淺談微機綜合自動化在拴驢泉水電站的實際應(yīng)用

1、    淺談微機綜合自動化在拴驢泉水電站的實際應(yīng)用    秦志鋼摘要：為了提高晉城市沁河拴驢泉水電站的自動化水平，對電站進(jìn)行了機組增效擴容改造，淺談了微機綜合自動化技術(shù)在中小型水電站的應(yīng)用，水電站綜合自動化系統(tǒng)的重要性和發(fā)展趨勢，提出了水電站改造的必要性，綜合自動化的基本概念，并對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、通信方式和能實現(xiàn)電站的遙控、遙調(diào)、遙信和遙測等遠(yuǎn)動功能，從而達(dá)到電站的無人值班或少人值守的目的。關(guān)鍵詞：微機綜合自動化技術(shù)改造系統(tǒng)配置計算機監(jiān)控系統(tǒng)中圖分類號： f407 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： a一、前言二十一世紀(jì)是信息時代，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和自動化程度的日益提高，微機

2、綜合自動化在電力生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)水電站所在電力系統(tǒng)調(diào)度自動化、系統(tǒng)繼電保護(hù)和安全自動控制、電能計費、系統(tǒng)通信以及電力系統(tǒng)生產(chǎn)調(diào)度管理等方面的要求，對新建水電站應(yīng)按自動化要求進(jìn)行設(shè)計并具體實施，考慮人體的特點、能力和限度，采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施，實現(xiàn)了水電站少人值班，以滿足電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運行的需要，最終達(dá)到無人值班的目的。二、電站概況晉城市沁河拴驢泉水電站位于山西省與河南省交界的澤州縣山河鎮(zhèn)拴驢泉的沁河干流上，整個電站坐落在山里泉旅游區(qū)內(nèi)，距晉城市區(qū)55km，是澤州縣小水電骨干電源之一，一九八七年主體工程動工興建，一九九一年建成投產(chǎn)，設(shè)計水頭57.65m，設(shè)計引水流量每秒32.8立方米

3、，總裝機2臺，每臺容量8750km，設(shè)計年平均發(fā)電量9460萬km*h.電站自運行以來，為緩解水電供電壓力和當(dāng)?shù)氐墓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)用電及農(nóng)民脫貧致富起到了積極的推動作用。1991年電站開始建設(shè)時的工程任務(wù)是防洪、發(fā)電和利用尾水向引沁濟(jì)莽渠道送水，一部分電力送往晉東南電力系統(tǒng)，另一部分用于解決廠用電和近區(qū)自供區(qū)供電。隨著工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，本地區(qū)新增多處工業(yè)企業(yè)，新型農(nóng)業(yè)也日新月異，原來設(shè)定的工程任務(wù)更顯突出和迫切，同時生態(tài)環(huán)境保護(hù)和旅游等綜合利用也對電站提出新的更高要求，所以拴驢泉水電站的增效擴容改造是刻不容緩的。三、技術(shù)改造的必要性節(jié)能減排、環(huán)境保護(hù)是建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的戰(zhàn)略大計，是實現(xiàn)

4、國家可持續(xù)發(fā)展的必由之路。 我國小水電發(fā)展較早較快，但受當(dāng)時技術(shù)水平、經(jīng)濟(jì)條件的制約和多年運行、老化的影響，普遍存在機組效率差、水能利用效率低等問題。拴驢泉水電站改造工程完成后，裝機容量雖然不變，卻可以提高水電站機組效率，降低電網(wǎng)電損，提高發(fā)電量，增加發(fā)電效益，使農(nóng)民直接受益促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展。開展農(nóng)村水電增效減排的工程規(guī)劃工作是非常必要的。開發(fā)水力資源，實現(xiàn)農(nóng)村電氣化建設(shè)的要求。四、 計算機監(jiān)控系統(tǒng)的配置1 電站控制層配置電站控制層設(shè)備設(shè)在中央控制室，由主機操作員工作站、通訊工作站、主控制臺、漢字打印機、gps時鐘同步裝置、語音報警裝置、ups電源等組成。2 現(xiàn)地控制層（lcu）配置現(xiàn)地控制

