微機(jī)綜合自動(dòng)化在中小型水電站的應(yīng)用(一)

1、微機(jī)綜合自動(dòng)化在中小型水電站的應(yīng)用 一 摘要：基于青海黑泉水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、配置、功能及特 點(diǎn)，淺析了微機(jī)綜合自動(dòng)化技術(shù)在中小型水電站的應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)電站 的遙控、遙調(diào)、遙信和遙測(cè)等遠(yuǎn)動(dòng)功能。從而到達(dá)電站的無(wú)人值班或 少人值守的目的。關(guān)鍵詞：微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)配置監(jiān)控功能1 前言二十一世紀(jì)是信息時(shí)代，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和自動(dòng)化程度的日 益提高，微機(jī)綜合自動(dòng)化在電力生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。但在我們 青海，由于種種原因，經(jīng)濟(jì)還比擬落后，科技不甚興旺，微機(jī)綜合自 動(dòng)化技術(shù)只在幾個(gè)大型水電站得到應(yīng)用，而在中小型水電站的應(yīng)用受 到了制約。 1996 年，隨著國(guó)家西部大開發(fā)政策的實(shí)施，青海省有

2、史以 來(lái)最大的水利工程黑泉水庫(kù)開工建設(shè)，其附屬工程一黑泉水電站寶 庫(kù)河一級(jí)站也于 2002 年建成投運(yùn)并網(wǎng)發(fā)電，而該電站微機(jī)綜合自動(dòng) 化的應(yīng)用，也是我省中小水電站的第一家，經(jīng)過(guò)三年多的運(yùn)行，已顯 現(xiàn)出了其優(yōu)越性，結(jié)合該電站的實(shí)際情況，現(xiàn)就微機(jī)綜合自動(dòng)化在中 小型水電站的應(yīng)用問(wèn)題作一淺析探討。2 電站概況黑泉水庫(kù)位于青海省大通縣寶庫(kù)河上， 距省會(huì)西寧市75KM,是一座大H型綜合水利樞紐工程，庫(kù)容 1.82億M3,，主要功能為灌溉和城市供水，兼顧防洪和發(fā)電，大壩為混凝土面板砂礫石壩，壩高 123.5M，其壩后引水式電站泉水電站，是寶庫(kù)河梯級(jí)電站的第一級(jí)電站，設(shè)計(jì)水頭80M,最大水頭100M，裝機(jī)容

3、量為3X 4000KW 1X 2500KV計(jì) 14500KW二級(jí)電站為 3X 3200KV三級(jí)電站為 3X 5000KW!庫(kù)河梯級(jí)電 站總裝機(jī)容量為39100KW,通過(guò)兩回35KV輸電線路并入西寧電網(wǎng)。3 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的配置3.1 電站控制層配置 電站控制層設(shè)備設(shè)在中央控制室， 由主機(jī)操作員工作站、 通訊工作站、 主控制臺(tái)、漢字打印機(jī)、GPS時(shí)鐘同步裝置、語(yǔ)音報(bào)警裝置、UPS電源 等組成。電站控制層負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)和管理各現(xiàn)地控制層的工作；收集有關(guān)信息并作 相應(yīng)處理和存儲(chǔ)；迅速、準(zhǔn)確、有效地完成對(duì)本站被控對(duì)象的平安監(jiān) 視和控制。操作員可以在主控制室通過(guò)人機(jī)接口對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)和畫面在線 修改，進(jìn)行人工設(shè)定、

4、設(shè)置監(jiān)控狀態(tài)、修改限值、事故處理指導(dǎo)和恢 復(fù)操作指導(dǎo)等功能，并可下傳至LCU監(jiān)控命令輸出只有監(jiān)控主機(jī)取得 控制權(quán)的工作執(zhí)行，作為另一臺(tái)工作站只作監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)通信而無(wú)控制 輸出，兩機(jī)可互相跟蹤， 系統(tǒng)軟件根據(jù)監(jiān)控主機(jī)的運(yùn)行和通信、 硬件、 軟件等狀態(tài)， 進(jìn)行跟蹤判別， 一旦出現(xiàn)異常， 系統(tǒng)自動(dòng)給出切換信號(hào)， 由另一臺(tái)工作站代替主機(jī)的工作，同時(shí)給出主機(jī)故障提示，主機(jī)修復(fù) 啟動(dòng)后，自動(dòng)監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)到主機(jī)并將數(shù)據(jù)輸入，并重新處于監(jiān)控狀態(tài)。3.2現(xiàn)地控制層LCU配置現(xiàn)地控制層分機(jī)組LCU和公共LCU兩局部，由人機(jī)界面終端液晶觸 摸屏、智能 I/O 控制器、 I/O 模塊、輸出繼電器、準(zhǔn)同期裝置、溫度測(cè) 量裝置、

