列从左到右或从上到下为U－V－W－N。

盘内接线

1）盘的左、右两侧应设置端子排，以连接盘内、外的导线。

每个端子一般只连接一根导线。

端子排顶部应低于屏顶200mm，底部应高于屏底500mm。

端子排的其它布置方式需经买方批准。

2）盘内组件应用绝缘铜导线直接连接，不允许在中间搭接或”T”接。

盘内导线应整齐排列并适当固定。

3）强电和弱电布线应分开，以免互相干扰，活动门上器具的连线应是耐伸曲的软线。

4）组件和电缆应有防止电磁干扰和隔热的措施。

所有其它组件与电子元件连接时，若组件的工作电压大于电子元件的开路电压时，应有相应的隔离措施。

5）面对电气盘正面，交流回路的导体相序从左到右、从上到下、从后到前，应为U－V－W－N；直流回路的导体极性从左到右、从上到下、从后到前为正－负。

6）盘内连接导体的颜色，交流回路U、V、W分别为黄、绿、红色，中性线N为黑色，接地线为紫底黑条；直流正极回路赭色，直流负极回路蓝色。

盘柜左右接线端子排外侧应安装槽板。

电气接线和端子

总则

卖方提供设备的各单个元件之间应用电缆进行电气连接，该电缆应由卖方提供，并由其它承包商安装。

所有控制和信号电缆应采用阻燃屏蔽铠装电缆。

电缆和电线

1）总则

电缆和电线的额定值应符合本技术条款的规定，并应适于其工作环境。

在电缆或电线过门铰链之处，应使用具有柔韧性的铜绞线。

2）一般控制和动力回路的电线和电缆

①型式：

单芯或多芯，阻燃，有钢带铠装或PVC外护套。

②导体：

一般为镀锡铜绞线、NEMAB级、控制回路截面积不小于1.5mm2，动力回路不小于4mm2，电流互感器回路不小于4mm2，但下列情形除外：

如载流量及短路故障水平需要，应使用更大截面积的导线；仪用互感器二次线圈引线应满足二次负载要求。

3）用于低信号电平回路的电缆和控制线

①型式：

双绞线或三绞线（用于电阻型温度检测计），带有外屏蔽，且外护层能耐油、防潮和抗热。

②导体：

单芯、退火硬铜，截面积1.5mm2或以上。

③外护套：

聚氯乙烯

④屏蔽：

在绝缘导体外应有一层与聚酯树脂薄膜相粘和的铝箔外屏蔽，屏蔽外应带有一根镀锌铜接地绞线。

⑤标志：

绝缘导体应根据有关规定作上色码标志。

4）4芯以上控制电缆应留有10%～20%的备用芯，芯数多的电缆取低值，但备用芯数最少不少于2。

5）卖方应对本合同供货范围内的全部设备及电缆，编制端子结线图和电缆清册，每根电缆两端应设置与电缆清册上一致的识别编号。

电缆清册应按买方认可的格式对每根电缆标明电缆型号、长度、起止位置及安装编号。

6）交流U、V、W、N电缆的颜色分别为黄、绿、红、黑。

导线端子和端子板

1）总则

设备内的电气接线应布置整齐、正确固定并连接至端子，所有控制、仪表和动力的外部连接只需接在设备内端子板的一侧。

每组端子板应至少预留20%的端子，任何一个端子板螺钉不得接入多于2根的导线。

2）端子板

端子板应为有隔板的凹式螺丝型端子，端子板的额定值如下：

①最高电压（AC）：

不低于600V

②最大电流（AC）：

30A

③最大导线尺寸：

10mm2

控制和动力回路的端子板应用分隔板完全隔开或位于分开的端子盒内。

端子板应有标志带，并根据要求或接线图进行标志。

电流互感器的二次侧引线应接于具有极性标志和铭牌的短路端子板上。

3）导线端子

导线应用导线端子与端子板或设备连接，所有端子用知名的合资或进口品牌产品。

导线端子规定如下：

①16mm2以下的导线应为圆形舌片或铲形舌片，压接式铜线端子。

②16mm2及以上导线应为1孔或NEMA型2孔压接式铜线端子。

③PT和CT应采用专用端子。

④所有导线端子应有与要求或接线图一致的标志。

4）端子色标

交直流端子应用不同颜色加以区分。

噪声限制

本系统设备的噪声应控制在不造成人员伤害，疲劳或干扰通话的程度内。

本系统设备的噪声在中控室处测量应小于60dB。

设备在正常工作时，距离设备1m处所产生的噪声应小于65dB。

绝缘电阻和介电强度

（1）绝缘电阻

交流回路外部端子对地的绝缘电阻应不小于10MΩ。

不接地直流回路对地的绝缘电阻应不小于1MΩ。

（2）介电强度

500V以下，60V及以上端子与外壳间应能承受交流2000V电压1min。

60V以下端子与外壳间应能承受交流500V电压1min。

电磁兼容性

本系统设备的浪涌抑制能力（SWC）、抗无线电干扰（RI）能力及抗静电干扰（ESD）能力应满足IEC61000-4《电磁兼容性试验和测试方法》的要求。

防雷保护

应考虑本系统设备雷电侵入的可能，应在所有信号线进出机柜、计算机监控系统交/直流电源输入回路、外部系统进入局域网的端口处加装防雷保护元件。

电源

买方提供的交流、直流电源和频率变化范围为：

直流操作电源电压：

交流操作电源电压：

380V±15%

220V±15%

卖方提供的所有设备应能在上述相应的范围内正常运行。

当输入电压下降到低于下限值时，设备应不至于损坏。

设备的内部直流稳压电源有过压、过流保护及电源报警信号。

应提供保护装置，以防止损坏电源回路上的其它设备。

铭牌

概述

每一项主要的设备与辅助设备均应有一个永久固定的铭牌，铭牌应清楚标出序号、制造厂家的名称、规格、特性、重量、出厂日期以及其它有用的数据。

刻度盘、表计和铭牌均应以国际制单位（SI）表示。

为了工作人员操作的安全，应提供专门的标牌以表明主要的操作说明、注意事项或警告。

另外，盘上装的每一个仪表、位置指示器、按钮、开关、灯或其它类似设备应有永久性的标牌以表明控制功能。

电气接线和仪表（包括继电器）也应标有编号并与电气控制图上的编号相对应。

文字

所有合同设备铭牌均应使用中文刻制，并能抗气候的影响。

所有的铭牌和标牌应永久性地安装在相应的设备上，其位置应清楚易见。

刻制的中文印刷体应清晰可见。

审批

装设在供货设备上的铭牌的清单及图样应提交买方审查。

专用工器具

概述

专用工器具应与其它设备的