基于四嶺水電站的綜合自動化系統(tǒng)應(yīng)用研究

1、 本文由whx0910貢獻 pdf文檔可能在WAP端瀏覽體驗不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機查看。 第21 卷 第2 期 2009 年6 月 浙江水利水電?？茖W校學報 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 庫管理 所, 浙江 杭 州 311100) 摘 要: 基于四嶺水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計、 配置、 功能及特點, 認為微機綜 合自動化技術(shù) 在中小型水 電站的應(yīng)用, 可以實現(xiàn)電站的

2、遙控、 遙調(diào)、 遙信和遙測等遠動功 能, 從而極 大地提 高水電 站運行 的可靠 性, 減 少水電 站自動 控制設(shè) 備 的安裝調(diào)試時間, 提高水電站的自動化水平和運行管理水平. 關(guān)鍵詞: 水電站; 綜合自動化; 應(yīng)用 中圖分類號:TV736 文獻標志碼: A 文章編號: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算機自動化控制系統(tǒng), 實現(xiàn)了少人值班, 高經(jīng)濟效益的模式. 村內(nèi), 電站總裝機1 260 kW, 分為兩 組發(fā) 變 機組, 水 輪 機采用的是 臨 海水 輪 機廠 生 產(chǎn) 的 型 號為 HL270- W J71 的臥式水輪. 四嶺水庫是一座 以灌 溉及 生活 用水 為 主的 水庫, 水庫容量也只有 2 838 萬 m , 旱季 電站 經(jīng)常 因 無水 而 處于停機狀態(tài), 在雨 季則 會因 抗洪 放空 水庫 而 浪費 了 更多的水. 且老 電廠 水輪 機 型號 為 H

6、L240-70 , 于70 年 代建成, 屬于上一代 水輪 機產(chǎn) 品, 其 運行 效率 低下, 這 無疑降低了電廠的收入. 同時, 手動操作發(fā)電機既費時 又費力, 其值班人數(shù)也較多, 這又無疑提高了水庫的運 行成本, 也增加了許多不安全因素. 新建電站采用了最 新的計算機自動化控 制系統(tǒng), 由運 行人 員直 接 操作 的 設(shè)備大大減少, 操作步驟大大簡化, 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 行的 可 收稿日 期:2009-01-10 作者簡 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) 自動化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 全站的自動 化 系 統(tǒng)均 采 用 N -2001 型 號 的 自 動 JK 化系統(tǒng), 該系統(tǒng)分層分布式系統(tǒng), 其結(jié)構(gòu)圖見圖1 . 該系統(tǒng)可以分為兩個層次, 即: 上位機主控制層和 現(xiàn)地控制層. 上位機主控制層是 電 站的 監(jiān)控 中心, 負責 完成 電 站機組的空轉(zhuǎn)、 空載、 電 及停 機等 操作, 以及 采集 并 發(fā) 顯示電站中各設(shè)備的 實時 參數(shù), 并 記錄 到 系統(tǒng) 的數(shù) 據(jù) 庫中. 上位機主控層由兩臺計算機、 兩臺打印機、 一套語 音報警裝 置和一 個 GPS 衛(wèi)星 校時系統(tǒng) 組成. 兩臺計 算 機一臺作為主機, 另一臺熱備,

8、這樣大大的提高了上位 機主控制層的可靠性. 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 傳來 的 控 制命令, 并實施主要的控制操作, 同時還要采集一些上 第2 期 趙 英等: 基于四嶺水電站的綜合自動化系統(tǒng)應(yīng)用研究 25 位機不采集的設(shè)備的 數(shù)據(jù), 并 通過 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立性, 它可以在主控層不運行的情況下獨立對電站的各設(shè)備 狀態(tài)進行監(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)控畫面功能 (

9、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 出 3 .2 數(shù)據(jù)采集和處理功能 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). 主要包括: 機 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、 開關(guān)量的采集, 對 這 些數(shù) 據(jù)進 行處 理, 包 括越 限 處理、 報警處理及事故追憶處理, 處理后的數(shù)據(jù)以一定 的格式存入實時數(shù)據(jù) 庫, 形成 實時 數(shù)據(jù) 庫 和歷 史數(shù) 據(jù) 庫, 以備系統(tǒng)調(diào)用和 隨時 查詢, 并對 監(jiān)視 的模 擬 量、 開 關(guān)量、 脈沖量進行統(tǒng)計分析計算 含變位

10、、 ( 越限等 作為 ) 歷史數(shù)據(jù)存入歷史數(shù) 據(jù)庫, 并 作為 報表 輸 出的 主要 數(shù) 據(jù)來源. 當出現(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)目前的情況自動做出處理. 3 .3 生產(chǎn)報表功能 計算機監(jiān)控系統(tǒng)進 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. 3 .4 4 口的電氣 和 勵 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 開關(guān)的分、 合閘操作按鈕狀態(tài). 主接