5、轉(zhuǎn)速信號(hào)測(cè)量裝置、數(shù)字式測(cè)量?jī)x表和交直流雙供電源等設(shè) 備組成。機(jī)組LCU監(jiān)控范圍包括水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、進(jìn)水口主閥和機(jī)組附屬設(shè)備。 現(xiàn)地控制層負(fù)責(zé)對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組、電氣一次設(shè)備及公用設(shè)備等實(shí)時(shí)監(jiān) 控，通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)各現(xiàn)地控制層與全站控制層連接交換信息， 實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地設(shè)備的監(jiān)控及數(shù)據(jù)共享。當(dāng)電站控制層因故退出運(yùn)行時(shí)，現(xiàn) 地控制層可以獨(dú)立運(yùn)行而不受影響。微機(jī)保護(hù)裝置、轉(zhuǎn)速、溫度巡檢、調(diào)速器、勵(lì)磁系統(tǒng)等設(shè)備通過(guò)現(xiàn)地LCU與以太網(wǎng)聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)參數(shù)的監(jiān)視和控制。局部沒(méi)有通訊接口的 設(shè)備那么通過(guò)現(xiàn)地控制單元的 I/0 模塊實(shí)現(xiàn)設(shè)備的控制和狀態(tài)檢測(cè)。3.3 通訊網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備配置 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式采用工業(yè)以太網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)

6、通信介質(zhì)為多模光纖和屏蔽雙交 電纜線。網(wǎng)絡(luò)傳輸采用 Modbus 協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)傳輸速率為 100Mbit/s ，節(jié) 點(diǎn)數(shù)可達(dá) 340 個(gè)，網(wǎng)絡(luò)上的任一節(jié)點(diǎn)可以實(shí)時(shí)向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點(diǎn)和網(wǎng) 絡(luò)上發(fā)送信息，某一節(jié)點(diǎn)故障，自動(dòng)從網(wǎng)絡(luò)上退出，不影響網(wǎng)絡(luò)上的 其它節(jié)點(diǎn)傳輸信息。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)完成電站控制層各工作站之間和來(lái)自現(xiàn)地控制層LCU的全部數(shù)據(jù)的傳輸和各種訪問(wèn)請(qǐng)求。其網(wǎng)絡(luò)協(xié)議符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 OSI 模型。具有良好的開放性。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)不會(huì)因任何一個(gè)元器件發(fā) 生故障而引起系統(tǒng)的誤操作。網(wǎng)絡(luò)成熟可靠，符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。3.4 系統(tǒng)軟件配置(1)系統(tǒng)軟件：采用中文版的美國(guó)微軟 WindowsNT 軟件，具有良好的實(shí)

7、 時(shí)性、穩(wěn)定性、可靠性， NT 系統(tǒng)管理保密性好。用于操作系統(tǒng)，它管 理整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的所有資源，包括CPU存儲(chǔ)器、外部設(shè)備等，提供其它軟件與系統(tǒng)資源的接口，是其它軟件運(yùn)行的環(huán)境。(2)應(yīng)用軟件：采用FIX7.0開發(fā)軟件、3D圖形軟件和PLC編程軟件，用 于程序的編輯、編譯、軟件連接等。具有良好的人機(jī)界面和全開放特 性。它是可以運(yùn)行多種通訊協(xié)議的監(jiān)控軟件，與網(wǎng)上有不同通訊協(xié)議 的設(shè)備交換數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)庫(kù)生成、監(jiān)控畫面、控制流程、報(bào)表等配置 靈活，使用和維護(hù)方便。3.5 繼電保護(hù)系統(tǒng)的配置采用美國(guó)ABB公司生產(chǎn)的微機(jī)綜合繼電保護(hù)裝置。發(fā)電機(jī)、變壓器和 線路保護(hù)裝置均有 8 個(gè)開關(guān)量輸入和 7 個(gè)開

