微機(jī)綜合自動(dòng)化技術(shù)在小型水電站的應(yīng)用與評(píng)價(jià)

1、微機(jī)綜合自動(dòng)化技術(shù)在小型水電站的應(yīng)用與評(píng)價(jià)摘要：從工程實(shí)際出發(fā)，簡(jiǎn)明介紹了微機(jī)綜合自動(dòng)化技術(shù)在西北口水電站的配置與應(yīng)用，并總結(jié)了系統(tǒng)的運(yùn)行效果及不足之處。關(guān)鍵詞：水電站；微機(jī)綜合自動(dòng)化；配置與應(yīng)用；效果評(píng)價(jià)1西北口水電站概述宜昌市西北口水電站裝有3臺(tái)6300kW水輪發(fā)電機(jī)組，第一期工程完成1#、2#機(jī)組的安裝，工程于1992年6月20日建成并網(wǎng)發(fā)電；第二期工程完成3號(hào)機(jī)組的安裝，主設(shè)備采用微機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，工程于2001年6月20日建設(shè)完成，試運(yùn)行成功后順利并網(wǎng)發(fā)電。第三期工程完成1#、2#機(jī)組微機(jī)綜合自動(dòng)化改造，工程于2001年12月21日建成。3臺(tái)機(jī)組機(jī)端電壓均為6.3kV，其中1、2號(hào)機(jī)組通

2、過(guò)1號(hào)主變將電壓升高為110kV,3號(hào)機(jī)組通過(guò)2號(hào)主變將電壓升高為35kV和110kV。6.3kV母線采用單母線分段接線，110kV母線采用單母線接線。水電站共有出線二回，一回35KV線接至棠埡變電站，輸送距離為6公里；另一回110KV線接至黃金卡變電站，輸送距離為50公里。2微機(jī)綜合自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展概況及在水電站中應(yīng)用的意義最初的微機(jī)技術(shù)在水電站自動(dòng)控制領(lǐng)域中采用硬件“軟化”技術(shù)，把由水電站常規(guī)電氣設(shè)備完成的功能通過(guò)微機(jī)的軟件完成，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的硬件接線，提高了系統(tǒng)工作的可靠性。但計(jì)算機(jī)各個(gè)功能單元之間基本上沒(méi)有實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，功能單元之間的協(xié)調(diào)工作是通過(guò)硬件接口電路來(lái)完成的隨著科技的進(jìn)步，微機(jī)

3、綜合自動(dòng)化技術(shù)迅猛發(fā)展，能夠滿足水電站的各種控制要求。水電站主設(shè)備和輔助設(shè)備的控制由分布在各地的計(jì)算機(jī)執(zhí)行，利用通訊網(wǎng)絡(luò)將各地的計(jì)算機(jī)連網(wǎng)，保證了數(shù)據(jù)能進(jìn)行有效的傳遞。系統(tǒng)除了硬件接口電路外，還有軟件接口電路，使得某一功能單元的數(shù)據(jù)信息能被其他功能單元或更高層次的微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)所利用。外部通訊接口電路，使得微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能與外部計(jì)算機(jī)或與其他生產(chǎn)廠家提供的監(jiān)控系統(tǒng)相連。微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)集成度高，設(shè)備占用空間少，外部連接電纜數(shù)量少，增加了系統(tǒng)工作的可靠性。微機(jī)綜合自動(dòng)技術(shù)可以有效提高水電站的調(diào)峰能力，加快并網(wǎng)發(fā)電過(guò)程，提高供電質(zhì)量，并為實(shí)現(xiàn)水電自動(dòng)化調(diào)度奠定基礎(chǔ)。3微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的配置與應(yīng)用微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在

4、水電站中可與常規(guī)自動(dòng)控制系統(tǒng)相結(jié)合，由計(jì)算機(jī)完成設(shè)備的參數(shù)巡檢及定時(shí)記錄，兩者共同完成對(duì)設(shè)備的操作、控制和調(diào)節(jié)。目前較先進(jìn)的組合方式是全計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，即分層分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，按系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能分為二個(gè)層次，上面一層稱(chēng)為上位機(jī)，一般由工控機(jī)擔(dān)當(dāng)；下面一層稱(chēng)為現(xiàn)地控制單元LCU，一般由工控機(jī)和PLC共同擔(dān)當(dāng)。圖1西北口水電站網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)圖西北口水電站裝機(jī)容量不大，但在黃柏河流域處屬于調(diào)峰電站，開(kāi)停機(jī)頻繁，對(duì)工作可靠性要求非常高，此次改造采用全計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。根據(jù)水電站機(jī)組臺(tái)數(shù)、升壓站設(shè)備和輔助設(shè)備的數(shù)量，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)置2臺(tái)上位機(jī)和4臺(tái)現(xiàn)地控制單元LCU2臺(tái)上位機(jī)由工控機(jī)擔(dān)當(dāng)，4臺(tái)現(xiàn)地

