基于四嶺水電站的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用研究

1、 本文由whx0910貢獻(xiàn) pdf文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。 第21 卷 第2 期 2009 年6 月 浙江水利水電?？茖W(xué)校學(xué)報(bào) J .Zhejiang W . C at ons & H .C ydr ollege V .21 N .2 ol o Jun .2009 基于四嶺水電站的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用研究 趙 英 , 季紹 勇 ( 杭州 市余 杭區(qū)四 嶺水 庫(kù)管理 所, 浙江 杭 州 311100) 摘 要: 基于四嶺水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、 配置、 功能及特點(diǎn), 認(rèn)為微機(jī)綜 合自動(dòng)化技術(shù) 在中小型水 電站的應(yīng)用, 可以實(shí)現(xiàn)電站的

2、遙控、 遙調(diào)、 遙信和遙測(cè)等遠(yuǎn)動(dòng)功 能, 從而極 大地提 高水電 站運(yùn)行 的可靠 性, 減 少水電 站自動(dòng) 控制設(shè) 備 的安裝調(diào)試時(shí)間, 提高水電站的自動(dòng)化水平和運(yùn)行管理水平. 關(guān)鍵詞: 水電站; 綜合自動(dòng)化; 應(yīng)用 中圖分類號(hào):TV736 文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A 文章編號(hào):1008 - 536X( 2009) 02-0024-04 Appli cati on of I ntegr ated Aut o m on Syst e mi n S ng Hydr opo wer S ati on ati ili t ZHAO Y , JI Shao- yong ing (S iling Reservoir

3、 Adm tra inis tion O ffice of Yuhang , H angzhou 311100 , C hina) Abstract :The essay g ves an account of the app ca on of integrated au ation sys i li ti tom temin smll or m ia sca e hyd a ed te l ropower s tions i n ta rem control , rem regu tion and rem m ote ote la ote easurem t based on its des

4、ign , equ pm t , function and characteristic . The reli ability of en i en the systemis a i nvolvedi nthe essay a m a the i m rovem t of opera ng and m lso i ing t p en ti anaging in hydropow sta ons w short period deer ti ith bugg ng . i K w s : hydropow sta on ; i ntegra au ation ; app ca on ey or

5、d er ti ted tom li ti 1 電站概況 四嶺新建電站位于風(fēng)景秀麗的杭州市余杭區(qū)雙溪 靠性. 新建電站使用了最新的計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng), 實(shí)現(xiàn)了少人值班, 高經(jīng)濟(jì)效益的模式. 村內(nèi), 電站總裝機(jī)1 260 kW, 分為兩 組發(fā) 變 機(jī)組, 水 輪 機(jī)采用的是 臨 海水 輪 機(jī)廠 生 產(chǎn) 的 型 號(hào)為 HL270- W J71 的臥式水輪. 四嶺水庫(kù)是一座 以灌 溉及 生活 用水 為 主的 水庫(kù), 水庫(kù)容量也只有 2 838 萬(wàn) m , 旱季 電站 經(jīng)常 因 無(wú)水 而 處于停機(jī)狀態(tài), 在雨 季則 會(huì)因 抗洪 放空 水庫(kù) 而 浪費(fèi) 了 更多的水. 且老 電廠 水輪 機(jī) 型號(hào) 為 H

6、L240-70 , 于70 年 代建成, 屬于上一代 水輪 機(jī)產(chǎn) 品, 其 運(yùn)行 效率 低下, 這 無(wú)疑降低了電廠的收入. 同時(shí), 手動(dòng)操作發(fā)電機(jī)既費(fèi)時(shí) 又費(fèi)力, 其值班人數(shù)也較多, 這又無(wú)疑提高了水庫(kù)的運(yùn) 行成本, 也增加了許多不安全因素. 新建電站采用了最 新的計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控 制系統(tǒng), 由運(yùn) 行人 員直 接 操作 的 設(shè)備大大減少, 操作步驟大大簡(jiǎn)化, 發(fā)生誤操作的可能 性大大降 低, 避免 了因 人為 因素而 降低 設(shè)備運(yùn) 行的 可 收稿日 期:2009-01-10 作者簡(jiǎn) 介: 趙 電站 管理與 研究 . 英( 1963 - ) , 女 , 浙江 余 杭 人, 助 理 政 工 師. 從