5、層分機組lcu和公共lcu兩部分，由人機界面終端（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、溫度測量裝置、轉(zhuǎn)速信號測量裝置、數(shù)字式測量儀表和交直流雙供電源等設(shè)備組成。機組lcu監(jiān)控范圍包括水輪機、發(fā)電機、進(jìn)水口主閥和機組附屬設(shè)備。現(xiàn)地控制層負(fù)責(zé)對水輪發(fā)電機組、電氣一次設(shè)備及公用設(shè)備等實時監(jiān)控，通過工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)各現(xiàn)地控制層與全站控制層連接交換信息，實現(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行時，現(xiàn)地控制層可以獨立運行而不受影響。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)通信介質(zhì)為多模光纖和屏蔽雙交電纜線。網(wǎng)絡(luò)傳輸速率為100mbit/s，節(jié)點數(shù)

6、可達(dá)340個，網(wǎng)絡(luò)上的任一節(jié)點可以實時向網(wǎng)絡(luò)上其它節(jié)點和網(wǎng)絡(luò)上發(fā)送信息，某一節(jié)點故障，自動從網(wǎng)絡(luò)上退出，不影響網(wǎng)絡(luò)上的其它節(jié)點傳輸信息。4 系統(tǒng)軟件配置系統(tǒng)軟件：采用中文版的美國微軟windows 軟件，具有良好的實時性、穩(wěn)定性、可靠性，系統(tǒng)管理保密性好。用于操作系統(tǒng)，它管理整個計算機系統(tǒng)的所有資源，包括cpu、存儲器、外部設(shè)備等，提供其它軟件與系統(tǒng)資源的接口，是其它軟件運行的環(huán)境。應(yīng)用軟件：采用plc編程軟件，用于程序的編輯、編譯、軟件連接等。具有良好的人機界面和全開放特性。它是可以運行多種通訊協(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)庫生成、監(jiān)控畫面、控制流程、報表等配置靈

7、活，使用和維護(hù)方便。5 繼電保護(hù)系統(tǒng)的配置保護(hù)的配置整定：對于保護(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)裝置通過這些參數(shù)進(jìn)行保護(hù)功能和測量功能的計算。五、計算機監(jiān)控的功能計算機監(jiān)控系統(tǒng)取代常規(guī)的控制盤、儀表盤、模擬盤、中央信號系統(tǒng)、電壓無功調(diào)節(jié)裝置等，具體包括以下內(nèi)容:1 監(jiān)控畫面功能畫面顯示電氣主接線所有開關(guān)的狀態(tài)，發(fā)電機出口的電氣和勵磁參數(shù)，主變壓器高、低壓側(cè)的電氣參數(shù)，10kv、110kv線路出口的電氣參數(shù)，6.3kv、10kv 和110kv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)。主接線的運行狀態(tài)和操作均在該畫面上進(jìn)行。當(dāng)運行參數(shù)超出

8、正常范圍或開關(guān)跳閘時，相應(yīng)的數(shù)值和開關(guān)顏色變化，語音設(shè)備報警。2 遠(yuǎn)動功能由監(jiān)控系統(tǒng)的主工作站實現(xiàn)，并留有擴展能力。需要向電力系統(tǒng)調(diào)度機關(guān)傳送和接收數(shù)據(jù)，實現(xiàn)調(diào)度機關(guān)對本電站的遙測、遙信、遙控和遙調(diào)，實時接收調(diào)度命令，向調(diào)度機關(guān)發(fā)送水電站實時運行工況、運行參數(shù)等信息。3 實時數(shù)據(jù)采集和處理功能采集電站電力運行實時數(shù)據(jù)和設(shè)備運行狀態(tài)，包括各種模擬量、狀態(tài)量和脈沖量。監(jiān)控系統(tǒng)采取定時采集和主動上送的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將這些數(shù)據(jù)存于數(shù)據(jù)庫供計算機處理之用。電站控制層：自動實時采集和處理來自各現(xiàn)地控制層及調(diào)度系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。當(dāng)出現(xiàn)異常事件記錄和出現(xiàn)事故時，計算機監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)目前的情況自動作出處理。機組現(xiàn)