8、關(guān)量輸出，一個(gè)用于變化 自檢的轉(zhuǎn)換接點(diǎn)輸出。輸入與輸出可以邏輯編程用于控制斷路器的分 合閘或者發(fā)信號(hào)。有多種通訊協(xié)議可供選擇，ABB2000R型微機(jī)保護(hù)選用ModbusPlus通 訊協(xié)議，可以通過(guò)該協(xié)議向系統(tǒng)傳送和存儲(chǔ)保護(hù)內(nèi)測(cè)量記錄的數(shù)據(jù)。 保護(hù)的配置整定：對(duì)于保護(hù)裝置的使用，首先要進(jìn)行配置整定，輸入 相關(guān)參數(shù)，保護(hù)裝置通過(guò)這些參數(shù)進(jìn)行保護(hù)功能和測(cè)量功能的計(jì)算， 配置整定可以通過(guò)前面板的 MMI或者ECP軟件進(jìn)行操作。微機(jī)保護(hù)裝置還有故障錄波，故障、運(yùn)行和操作記錄，測(cè)量等功能。接入保護(hù)裝置的輸入信號(hào)和保護(hù)裝置內(nèi)所有數(shù)據(jù)都有數(shù)據(jù)可能通過(guò)網(wǎng) 絡(luò)接口傳送到網(wǎng)絡(luò)上的其它設(shè)備內(nèi)。4 計(jì)算機(jī)監(jiān)控的功能4.

9、1 監(jiān)控畫面功能1電氣主接線狀態(tài)畫面 畫面顯示電氣主接線所有開關(guān)的狀態(tài)， 發(fā)電機(jī)出口的電氣和勵(lì)磁參數(shù)， 主變壓器高、低壓側(cè)的電氣參數(shù)，35KV線路出口的電氣參數(shù)，6KV和 35KV母線的電氣參數(shù)，廠用變壓器的電氣參數(shù)，電氣主接線上所有開 關(guān)的分、合閘操作按鈕狀態(tài)。主接線的運(yùn)行狀態(tài)和操作均在該畫面上 進(jìn)行。當(dāng)運(yùn)行參數(shù)超出正常范圍或開關(guān)跳閘時(shí)，相應(yīng)的數(shù)值和開關(guān)顏 色變化，語(yǔ)音設(shè)備報(bào)警。2機(jī)組工藝系統(tǒng)狀態(tài)畫面 畫面顯示機(jī)組及其氣、水、油等主要設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)，主要設(shè)備的操 作按鈕。當(dāng)氣、水、油等參數(shù)超出正常范圍或設(shè)備故障時(shí)，相應(yīng)的數(shù) 值和設(shè)備圖形顏色變化，語(yǔ)音設(shè)備報(bào)警。3監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)畫面畫面顯示監(jiān)

10、控系統(tǒng)繼電保護(hù)、PLC和測(cè)量裝置的工作狀態(tài)和參數(shù)。4 電站所有需要監(jiān)測(cè)的各種參數(shù)的實(shí)時(shí)和歷史曲線圖、棒型圖畫面。5各種運(yùn)行和管理報(bào)表及表格畫面。6電站的平面圖、動(dòng)畫等顯示。4.2 遠(yuǎn)動(dòng)功能由監(jiān)控系統(tǒng)的主工作站實(shí)現(xiàn)，并留有擴(kuò)展能力。需要向電力系統(tǒng)調(diào)度 機(jī)關(guān)傳送和接收數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)調(diào)度機(jī)關(guān)對(duì)本電站的遙測(cè)、遙信、遙控和 遙調(diào)，實(shí)時(shí)接收調(diào)度命令，向調(diào)度機(jī)關(guān)發(fā)送水電站實(shí)時(shí)運(yùn)行工況、運(yùn) 行參數(shù)等信息。4.3 數(shù)據(jù)采集和處理功能1電站控制層：自動(dòng)實(shí)時(shí)采集和處理來(lái)自各現(xiàn)地控制層及調(diào)度系統(tǒng) 的數(shù)據(jù)。主要包括：機(jī)組、主變、母線、 35KV 線路、廠用電、調(diào)壓井 閘門及全廠公用系統(tǒng)的電氣模擬量、非電氣模擬量、脈沖量、開