7、 事 水 3 2 2 .1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 自動(dòng)化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 全站的自動(dòng) 化 系 統(tǒng)均 采 用 N -2001 型 號(hào) 的 自 動(dòng) JK 化系統(tǒng), 該系統(tǒng)分層分布式系統(tǒng), 其結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1 . 該系統(tǒng)可以分為兩個(gè)層次, 即: 上位機(jī)主控制層和 現(xiàn)地控制層. 上位機(jī)主控制層是 電 站的 監(jiān)控 中心, 負(fù)責(zé) 完成 電 站機(jī)組的空轉(zhuǎn)、 空載、 電 及停 機(jī)等 操作, 以及 采集 并 發(fā) 顯示電站中各設(shè)備的 實(shí)時(shí) 參數(shù), 并 記錄 到 系統(tǒng) 的數(shù) 據(jù) 庫(kù)中. 上位機(jī)主控層由兩臺(tái)計(jì)算機(jī)、 兩臺(tái)打印機(jī)、 一套語(yǔ) 音報(bào)警裝 置和一 個(gè) GPS 衛(wèi)星 校時(shí)系統(tǒng) 組成. 兩臺(tái)計(jì) 算 機(jī)一臺(tái)作為主機(jī), 另一臺(tái)熱備,

8、這樣大大的提高了上位 機(jī)主控制層的可靠性. 現(xiàn)地控制層 的 中 心 是 PLC, 采 用 的 是 GE 公 司 的 90/ 30 系 列. 現(xiàn)地 控 制層 各 單元 接 收 上位 機(jī) 傳來(lái) 的 控 制命令, 并實(shí)施主要的控制操作, 同時(shí)還要采集一些上 第2 期 趙 英等: 基于四嶺水電站的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用研究 25 位機(jī)不采集的設(shè)備的 數(shù)據(jù), 并 通過(guò) 通訊 口及 相 關(guān)設(shè) 備 與主控制層交換信息. 現(xiàn)地控制層具有更高的獨(dú)立性, 它可以在主控層不運(yùn)行的情況下獨(dú)立對(duì)電站的各設(shè)備 狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視、 調(diào)整和控制等 1 - 3 . 圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 3 3 .1 監(jiān)控系統(tǒng)的軟件功能 監(jiān)控畫(huà)面功能 (

9、1) 電氣主接線狀態(tài)畫(huà)面 畫(huà)面顯示電氣主接 線所 有 開(kāi)關(guān) 的狀 態(tài), 發(fā) 電機(jī) 出 3 .2 數(shù)據(jù)采集和處理功能 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、 kV 線 路、 35 廠 用電、 全廠公用系統(tǒng) 的電 氣模 擬 量、 非電 氣模 擬 量、 脈 沖量、 開(kāi)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(kāi) 關(guān)量、 脈沖量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算 含變位

10、、 ( 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)做出處理. 3 .3 生產(chǎn)報(bào)表功能 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn) 行 電氣 量參 數(shù)報(bào) 表, 非 電氣 化 量參數(shù)報(bào)表, 溫度、 日發(fā)電量、 廠用電量統(tǒng)計(jì)報(bào)表, 生產(chǎn) 綜合統(tǒng)計(jì)報(bào)表等. 3 .4 4 口的電氣 和 勵(lì) 磁 參 數(shù), 主 變 壓 器高、 壓 側(cè) 的 電 氣 參 低 數(shù),35 kV 線路出口 的電氣 參數(shù),6 kV 和35 kV 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(kāi)關(guān)的分、 合閘操作按鈕狀態(tài). 主接

11、線的運(yùn)行狀態(tài)和操 作均在該畫(huà)面上進(jìn)行. 當(dāng) 運(yùn)行 參數(shù) 超出 正常 范 圍或 開(kāi) 關(guān)跳閘時(shí), 相 應(yīng) 的數(shù) 值 和 開(kāi) 關(guān) 顏色 變 化, 語(yǔ) 音 設(shè) 備 報(bào) 警. ( 2) 監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)畫(huà)面 畫(huà)面顯示監(jiān)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). ( 3) 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(huà)面. ( 4) 各種運(yùn)行和管理報(bào)表及表格畫(huà)面. ( 5) 電站的平面圖、 動(dòng)畫(huà)等顯示 . 運(yùn)行安全監(jiān)視 水電站運(yùn)行安全方 面 的監(jiān) 視涉 及正 常工 況、 常 異 工況、 緊急狀況的監(jiān)視, 監(jiān)視的內(nèi)容包括越、 復(fù)限, 故障 及事故, 異常趨勢(shì)等