9、地層lcu：自動實時采集和處理發(fā)電機、水輪機、勵磁及調(diào)速裝置、機組附屬設(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)備運行工況診斷處理，并以一定的格式存入實時數(shù)據(jù)庫，對各類信息進(jìn)行數(shù)據(jù)封裝后存放在現(xiàn)地控制單元的存儲單元中，并上傳電站控制層。直接采集的信號有：電氣量：發(fā)電機定子電壓、電流，勵磁電流、電壓、頻率、有功功率、無功功率和功率因數(shù)等。非電量：機組油、氣、水系統(tǒng)的壓力、流量、接力器行程、溫度。開關(guān)量：發(fā)電機斷路器位置、繼電保護(hù)電氣事故信號、故障分類信號；勵磁系統(tǒng)工作方式設(shè)置、滅磁開關(guān)位置、故障信號；調(diào)速器工作方式設(shè)置、故障信號；油壓裝置壓力、油位信號；機組各溫度信號、轉(zhuǎn)速位置信號、

10、導(dǎo)葉開度位置信號、接力器鎖錠投切信號、制動閘塊位置信號、制動氣壓位置信號、剪斷銷剪斷信號、油槽油位信號；進(jìn)水口閥門位置信號、機組冷卻水信號；水機保護(hù)動作信號等。脈沖量：發(fā)電機有功電能、無功電能等。通信采集的信號數(shù)據(jù)有：機組各部位溫度、測溫電阻斷線及裝置故障，以及有關(guān)機組軸溫溫度信號和交換控制、狀態(tài)和報警信息。勵磁系統(tǒng)、調(diào)速器系統(tǒng)、同期系統(tǒng)、發(fā)電機及主變和線路微機保護(hù)裝置的通訊。4 綜合參數(shù)統(tǒng)計、計算與分析功能計算機監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)實時采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行周期、定時或召喚計算與分析，形成計算數(shù)據(jù)庫與歷史數(shù)據(jù)庫，幫助運行人員對電廠設(shè)備的運行進(jìn)行全面監(jiān)視與綜合管理，可及時發(fā)現(xiàn)故障征兆，提高機組運行的安全性。

11、對現(xiàn)成的計算數(shù)據(jù)列出作為實時數(shù)據(jù)處理，存入相應(yīng)的實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫，進(jìn)行越限報警、啟動相關(guān)處理程序等操作。5 定值管理功能計算機監(jiān)控系統(tǒng)對所有定值作統(tǒng)計，定值修改、變更情況統(tǒng)計，并存入數(shù)據(jù)庫，以備查詢。6制表打印功能對有人值班的變電所，監(jiān)控系統(tǒng)可以配備打印機，完成以下打印記錄功能；定時打印報表和運行日志；有關(guān)操作記錄打?。皇录樞蛴涗洿蛴。辉较薮蛴。皇鹿首窇洿蛴。辉O(shè)備運行狀態(tài)變位打印、召喚打印（由運行人員通過人機界面召喚起動打印已存的報表）等。7生產(chǎn)報表功能計算機監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行電氣量參數(shù)報表，非電氣化量參數(shù)報表，溫度、日發(fā)電量、廠用電量統(tǒng)計報表，生產(chǎn)綜合統(tǒng)計報表等。8安全運行監(jiān)視及事件報警功