11、線的運行狀態(tài)和操 作均在該畫面上進行. 當 運行 參數(shù) 超出 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) 監(jiān)控系統(tǒng)運行狀態(tài)畫面 畫面顯示監(jiān)控 系統(tǒng) 繼 電保 護、 PLC 和 測 量裝 置 的 工作狀態(tài)和參數(shù). ( 3) 電站所有需要監(jiān)測的各種 參數(shù)的 實時和歷 史 曲線圖、 棒型圖畫面. ( 4) 各種運行和管理報表及表格畫面. ( 5) 電站的平面圖、 動畫等顯示 . 運行安全監(jiān)視 水電站運行安全方 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、 復限, 故障 及事故, 異常趨勢等

12、. 計算機監(jiān)控系統(tǒng)為運行值班人員 26 浙江水利水電專科學校學報 第21 卷 對全廠各主、 輔設(shè)備 的運 行狀 態(tài)進 行實 時監(jiān) 視 提供 了 手段和工具 5 . ( 1) 越、 復限監(jiān)視 主要對異常情況 進行 監(jiān)視, 如過 壓、 過流、 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. 對這些 參數(shù) 設(shè) 置允 許運 行的 范圍, 如 高限、 高高限、 低限、 低低限等, 一般情況下當越高限或 低限時, 發(fā)報警信號; 而 當越 高 高限 或低 低限 時, 則 動 作跳開關(guān)或停機. 在出現(xiàn)參數(shù)越、 復限后要進行的處理 包括越限報警, 越、 復限時的自動顯示、 記

13、錄和打印. 存 入數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容包括: 越限名稱、 越限時間、 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 計算機監(jiān) 控系 統(tǒng) 定 時 掃 查 各 事 故 及 故 障 狀 態(tài) 信 號, 一旦發(fā)生狀態(tài)變化, 立即彈出報警窗口并發(fā)出音響 報警, 提醒值班人員, 同 時將 這 些事 故、 故障 信 息記 錄 下來, 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, 能夠自動執(zhí)行順控流程, 完成預(yù)先設(shè)計好的處 理. 系統(tǒng) 也會 將某 些在 運 行期 間 超過一定范圍的遙測值記錄下來, 并彈出報警窗口, 提 醒值班人員對即將出 現(xiàn)故障 的 部位 進行 巡

14、查, 以免 發(fā) 生重大的事故. 在人機界面中除了報警窗口外, 光字牌 畫面也可以直觀地反映各設(shè)備的運行情況. ( 3) 趨勢分析 對計算機監(jiān)控系統(tǒng)的各種電氣參數(shù)、 壓力、 發(fā)電機 定子溫度、 承 溫度、 變 油溫 等 進 行 趨 勢 記 錄 和 分 軸 主 析, 設(shè)置變化率報警, 即 在正 常 情況 下, 這些 量 的變 化 速率在一個給定的范 圍內(nèi), 當 趨勢 變化 速率 超 過限 值 時發(fā)出報警信號. 這是一種預(yù)警信號, 以便運行人員及 時采取措施, 防患于未然. 3 .5 設(shè)備操作及監(jiān)視 對于電站計算機監(jiān) 控系 統(tǒng) 而言, 最 主要 的 任務(wù) 就 是對系統(tǒng)中的自動化 設(shè)備進 行 控制 和

15、監(jiān) 測. 可 以完 成 的控制操作主要有: 機組 開機 操 作, 機組 停機 操作, 斷 路器分閘、 合閘操作, 機 組運 行 模式 切換 操作, 機組 功 率調(diào)節(jié)操作, 主閥的開、 關(guān)操作, 電站輔助設(shè)備的啟動、 停止操作等. 對一些重要設(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 時間及操作對象等. 對于那些與控制設(shè) 備無 關(guān)的 命令(

16、如 光字 牌復 歸 等 以及一些在機組出現(xiàn)事故時需立即發(fā)出的命令 如 ) ( 緊急停機等 不需要通過操作權(quán)限檢查即可發(fā)出. ) 監(jiān)視設(shè)備操作的畫面主要有: 機組主操作畫面、 機 組工況轉(zhuǎn)換流程、 機組單元接線、 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 內(nèi) 側(cè) 平 臺、 電 機 廠 發(fā) 層、 中控室、 開關(guān)室、 進廠大門等處安裝了視頻探頭. 對 電站進行實時監(jiān)視及錄像. 3 .7 事件統(tǒng)計 計算機監(jiān)控系統(tǒng) 可以 方便 地對 電站 的 有功 電量、 無功電量、 水頭等參 數(shù)進 行統(tǒng) 計 計算. 其 中, 電 量的 統(tǒng) 計可以根據(jù)要求形成 日電 量報 表、 月電