11、關(guān)量 的采集，對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，包括越限處理、報(bào)警處理及事故追憶 處理，處理后的數(shù)據(jù)以一定的格式存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，形成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù) 和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，以備系統(tǒng)調(diào)用和隨時(shí)查詢，并對(duì)監(jiān)視的模擬量、開關(guān) 量、脈沖量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算含變位、越限等作為歷史數(shù)據(jù)存入 歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，并作為報(bào)表輸出的主要數(shù)據(jù)來(lái)源。當(dāng)出現(xiàn)異常事件記錄 和出現(xiàn)事故時(shí)，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)目前的情況自動(dòng)作出處理。2機(jī)組現(xiàn)地層LCU自動(dòng)實(shí)時(shí)采集和處理發(fā)電機(jī)、水輪機(jī)、勵(lì)磁及 調(diào)速裝置、機(jī)組附屬設(shè)備的電氣模擬量、非電氣模擬量、脈沖量、開 關(guān)量，主要設(shè)備運(yùn)行工況診斷處理， 并以一定的格式存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)， 對(duì)各類信息進(jìn)行數(shù)據(jù)封裝后存放在現(xiàn)地控制單元的

12、存儲(chǔ)單元中，并上 傳電站控制層。 直接采集的信號(hào)有： 電氣量：發(fā)電機(jī)定子電壓、電流，勵(lì)磁電流、電壓、頻率、有功功率、 無(wú)功功率和功率因數(shù)等。 非電量：機(jī)組油、氣、水系統(tǒng)的壓力、壓差、流量、液位、溫度。 開關(guān)量：發(fā)電機(jī)斷路器位置、 繼電保護(hù)電氣事故信號(hào)、 故障分類信號(hào)； 勵(lì)磁系統(tǒng)工作方式設(shè)置、滅磁開關(guān)位置、故障信號(hào)；調(diào)速器工作方式 設(shè)置、故障信號(hào)；油壓裝置壓力、油位信號(hào)；油泵運(yùn)行方式、設(shè)置信 號(hào)、運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)；機(jī)組各溫度信號(hào)、轉(zhuǎn)速位置信號(hào)、導(dǎo)葉開度位置 信號(hào)、接力器鎖錠投切信號(hào)、 制動(dòng)閘塊位置信號(hào)、 制動(dòng)氣壓位置信號(hào)、 剪斷銷剪斷信號(hào)、油槽油位信號(hào)；進(jìn)水口閥門位置信號(hào)、機(jī)組冷卻水 信號(hào)；水機(jī)保護(hù)

13、動(dòng)作信號(hào)等。脈沖量：發(fā)電機(jī)有功電能、無(wú)功電能等。 通信采集的信號(hào)數(shù)據(jù)有： 機(jī)組各部位溫度、測(cè)溫電阻斷線及裝置故障，以及有關(guān)機(jī)組軸溫溫度 信號(hào)和交換控制、狀態(tài)和報(bào)警信息。勵(lì)磁系統(tǒng)、調(diào)速器系統(tǒng)、同期系 統(tǒng)、發(fā)電機(jī)及主變和線路微機(jī)保護(hù)裝置的通訊。4.4 綜合參數(shù)統(tǒng)計(jì)、計(jì)算與分析功能 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行周期、定時(shí)或召喚計(jì)算與 分析，形成計(jì)算數(shù)據(jù)庫(kù)與歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，幫助運(yùn)行人員對(duì)電廠設(shè)備的運(yùn) 行進(jìn)行全面監(jiān)視與綜合管理，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障征兆，提高機(jī)組運(yùn)行的 平安性。對(duì)現(xiàn)成的計(jì)算數(shù)據(jù)列出作為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理，存入相應(yīng)的實(shí)時(shí) 數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行越限報(bào)警、啟動(dòng)相關(guān)處理程序等操作。 1溫度量分析計(jì)算LCU周期獲得溫度測(cè)量裝置采集的溫度數(shù)據(jù)， 進(jìn)行預(yù)處理，并作計(jì)算后 將數(shù)據(jù)存入LCU數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)數(shù)據(jù)共享，可顯示、制表打印。 溫度最高值、最低值：溫度畫面的實(shí)時(shí)值現(xiàn)示和歷史曲線現(xiàn)示。 溫度變化趨勢(shì)分析：實(shí)時(shí)和歷史變化曲線。 溫度越限追憶記錄：歷 史變化曲線。 正常值與實(shí)測(cè)值的比擬分析：溫度畫面中溫度現(xiàn)示值 變色，正常溫度為白色、報(bào)警溫度為黃色、停機(jī)溫度為紅色。2電量累積計(jì)算 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)全廠有功電度量、無(wú)功電度量進(jìn)行周期分項(xiàng)分時(shí)累 加，并存入數(shù)據(jù)庫(kù)，供顯示并制表打印。