12、能（1）主要設(shè)備安全運行實時監(jiān)視（2）事件報警（3）事故追憶及相關(guān)量記錄電站發(fā)生事故時，需對事故發(fā)生前后的某些重要參數(shù)進(jìn)行追憶記錄，以供運行人員事故分析。事故發(fā)生時，計算機將按順序?qū)⑹鹿蕡缶畔?、事故的名稱及這些追憶數(shù)據(jù)保存于磁盤中，形成歷史數(shù)據(jù)。并自動顯示、打印這些數(shù)據(jù)。（4）機組開、停機過程監(jiān)視機組開、停機時（命令發(fā)出），計算機監(jiān)控系統(tǒng)自動推出相應(yīng)機組的開、停機過程監(jiān)視畫面。畫面包括：機組編號、自動/手動標(biāo)記、開（停）機條件、用流程圖表示的開（停）機步驟、每步操作的時間及總時間。9 控制、操作與調(diào)節(jié)功能根據(jù)電廠設(shè)備運行的情況和有關(guān)計算結(jié)果，操作人員可通過顯示器按預(yù)定步驟遠(yuǎn)方及現(xiàn)地的控制命令

13、對全廠設(shè)備的運行進(jìn)行控制與調(diào)節(jié)。運行設(shè)備控制方式設(shè)置，自動/手動控制、遠(yuǎn)方/現(xiàn)地操作，均可在操作畫面中點擊實現(xiàn)，有功功率、無功功率調(diào)節(jié)以及機組開停機的控制操作也可在操作畫面中點擊實現(xiàn)。控制優(yōu)先權(quán)為：現(xiàn)地控制層單元、電站控制層單元。（1）電站主接線圖上的斷路器和開關(guān)的控制。（2）機組順序控制（3）機組開停機過程的控制（4）公共系統(tǒng)的控制（5）發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的控制10 人機聯(lián)系功能（1）人機聯(lián)系的橋梁，包括顯示器、鼠標(biāo)和鍵盤。操作人員或調(diào)度員面對顯示器的屏幕，通過鼠標(biāo)或鍵盤可對全站的運行情況和運行參數(shù)一目了然，并可對全站的斷路器和隔離開關(guān)等進(jìn)行分、合操作。另外，電站投入運行后，隨著送電量的變化，保

14、護(hù)定值、越限值等需要修改，甚至由于負(fù)荷的增長，需要更換有的設(shè)備，例如更換互感器等。（2）在操作臺上的運行人員只允許完成對電站設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視、控制調(diào)節(jié)和參數(shù)設(shè)置等操作。11 人機界面功能（1）畫面顯示、畫面實時刷新（包括設(shè)備運行狀態(tài)，運行參數(shù)及時鐘）、報警與操作信息創(chuàng)新或標(biāo)志提示、人機對話提示及操作命令信息提示、光標(biāo)顯示與控制、畫面窗口變換與局部放大、畫面的平移、滾動和漫游、多窗窗口顯示、比例縮放。（2）人機界面顯示內(nèi)容畫面顯示是電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的重要功能，畫面是實時狀態(tài)的并采用多窗口技術(shù)以提供更多的信息。畫面調(diào)用具有程序自動調(diào)用和鍵盤菜單召喚調(diào)用形式。畫面的種類包括接線圖類、棒形圖類、曲線類、表格類、信息類、運行指導(dǎo)類等。12 數(shù)據(jù)通信功能13 系統(tǒng)診斷功能14 時鐘同步功能六、計算機監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖和監(jiān)控對象(1)2臺混流立式水輪發(fā)電機組及輔機設(shè)備、勵磁、調(diào)速系統(tǒng)（2）2臺發(fā)電機配電裝置（3）2臺主變壓器（4）110kv升壓設(shè)備（gis）(5)6.3kv、400v廠用電設(shè)備（6）全廠公用設(shè)備及通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備（7）220v直流電源系統(tǒng)（8）水力監(jiān)測系統(tǒng)（9）其他系統(tǒng)七、水電站綜合自動化系統(tǒng)的基本特征從本水電站綜合自動化系統(tǒng)的構(gòu)成來看，其特點主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）功能綜合化 （2）結(jié)構(gòu)分層、分布化（3）操作監(jiān)視屏幕化（4）通信局域網(wǎng)絡(luò)化（5）運行管理智能自動化電站綜合自動化