5、控制單元由PLC和IPC共同擔(dān)當(dāng)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)如圖1所示。2臺(tái)上位機(jī)是本站的2臺(tái)主工作站，各用1臺(tái)一體化工控機(jī)擔(dān)當(dāng)，PHI/550MHZ/128MB/15G型工控機(jī)，配有21CRT、通訊卡、網(wǎng)卡各1套，設(shè)置在中控室主控臺(tái)，屬于電站層控制系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，上位機(jī)沒(méi)有直面控制設(shè)備，但它通過(guò)通信方式獲得各設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)，可以完成現(xiàn)地LCU的控制功能，對(duì)設(shè)備進(jìn)行全面調(diào)控，是水電站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的核心。它的基本功能是對(duì)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示、調(diào)控、數(shù)據(jù)管理、事件順序記錄、事故、故障報(bào)警記錄、統(tǒng)計(jì)計(jì)算、數(shù)據(jù)通信及打印輸出等。4臺(tái)現(xiàn)地LCU，各由1臺(tái)一體化工控機(jī)和PLC組成。PII/450M

6、HZ/64MB/6.4G型工控機(jī)，配有2塊采集控制模板及17CRT、通訊卡、網(wǎng)卡各1套。采用日本歐姆龍公司生產(chǎn)的OMRONC200HX型PLC，配有電源模塊，CPU模塊，4塊16點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸入模塊，4塊16點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸出模塊。現(xiàn)地LCU的數(shù)量是根據(jù)水電站的裝機(jī)臺(tái)數(shù)、升壓站及輔助設(shè)備的數(shù)量來(lái)確定的。3臺(tái)機(jī)組各裝1臺(tái)現(xiàn)地LCU,屬于機(jī)組層控制系統(tǒng)。機(jī)組LCU具備監(jiān)控、保護(hù)、報(bào)警、記錄、顯示和通訊等功能。順控功能能完成機(jī)組開(kāi)停機(jī)控制、有功和無(wú)功調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)可以在現(xiàn)地手動(dòng)操作，也可以受控于上位機(jī)。根據(jù)水電站實(shí)際需要，順控功能還將機(jī)組冷卻水、蝶閥等設(shè)備的控制納入其中。一旦機(jī)組事故，保護(hù)功能可作用于機(jī)組停機(jī)

7、、跳閘和滅磁，提高了保護(hù)動(dòng)作的可靠性。通訊功能使得機(jī)組LCU與微機(jī)勵(lì)磁裝置、調(diào)速器、溫巡裝置及上位機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)通訊。升壓站設(shè)備及油、水、氣等輔助設(shè)備共用1臺(tái)公用LCU，屬功能單元層控制系統(tǒng)。公用LCU主要是對(duì)開(kāi)關(guān)站設(shè)備進(jìn)行保護(hù)、控制、電量監(jiān)視、數(shù)據(jù)采集、越限報(bào)警、事故報(bào)警、對(duì)輔助設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控及與上位機(jī)通訊等。4臺(tái)現(xiàn)地LCU都可以作為獨(dú)立的監(jiān)控裝置運(yùn)行，當(dāng)與上位機(jī)失去聯(lián)系時(shí)，如現(xiàn)地LCU與上位機(jī)的通道發(fā)生故障或上位機(jī)本身故障時(shí)，現(xiàn)地LCU能脫機(jī)單獨(dú)完成對(duì)所屬設(shè)備的監(jiān)控和調(diào)節(jié)，提高了設(shè)備的利用率和運(yùn)行的可靠性。機(jī)組的勵(lì)磁和頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)也屬于功能單元層控制系統(tǒng)，兩者均有獨(dú)立的PLC對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，它

