發(fā)電廠微機監(jiān)控綜合實驗平臺

-.z---..--總結(jié)資料設(shè)備名稱發(fā)電廠微機監(jiān)控綜合實驗平臺儀器設(shè)備照片圖1直流電動機-同步發(fā)電機組圖2PGK1發(fā)電機常規(guī)控制屏圖3PGK2計算機控制屏二、實驗室的主要特點實驗室由假設(shè)干套直流電動機——同步發(fā)電機組構(gòu)成一個模擬發(fā)電廠，并與系統(tǒng)相連組成一個多機電力系統(tǒng)，能反映現(xiàn)代化電能的生產(chǎn)、傳輸、分配和使用的全過程，表達了現(xiàn)代電力系統(tǒng)先進的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)的綜合應(yīng)用。它有以下特點：1．實驗裝置與現(xiàn)代發(fā)電廠的監(jiān)視、控制、保護、檢測、網(wǎng)絡(luò)通信等功能根本一樣，提供了一個與生產(chǎn)現(xiàn)場高度逼真的物理環(huán)境和實踐平臺，學(xué)生實驗如同親歷工程實踐過程，這對加強工程教育，提高學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新意識，培養(yǎng)復(fù)合型人才十分有利，對學(xué)生的就業(yè)很有幫助。2．所有自動裝置都采用先進的全數(shù)字微機技術(shù)，包括微機保護裝置、微機測控裝置、微機調(diào)頻調(diào)速裝置、微機自動勵磁裝置、微機自動準同期裝置等。3．監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式開放構(gòu)造。上位機與現(xiàn)地控制單元之間采用RS485通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)遙測、遙信、遙控、遙調(diào)功能。4．系統(tǒng)組態(tài)性能強，每一控制層、控制站點均對學(xué)生開放。學(xué)生可以通過開放的接口和通信協(xié)議，自由獨立的設(shè)計、編寫、調(diào)試、驗證*一單元的控制操作功能，以及監(jiān)控系統(tǒng)協(xié)調(diào)和管理各現(xiàn)地控制單元的工作，以利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新能力。5．多功能的綜合實踐平臺可以進展多門課程實驗、綜合性設(shè)計性實驗、學(xué)生創(chuàng)新實驗和畢業(yè)設(shè)計，教師還可以利用實驗室進展相關(guān)的科研，還可以依托實驗室為企業(yè)培訓(xùn)人才。三、主要技術(shù)參數(shù)1、發(fā)電機組〔1〕輸入電源：三相四線，380V±10%，50Hz〔3〕發(fā)電機容量：3Kw，400V〔4〕直流電動機容量：4Kw2、設(shè)備參數(shù)〔1〕控制屏采用標準屏，外形尺寸：2200mm×800mm×600mm?！?〕PGK1常規(guī)控制屏配置有：發(fā)電機有三相電流表、三相電壓表、有功功率表、無功功率表、勵磁電壓表、勵磁電流表、頻率表；電動機有電樞電壓表、電樞電流表、勵磁電流表、數(shù)率轉(zhuǎn)速表以及操作開關(guān)、按鈕、指示燈?！?〕PGK2計算機監(jiān)控屏配置有先進的數(shù)字自動裝置：微機保護裝置、微機測控裝置、微機調(diào)頻調(diào)速裝置、微機自動勵磁裝置、微機自動準同期裝置，配有相應(yīng)的觸摸屏顯示和在線修改參數(shù)，并與上位機通訊。〔4〕PGK3系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)屏：完成發(fā)電廠與系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)的控制操作、參數(shù)測量和微機保護功能?！?〕計算機監(jiān)控系統(tǒng)：遠程實現(xiàn)對各發(fā)電機組進展遙測、遙控、遙信、遙調(diào)功能。四、可完成的實驗教學(xué)內(nèi)容為熱力工程專業(yè)學(xué)生開設(shè)多門課程實驗、綜合性設(shè)計性實驗、學(xué)生創(chuàng)新實驗和畢業(yè)設(shè)計。可以開出實驗工程有：1．同步發(fā)電機運行實驗〔1〕同步發(fā)電機空載、短路特性實驗，發(fā)電機同步電抗測定實驗；〔2〕發(fā)電機的正常運行實驗，運行狀態(tài)與有功、勵磁、系統(tǒng)電壓的關(guān)系；〔3〕平安運行極限和V形曲線測定實驗；〔4〕同步發(fā)電機進相運行實驗；〔5〕同步發(fā)電機調(diào)相運行實驗；〔6〕同步發(fā)電機失磁運行實驗；〔7〕發(fā)電機的不對稱運行實驗；〔8〕同步發(fā)電機甩負荷實驗。2．發(fā)電機組調(diào)速并網(wǎng)實驗〔1〕直流電動機調(diào)速控制PID算法實驗；〔2〕手動同期操作實驗；〔3〕微機自動準同期實驗；〔4〕同期系統(tǒng)各種錯誤接線實驗〔反相序、缺相、相別錯、極性錯等〕。3．勵磁控制實驗〔1〕不同控制角對應(yīng)的勵磁電壓波形觀測實驗；〔2〕發(fā)電機的各種起勵方法(殘壓起勵、助勵起勵、電容儲能起勵等)實驗；〔3〕不同整流方式〔全控、半控、不控、單相、三相〕實驗；〔4〕PID調(diào)節(jié)和最優(yōu)勵磁控制實驗；〔5〕半控整流的失控〔脈沖消失失控、控制角大于180o失控〕及防止實驗；〔6〕全控整流的逆變滅磁實驗；〔7〕各種調(diào)差〔零調(diào)差、正調(diào)差、負調(diào)差〕實驗；〔8〕勵磁系統(tǒng)各種故障〔電源缺相、快熔熔斷、整流管短路、PT斷線、脈沖消失等〕實驗。4．發(fā)電機微機保護實驗〔1〕發(fā)電機縱差動保護〔主保護〕整定計算和實驗；〔2〕發(fā)電機低壓閉鎖過流保護〔后備保護〕整定計算和實驗；〔3〕發(fā)電機失磁保護實驗；〔4〕過電壓、過負荷等其它保護實驗。5．電力系統(tǒng)穩(wěn)定實驗〔1〕自動勵磁控制對靜態(tài)穩(wěn)定影響實驗；〔2〕不同Eq對靜態(tài)穩(wěn)定影響實驗；〔3〕網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造變化對靜態(tài)穩(wěn)定影響實驗；〔4〕保護動作時限對暫態(tài)穩(wěn)定影響實驗；〔5〕強行勵磁對暫態(tài)穩(wěn)定影響實驗。6．發(fā)電廠監(jiān)控系統(tǒng)實驗〔1〕計算機網(wǎng)絡(luò)通信實驗；〔2〕基于各種組態(tài)軟件的發(fā)電廠監(jiān)控程序設(shè)計實驗；〔3〕數(shù)據(jù)采集和處理實驗；〔4〕遠方控制和調(diào)節(jié)實驗；〔5〕人機接口、數(shù)據(jù)庫編輯、系統(tǒng)管理實驗。五、發(fā)電機組實驗平臺構(gòu)造每套裝置包括硬件設(shè)備和軟件兩局部，單臺機組發(fā)電廠計算機監(jiān)控實驗平臺框如圖4所示。每套實驗裝置以4kW直流電動機與3kW同軸同步發(fā)電機組為被控對象，配置常規(guī)儀表測量控制屏〔PGK1〕和計算機監(jiān)視控制屏〔PGK2〕。每套裝置含調(diào)速、測量、控制、保護、勵磁調(diào)節(jié)、準同期和負載單元組成多機發(fā)電廠并通過系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)屏〔PGK3〕與電網(wǎng)400V系統(tǒng)并列運行，也可以由一套或多套機組之間通過網(wǎng)絡(luò)接入負載構(gòu)成獨立的400V孤立電網(wǎng)系統(tǒng)，可實現(xiàn)單機或多機并列運行。SHAPE圖4單臺機組發(fā)電廠計算機監(jiān)控實驗平臺框圖實驗室多套裝置組成的監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式構(gòu)造，監(jiān)控系統(tǒng)框圖如圖5所示。圖5分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)框圖該構(gòu)造具有現(xiàn)代電力系統(tǒng)鮮明的特征，應(yīng)用了先進的計算機網(wǎng)絡(luò)通信和控制技術(shù)，集測量、保護、控制、通訊、管理與一體，具有與工業(yè)現(xiàn)場接近的特點，可以實現(xiàn)發(fā)電廠綜合自動化。監(jiān)控系統(tǒng)主要由三局部組成：第一局部為設(shè)備層。其功能主要包括：對發(fā)電機運行的數(shù)據(jù)——開關(guān)量和模擬量的采集；發(fā)電機組的開機和停機；發(fā)電機組調(diào)速的控制；發(fā)電機勵磁的控制和調(diào)節(jié)；機組運行實時數(shù)據(jù)的建立；發(fā)電機故障判別和處理；實現(xiàn)與電廠層的設(shè)備通訊等。第二局部是通信網(wǎng)。各PLC裝置和PC機通過RS485網(wǎng)絡(luò)總線通信，采用標準的通信接口規(guī)約，實現(xiàn)采集有關(guān)信息、并下達控制命令及定值參數(shù)等功能。第三局部是實驗發(fā)電廠的監(jiān)控與管理系統(tǒng)。它的任務(wù)是負責完成實驗室發(fā)電廠多臺機組的控制和監(jiān)視運行數(shù)據(jù)、信息收集。所有模擬量、數(shù)字量、開關(guān)量的實時采集、處理，按照通訊規(guī)約的要求上傳給上位機，通過數(shù)據(jù)處理和通信實現(xiàn)對設(shè)備的監(jiān)視、控制功能。六、儀器設(shè)備功能、特色1、本儀器設(shè)備的功能〔1〕調(diào)速控制單元由三相可控硅智能模塊、有功功率變送器、測速發(fā)電機以及PLC組成，實現(xiàn)機組自動啟動、同步發(fā)電機自動增減負荷、頻率調(diào)整、自動開、停機等功能?！?〕發(fā)電機保護單元用微機型測控保護裝置構(gòu)成同步發(fā)電機的差動保護、失磁保護、定子與轉(zhuǎn)子接地保護、復(fù)合電壓過流保護、過負荷保護等?！?〕自動裝置控制單元包括自動發(fā)電、勵磁調(diào)節(jié)、準同期并網(wǎng)裝置。自動發(fā)電、勵磁調(diào)節(jié)、并網(wǎng)均具有手動、全自動兩種功能，可分別由PLC和單片機兩種裝置由兩種硬、軟件構(gòu)成?！?〕常規(guī)儀表監(jiān)控每臺機組的電壓、電流、頻率、有功功率、無功功率、功率因數(shù)表用指針式儀表構(gòu)成。各種表計、TA、TV、控制開關(guān)及信號燈采用屏式構(gòu)造。〔5〕計算機監(jiān)控計算機監(jiān)控硬件主要由數(shù)據(jù)采集單元、計算機兩大局部及各種軟件構(gòu)成。監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式構(gòu)造，每臺發(fā)電機配PLC和PC機，采用屏式構(gòu)造。完整地實現(xiàn)對直流電動機、同步發(fā)電機的計算機控制、監(jiān)視、顯示等功能。實驗發(fā)電廠上位機監(jiān)控系統(tǒng)用于綜合自動化系統(tǒng)的組態(tài)控制、運行監(jiān)視、操作、信息管理和優(yōu)化控制。2、本儀器設(shè)備的特色〔1〕構(gòu)建了一個多機電力系統(tǒng)的多功能實驗平臺。隨著電力系統(tǒng)不斷擴大和科學(xué)技術(shù)的開展，電力系繞的技術(shù)更新大大加快，作為面向21世紀的熱力工程，對學(xué)生提出更高的要求，要求具有先進而廣博的知識；具有提出問題、發(fā)現(xiàn)問題和綜合處理的能力；具有創(chuàng)新性的思維，這就必須通過工程實踐進展培養(yǎng)。發(fā)電廠是電力系統(tǒng)的源頭，是電力系統(tǒng)最重要、最復(fù)雜、技術(shù)最密集的局部，集中表達了現(xiàn)代電力系統(tǒng)先進的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息處理技術(shù)的綜合運用?；毓灿邪伺_發(fā)電機組構(gòu)成多機電力系統(tǒng)，然后與大電網(wǎng)并列運行，每臺機組配置先進的計算機技術(shù)為核心的測控裝置，全廠開發(fā)了一套計算機監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可以遠程實現(xiàn)對各發(fā)電機組進展遙測、遙控、遙信、遙調(diào)功能。其實驗內(nèi)容和實驗工程與實際運行的電力系統(tǒng)十分相似，實驗接近于工業(yè)現(xiàn)場，使學(xué)生所學(xué)專業(yè)理論知識與實踐的認識進一步提升，學(xué)生不僅學(xué)會試驗方法和監(jiān)控機組運行的技能，而且掌握了專業(yè)知識設(shè)計方法和研制開發(fā)應(yīng)用軟件。經(jīng)過多年努力，實驗室建立成績斐然，面藐煥然一新，建成了包括本裝置在內(nèi)的幾個各具特色的實驗實踐基地，進入了全國同類專業(yè)的先進展列。附：詳細技術(shù)指標〔供投標用〕項號貨物名稱或技術(shù)條款技術(shù)要求1發(fā)電機組全套裝置可以開出實驗工程：1．同步發(fā)電機運行實驗：2．發(fā)電機組調(diào)速并網(wǎng)實驗；3．勵磁控制實驗：4．發(fā)電機微機保護實驗；5．電力系統(tǒng)穩(wěn)定實驗；6．發(fā)電廠監(jiān)控系統(tