微機綜合自動化在中小型水電站的應(yīng)用(一)

1、微機綜合自動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算機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計、配置、功能及特 點，淺析了微機綜合自動化技術(shù)在中小型水電站的應(yīng)用，以實現(xiàn)電站 的遙控、遙調(diào)、遙信和遙測等遠動功能。從而到達電站的無人值班或 少人值守的目的。關(guān)鍵詞：微機綜合自動化系統(tǒng)配置監(jiān)控功能1 前言二十一世紀是信息時代，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步和自動化程度的日 益提高，微機綜合自動化在電力生產(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)濟還比擬落后，科技不甚興旺，微機綜合自 動化技術(shù)只在幾個大型水電站得到應(yīng)用，而在中小型水電站的應(yīng)用受 到了制約。 1996 年，隨著國家西部大開發(fā)政策的實施，青海省有

2、史以 來最大的水利工程黑泉水庫開工建設(shè)，其附屬工程一黑泉水電站寶 庫河一級站也于 2002 年建成投運并網(wǎng)發(fā)電，而該電站微機綜合自動 化的應(yīng)用，也是我省中小水電站的第一家，經(jīng)過三年多的運行，已顯 現(xiàn)出了其優(yōu)越性，結(jié)合該電站的實際情況，現(xiàn)就微機綜合自動化在中 小型水電站的應(yīng)用問題作一淺析探討。2 電站概況黑泉水庫位于青海省大通縣寶庫河上， 距省會西寧市75KM,是一座大H型綜合水利樞紐工程，庫容 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，是寶庫河梯級電站的第一級電站，設(shè)計水頭80M,最大水頭100M，裝機容

3、量為3X 4000KW 1X 2500KV計 14500KW二級電站為 3X 3200KV三級電站為 3X 5000KW!庫河梯級電 站總裝機容量為39100KW,通過兩回35KV輸電線路并入西寧電網(wǎng)。3 計算機監(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。電站控制層負責協(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；迅速、準確、有效地完成對本站被控對象的平安監(jiān) 視和控制。操作員可以在主控制室通過人機接口對數(shù)據(jù)庫和畫面在線 修改，進行人工設(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)控主機取得 控制權(quán)的工作執(zhí)行，作為另一臺工作站只作監(jiān)測、數(shù)據(jù)通信而無控制 輸出，兩機可互相跟蹤， 系統(tǒng)軟件根據(jù)監(jiān)控主機的運行和通信、 硬件、 軟件等狀態(tài)， 進行跟蹤判別， 一旦出現(xiàn)異常， 系統(tǒng)自動給出切換信號， 由另一臺工作站代替主機的工作，同時給出主機故障提示，主機修復(fù) 啟動后，自動監(jiān)測轉(zhuǎn)到主機并將數(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)地控制層分機組LCU和公共LCU兩局部，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、準同期裝置、溫度測 量裝置、

5、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、進水口主閥和機組附屬設(shè)備。 現(xiàn)地控制層負責對水輪發(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。微機保護裝置、轉(zhuǎn)速、溫度巡檢、調(diào)速器、勵磁系統(tǒng)等設(shè)備通過現(xiàn)地LCU與以太網(wǎng)聯(lián)接，實現(xiàn)相應(yīng)參數(shù)的監(jiān)視和控制。局部沒有通訊接口的 設(shè)備那么通過現(xiàn)地控制單元的 I/0 模塊實現(xiàn)設(shè)備的控制和狀態(tài)檢測。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) 點數(shù)可達 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。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)完成電站控制層各工作站之間和來自現(xiàn)地控制層LCU的全部數(shù)據(jù)的傳輸和各種訪問請求。其網(wǎng)絡(luò)協(xié)議符合國際標準化組織 OSI 模型。具有良好的開放性。計算機監(jiān)控系統(tǒng)不會因任何一個元器件發(fā) 生故障而引起系統(tǒng)的誤操作。網(wǎng)絡(luò)成熟可靠，符合國際標準。3.4 系統(tǒng)軟件配置(1)系統(tǒng)軟件：采用中文版的美國微軟 WindowsNT 軟件，具有良好的實

7、 時性、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。(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 靈活，使用和維護方便。3.5 繼電保護系統(tǒng)的配置采用美國ABB公司生產(chǎn)的微機綜合繼電保護裝置。發(fā)電機、變壓器和 線路保護裝置均有 8 個開關(guān)量輸入和 7 個開

8、關(guān)量輸出，一個用于變化 自檢的轉(zhuǎn)換接點輸出。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。有多種通訊協(xié)議可供選擇，ABB2000R型微機保護選用ModbusPlus通 訊協(xié)議，可以通過該協(xié)議向系統(tǒng)傳送和存儲保護內(nèi)測量記錄的數(shù)據(jù)。 保護的配置整定：對于保護裝置的使用，首先要進行配置整定，輸入 相關(guān)參數(shù)，保護裝置通過這些參數(shù)進行保護功能和測量功能的計算， 配置整定可以通過前面板的 MMI或者ECP軟件進行操作。微機保護裝置還有故障錄波，故障、運行和操作記錄，測量等功能。接入保護裝置的輸入信號和保護裝置內(nèi)所有數(shù)據(jù)都有數(shù)據(jù)可能通過網(wǎng) 絡(luò)接口傳送到網(wǎng)絡(luò)上的其它設(shè)備內(nèi)。4 計算機監(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)，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機組工藝系統(tǒng)狀態(tài)畫面 畫面顯示機組及其氣、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。當氣、水、油等參數(shù)超出正常范圍或設(shè)備故障時，相應(yīng)的數(shù) 值和設(shè)備圖形顏色變化，語音設(shè)備報警。3監(jiān)控系統(tǒng)運行狀態(tài)畫面畫面顯示監(jiān)

10、控系統(tǒng)繼電保護、PLC和測量裝置的工作狀態(tài)和參數(shù)。4 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。5各種運行和管理報表及表格畫面。6電站的平面圖、動畫等顯示。4.2 遠動功能由監(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。4.3 數(shù)據(jù)采集和處理功能1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)。主要包括：機組、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、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)目前的情況自動作出處理。2機組現(xiàn)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， 對各類信息進行數(shù)據(jù)封裝后存放在現(xiàn)地控制單元的

12、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、壓差、流量、液位、溫度。 開關(guān)量：發(fā)電機斷路器位置、 繼電保護電氣事故信號、 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；油泵運行方式、設(shè)置信 號、運行狀態(tài)信號；機組各溫度信號、轉(zhuǎn)速位置信號、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；進水口閥門位置信號、機組冷卻水 信號；水機保護

13、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裝置的通訊。4.4 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 平安性。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，進行越限報警、啟動相關(guān)處理程序等操作。 1溫度量分析計算LCU周期獲得溫度測量裝置采集的溫度數(shù)據(jù)， 進行預(yù)處理，并作計算后 將數(shù)據(jù)存入LCU數(shù)據(jù)庫，實現(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：溫度畫面的實時值現(xiàn)示和歷史曲線現(xiàn)示。 溫度變化趨勢分析：實時和歷史變化曲線。 溫度越限追憶記錄：歷 史變化曲線。 正常值與實測值的比擬分析：溫度畫面中溫度現(xiàn)示值 變色，正常溫度為白色、報警溫度為黃色、停機溫度為紅色。2電量累積計算 計算機監(jiān)控系統(tǒng)對全廠有功電度量、無功電度量進行周期分項分時累 加，并存入數(shù)據(jù)庫，供顯示并制表打印。