17、 量 報表 及年 電 量報表, 其中, 每個報 表的 統(tǒng)計, 又可 以按 峰、 谷 進 平、 行分類統(tǒng)計. 3 .8 軟件的自診斷與遠程診斷 監(jiān)控系統(tǒng)的診斷功能主要包括自診斷和遠方診斷 兩部分. 自診斷是用來對各子系統(tǒng)運行狀態(tài)進行監(jiān)視, 實現(xiàn)主備切換, 以及對損壞的部件進行定位, 使維護人 員容易查找和迅速處理故障, 并恢復正常運行. 4 四嶺水電站綜合自動化系統(tǒng) 的主要 特點 ( 1) 四嶺水電站自動化系統(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)相互獨立且分 布式 布置, 僅 通過 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 綜合自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢. ( 2) 開放式、 易擴展 性的設(shè)計. 通過采用國際 國內(nèi) 公認的標準 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 ) 行信息交換; 另充分考慮 到 水電 站擴 建、 造等 因素, 改 間隔層設(shè)備基于模塊 式標 準化 設(shè)計, 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)計有標準 的SCADA 功能, 同時 可以 配 置自動發(fā)電控制 AGC) 、 動電壓 控制( AVC) 、 ( 自 防誤 操 作、

19、 設(shè)備維護管 理、 話語 音報 警、 電 GPS 等 多 種高 級 功 能. ( 4) 開放的硬 件 環(huán)鏡, 計算 機 可 以采 用 各種 符 合 開放標準的 R ISC 工 作站、 各種 工業(yè) 用計 算機、 通用 等 公司的可編程控制器, 并保持對其它設(shè)備的接入開放. 第2 期 趙 英等: 基于四嶺水電站的綜合自動化系統(tǒng)應(yīng)用研究 27 5 5 .1 四嶺電站采用計算機自動化控 制系 統(tǒng)的優(yōu)點和遇到的問題 優(yōu)點 ( 1) 可轉(zhuǎn)變電站運行人員的職能 電站常規(guī)的自動控 制系 統(tǒng), 運 行人 員必 須 進行 操 筆不小的費用, 裝機 越小, 臺數(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 計算 機 監(jiān)控系統(tǒng), 由于裝機減少 了 一半, 其 自動 化 程度 又高, 還可實現(xiàn)少人甚至無 人值 守, 從而 降低 了 電力 生產(chǎn) 成 本, 提高了電站經(jīng)濟效益. 5 .2 遇到的問題及解決辦法 四嶺電站在計算機監(jiān)控技術(shù)中遇到的主要問題是 電站運行人員文化程 度都 較低, 在 接受 和 應(yīng)用 計算 機 技術(shù)上尚有一定難度. 四嶺水庫管理所考慮本電站運行人員文化程度都 較低的實際情況, 在設(shè)備 安裝 前就 安排 電 站運 行人 員 到臨安青山殿水庫培訓、 學習; 設(shè)備采購時在保證計算 機監(jiān)控設(shè)備先進性、 可靠性的前提下, 盡量購置性價比 高、 操作便利、 使

21、用簡單 型 計算 機監(jiān) 控裝 置, 以 適應(yīng) 運 行人員文化程度較差的實際情況. 作, 對機組進行調(diào)節(jié), 對 設(shè)備 進 行巡 視檢 查, 在 整點 時 對電站設(shè)備的運行狀 態(tài)及運 行 參數(shù) 進行 記錄. 電站 常 規(guī)控制系統(tǒng)不能把運行人員從重復的機械操作中解脫 出來. 電站實現(xiàn)計算機監(jiān)控后, 可轉(zhuǎn)變電站運行人員的 職能, 把運行人員從 對電 站設(shè) 備的 操作 向?qū)?電 站設(shè) 備 的管理進行轉(zhuǎn)化, 使 電站 運行 人員 有更 多的 時 間和 精 力花在電站設(shè)備的維 護和保 養(yǎng) 上, 保證 電站 設(shè) 備的 可 用性和完好性, 延長電站設(shè)備的使用壽命及檢修周期. 電站設(shè)備的一些重復操作、 調(diào)節(jié)、 運行狀態(tài)及參數(shù)的記 錄則可由計算機監(jiān)控系統(tǒng)在不須運行人員干預(yù)的情況 下自動完成. ( 2) 可進一步提高電站設(shè)備運行的可靠性 電站自動控制系統(tǒng) 要保 證 電站 設(shè)備 可靠 運行, 首 先必須保證自身能可 靠運行. 常規(guī) 自動 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 作 的準 確 性是通過動態(tài)試驗得到證實和驗證的. 系統(tǒng)運行時, 若 某一部分發(fā)生故障, 運行人員不易發(fā)現(xiàn). 若此時電站設(shè) 備再發(fā)生事故, 就有可能造成拒動或誤動的嚴重后果, 這是常規(guī)控制設(shè)備的 缺點. 電 站