12、. 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為運(yùn)行值班人員 26 浙江水利水電?？茖W(xué)校學(xué)報(bào) 第21 卷 對(duì)全廠各主、 輔設(shè)備 的運(yùn) 行狀 態(tài)進(jìn) 行實(shí) 時(shí)監(jiān) 視 提供 了 手段和工具 5 . ( 1) 越、 復(fù)限監(jiān)視 主要對(duì)異常情況 進(jìn)行 監(jiān)視, 如過(guò) 壓、 過(guò)流、 溫度 異 常升高等. 監(jiān)視的參數(shù)通常包括電氣模擬量、 非電氣模 擬量、 溫度量等. 對(duì)這些 參數(shù) 設(shè) 置允 許運(yùn) 行的 范圍, 如 高限、 高高限、 低限、 低低限等, 一般情況下當(dāng)越高限或 低限時(shí), 發(fā)報(bào)警信號(hào); 而 當(dāng)越 高 高限 或低 低限 時(shí), 則 動(dòng) 作跳開(kāi)關(guān)或停機(jī). 在出現(xiàn)參數(shù)越、 復(fù)限后要進(jìn)行的處理 包括越限報(bào)警, 越、 復(fù)限時(shí)的自動(dòng)顯示、 記

13、錄和打印. 存 入數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容包括: 越限名稱、 越限時(shí)間、 越限值、 上 限值、 下限值和越限性質(zhì). ( 2) 事故及故障狀態(tài)顯示 計(jì)算機(jī)監(jiān) 控系 統(tǒng) 定 時(shí) 掃 查 各 事 故 及 故 障 狀 態(tài) 信 號(hào), 一旦發(fā)生狀態(tài)變化, 立即彈出報(bào)警窗口并發(fā)出音響 報(bào)警, 提醒值班人員, 同 時(shí)將 這 些事 故、 故障 信 息記 錄 下來(lái), 便于日后追查. 而現(xiàn)地控制單元的順控程序在系 統(tǒng)出現(xiàn)事故或故障的情況下, 能夠自動(dòng)執(zhí)行順控流程, 完成預(yù)先設(shè)計(jì)好的處 理. 系統(tǒng) 也會(huì) 將某 些在 運(yùn) 行期 間 超過(guò)一定范圍的遙測(cè)值記錄下來(lái), 并彈出報(bào)警窗口, 提 醒值班人員對(duì)即將出 現(xiàn)故障 的 部位 進(jìn)行 巡

14、查, 以免 發(fā) 生重大的事故. 在人機(jī)界面中除了報(bào)警窗口外, 光字牌 畫(huà)面也可以直觀地反映各設(shè)備的運(yùn)行情況. ( 3) 趨勢(shì)分析 對(duì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的各種電氣參數(shù)、 壓力、 發(fā)電機(jī) 定子溫度、 承 溫度、 變 油溫 等 進(jìn) 行 趨 勢(shì) 記 錄 和 分 軸 主 析, 設(shè)置變化率報(bào)警, 即 在正 常 情況 下, 這些 量 的變 化 速率在一個(gè)給定的范 圍內(nèi), 當(dāng) 趨勢(shì) 變化 速率 超 過(guò)限 值 時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào). 這是一種預(yù)警信號(hào), 以便運(yùn)行人員及 時(shí)采取措施, 防患于未然. 3 .5 設(shè)備操作及監(jiān)視 對(duì)于電站計(jì)算機(jī)監(jiān) 控系 統(tǒng) 而言, 最 主要 的 任務(wù) 就 是對(duì)系統(tǒng)中的自動(dòng)化 設(shè)備進(jìn) 行 控制 和

15、監(jiān) 測(cè). 可 以完 成 的控制操作主要有: 機(jī)組 開(kāi)機(jī) 操 作, 機(jī)組 停機(jī) 操作, 斷 路器分閘、 合閘操作, 機(jī) 組運(yùn) 行 模式 切換 操作, 機(jī)組 功 率調(diào)節(jié)操作, 主閥的開(kāi)、 關(guān)操作, 電站輔助設(shè)備的啟動(dòng)、 停止操作等. 對(duì)一些重要設(shè)備的 控制 操 作, 需要 在正 確 輸入 操 作員的代碼和操作員 密碼之 后 才能 進(jìn)行. 控 制 操作 一 般都帶有防誤操作的 操作閉 鎖, 在 操作 條件 不 滿足 的 情況下, 操作命令無(wú)法下發(fā). 所有的控制操作均被登錄 在系統(tǒng)日志中, 登錄 的內(nèi) 容包 括: 操 作者、 作 日期 和 操 時(shí)間及操作對(duì)象等. 對(duì)于那些與控制設(shè) 備無(wú) 關(guān)的 命令(