8、們與上位機(jī)和相應(yīng)機(jī)組LCU之間已實(shí)現(xiàn)了通信聯(lián)系。在上位機(jī)和現(xiàn)地機(jī)上均可對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，并可查看相應(yīng)機(jī)組的頻率、勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流和導(dǎo)葉開(kāi)度等數(shù)據(jù)。所有現(xiàn)場(chǎng)機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行實(shí)時(shí)信息都必須由LCU進(jìn)行采集和處理，然后把信息逐級(jí)送到上位機(jī)，讓運(yùn)行人員通過(guò)人機(jī)聯(lián)系全面了解設(shè)備的運(yùn)行工況；上位機(jī)的指令也通過(guò)上位機(jī)下傳至LCU，由LCU來(lái)執(zhí)行。上位機(jī)和LCU之間的這種聯(lián)系是通過(guò)星形以太網(wǎng)絡(luò)來(lái)完成。4運(yùn)行效果評(píng)價(jià)西北口水電站微機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)已運(yùn)行多年，實(shí)踐證明該系統(tǒng)能夠滿足基本的功能：一是在控制方式方面，采用PLC對(duì)機(jī)組及部分輔助設(shè)備進(jìn)行微機(jī)控制，技術(shù)先進(jìn)。二是在操作方式方面，采用現(xiàn)地操作和遠(yuǎn)方操作相結(jié)

9、合的方式，操作方便。三是在監(jiān)控方式方面，采用組態(tài)王工控軟件開(kāi)發(fā)的監(jiān)控系統(tǒng)，可以對(duì)設(shè)備參數(shù)和狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控，系統(tǒng)界面友好，運(yùn)行、維護(hù)和檢修方便。但該系統(tǒng)在運(yùn)行中還存在美中不足，為了更好地完善系統(tǒng)功能，今后還應(yīng)做好如下工作。4.1對(duì)誤差補(bǔ)償技術(shù)的研究在參數(shù)設(shè)置正常的情況下，機(jī)組輔助設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，有時(shí)不響警鈴，也沒(méi)有報(bào)警窗口推出；有時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)有報(bào)警窗口推出而輔助設(shè)備拒動(dòng)。出現(xiàn)這種現(xiàn)象說(shuō)明變送器測(cè)量誤差較大，導(dǎo)致上位機(jī)與現(xiàn)地控制不同步。建立動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償機(jī)制，提高測(cè)量精度，是確保設(shè)備安全運(yùn)行的有效措施，對(duì)誤差補(bǔ)償技術(shù)的研究是一個(gè)亟待解決的課題。4.2在機(jī)組LCU故障的情況下保證機(jī)組正常啟停的研究西北口水電站

10、所有機(jī)組的啟停都必須經(jīng)過(guò)PLC完成，若現(xiàn)地LCU因故不能運(yùn)行，則無(wú)法進(jìn)行開(kāi)機(jī)并網(wǎng)操作，也無(wú)法完成機(jī)組的正常停機(jī)和事故停機(jī)操作，影響了系統(tǒng)工作的可靠性，因此對(duì)機(jī)組LCU故障的情況下保證機(jī)組正常啟停的研究也是一個(gè)重要的研究課題。建議在進(jìn)行機(jī)組微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，采用微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為主、繼電器控制為輔的操作模式，即在微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，增加手動(dòng)操作機(jī)組開(kāi)停機(jī)和增減負(fù)荷的功能，用較少的投資保證系統(tǒng)工作的可靠性。4.3對(duì)運(yùn)行中出現(xiàn)的其他問(wèn)題的研究按正常程序進(jìn)行微機(jī)開(kāi)機(jī)操作時(shí)，有時(shí)開(kāi)機(jī)流程顯示正常，而發(fā)電機(jī)無(wú)任何響應(yīng)，需重發(fā)開(kāi)機(jī)令，機(jī)組才能正常開(kāi)機(jī)并網(wǎng)。公用LCU有時(shí)會(huì)無(wú)故自動(dòng)退出運(yùn)行，致使部分運(yùn)行數(shù)據(jù)丟失，導(dǎo)致計(jì)量失準(zhǔn)。工控機(jī)因故退出系統(tǒng)后再重新投入運(yùn)行時(shí)，對(duì)一直保持運(yùn)行狀態(tài)的斷路器等設(shè)備會(huì)重新記錄一次動(dòng)作狀態(tài)，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)量動(dòng)作記錄次數(shù)與實(shí)際不符。電度量計(jì)量不準(zhǔn)確