16、如 光字 牌復(fù) 歸 等 以及一些在機(jī)組出現(xiàn)事故時(shí)需立即發(fā)出的命令 如 ) ( 緊急停機(jī)等 不需要通過(guò)操作權(quán)限檢查即可發(fā)出. ) 監(jiān)視設(shè)備操作的畫(huà)面主要有: 機(jī)組主操作畫(huà)面、 機(jī) 組工況轉(zhuǎn)換流程、 機(jī)組單元接線、 油氣水系統(tǒng)等. 3 .6 視頻監(jiān)視功能 電廠分別 在 升 壓站、 房 大 門(mén) 內(nèi) 側(cè) 平 臺(tái)、 電 機(jī) 廠 發(fā) 層、 中控室、 開(kāi)關(guān)室、 進(jìn)廠大門(mén)等處安裝了視頻探頭. 對(duì) 電站進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視及錄像. 3 .7 事件統(tǒng)計(jì) 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 可以 方便 地對(duì) 電站 的 有功 電量、 無(wú)功電量、 水頭等參 數(shù)進(jìn) 行統(tǒng) 計(jì) 計(jì)算. 其 中, 電 量的 統(tǒng) 計(jì)可以根據(jù)要求形成 日電 量報(bào) 表、 月電

17、 量 報(bào)表 及年 電 量報(bào)表, 其中, 每個(gè)報(bào) 表的 統(tǒng)計(jì), 又可 以按 峰、 谷 進(jìn) 平、 行分類統(tǒng)計(jì). 3 .8 軟件的自診斷與遠(yuǎn)程診斷 監(jiān)控系統(tǒng)的診斷功能主要包括自診斷和遠(yuǎn)方診斷 兩部分. 自診斷是用來(lái)對(duì)各子系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視, 實(shí)現(xiàn)主備切換, 以及對(duì)損壞的部件進(jìn)行定位, 使維護(hù)人 員容易查找和迅速處理故障, 并恢復(fù)正常運(yùn)行. 4 四嶺水電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng) 的主要 特點(diǎn) ( 1) 四嶺水電站自動(dòng)化系統(tǒng) 采用典型 的分層分 布 式結(jié)構(gòu), 即電站控制層和現(xiàn)地控制層. 現(xiàn)地控制層設(shè)備 在站內(nèi)相互獨(dú)立且分 布式 布置, 僅 通過(guò) 站 內(nèi)以 太網(wǎng) 互 聯(lián). 系統(tǒng)功能齊全、 配置靈活、 具有極高的

18、可靠性, 符合 綜合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì). ( 2) 開(kāi)放式、 易擴(kuò)展 性的設(shè)計(jì). 通過(guò)采用國(guó)際 國(guó)內(nèi) 公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn) 規(guī) 范及 接 口方 式( 如: M odbus P 、 232 、 lus RS RS485 等 , 方便 的 與其 它 相關(guān) 的 智能 設(shè) 備 相聯(lián), 并 進(jìn) ) 行信息交換; 另充分考慮 到 水電 站擴(kuò) 建、 造等 因素, 改 間隔層設(shè)備基于模塊 式標(biāo) 準(zhǔn)化 設(shè)計(jì), 可 根 據(jù)要 求隨 意 配置, 電站控制層設(shè)備配置組態(tài)非常靈活. ( 3) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)有標(biāo)準(zhǔn) 的SCADA 功能, 同時(shí) 可以 配 置自動(dòng)發(fā)電控制 AGC) 、 動(dòng)電壓 控制( AVC) 、 ( 自 防誤 操 作、

19、 設(shè)備維護(hù)管 理、 話語(yǔ) 音報(bào) 警、 電 GPS 等 多 種高 級(jí) 功 能. ( 4) 開(kāi)放的硬 件 環(huán)鏡, 計(jì)算 機(jī) 可 以采 用 各種 符 合 開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)的 R ISC 工 作站、 各種 工業(yè) 用計(jì) 算機(jī)、 通用 等 公司的可編程控制器, 并保持對(duì)其它設(shè)備的接入開(kāi)放. 第2 期 趙 英等: 基于四嶺水電站的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用研究 27 5 5 .1 四嶺電站采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控 制系 統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)和遇到的問(wèn)題 優(yōu)點(diǎn) ( 1) 可轉(zhuǎn)變電站運(yùn)行人員的職能 電站常規(guī)的自動(dòng)控 制系 統(tǒng), 運(yùn) 行人 員必 須 進(jìn)行 操 筆不小的費(fèi)用, 裝機(jī) 越小, 臺(tái)數(shù) 越多, 人 員 工資 等支 出 在單位電能成本中所

20、占的 比例 就越 高. 而 采用 計(jì)算 機(jī) 監(jiān)控系統(tǒng), 由于裝機(jī)減少 了 一半, 其 自動(dòng) 化 程度 又高, 還可實(shí)現(xiàn)少人甚至無(wú) 人值 守, 從而 降低 了 電力 生產(chǎn) 成 本, 提高了電站經(jīng)濟(jì)效益. 5 .2 遇到的問(wèn)題及解決辦法 四嶺電站在計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)中遇到的主要問(wèn)題是 電站運(yùn)行人員文化程 度都 較低, 在 接受 和 應(yīng)用 計(jì)算 機(jī) 技術(shù)上尚有一定難度. 四嶺水庫(kù)管理所考慮本電站運(yùn)行人員文化程度都 較低的實(shí)際情況, 在設(shè)備 安裝 前就 安排 電 站運(yùn) 行人 員 到臨安青山殿水庫(kù)培訓(xùn)、 學(xué)習(xí); 設(shè)備采購(gòu)時(shí)在保證計(jì)算 機(jī)監(jiān)控設(shè)備先進(jìn)性、 可靠性的前提下, 盡量購(gòu)置性價(jià)比 高、 操作便利、 使

21、用簡(jiǎn)單 型 計(jì)算 機(jī)監(jiān) 控裝 置, 以 適應(yīng) 運(yùn) 行人員文化程度較差的實(shí)際情況. 作, 對(duì)機(jī)組進(jìn)行調(diào)節(jié), 對(duì) 設(shè)備 進(jìn) 行巡 視檢 查, 在 整點(diǎn) 時(shí) 對(duì)電站設(shè)備的運(yùn)行狀 態(tài)及運(yùn) 行 參數(shù) 進(jìn)行 記錄. 電站 常 規(guī)控制系統(tǒng)不能把運(yùn)行人員從重復(fù)的機(jī)械操作中解脫 出來(lái). 電站實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控后, 可轉(zhuǎn)變電站運(yùn)行人員的 職能, 把運(yùn)行人員從 對(duì)電 站設(shè) 備的 操作 向?qū)?電 站設(shè) 備 的管理進(jìn)行轉(zhuǎn)化, 使 電站 運(yùn)行 人員 有更 多的 時(shí) 間和 精 力花在電站設(shè)備的維 護(hù)和保 養(yǎng) 上, 保證 電站 設(shè) 備的 可 用性和完好性, 延長(zhǎng)電站設(shè)備的使用壽命及檢修周期. 電站設(shè)備的一些重復(fù)操作、 調(diào)節(jié)、 運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)的記 錄則可由計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在不須運(yùn)行人員干預(yù)的情況 下自動(dòng)完成. ( 2) 可進(jìn)一步提高電站設(shè)備運(yùn)行的可靠性 電站自動(dòng)控制系統(tǒng) 要保 證 電站 設(shè)備 可靠 運(yùn)行, 首 先必須保證自身能可 靠運(yùn)行. 常規(guī) 自動(dòng) 控制 系 統(tǒng)是 由 繼電器或靜態(tài)集成電 路等構(gòu) 成, 控 制系 統(tǒng)動(dòng) 作 的準(zhǔn) 確 性是通過(guò)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)得到證實(shí)和驗(yàn)證的. 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí), 若 某一部分發(fā)生故障, 運(yùn)行人員不易發(fā)現(xiàn). 若此時(shí)電站設(shè) 備再發(fā)生事故, 就有可能造成拒動(dòng)或誤動(dòng)的嚴(yán)重后果, 這是常規(guī)控制設(shè)備的 缺點(diǎn). 電 站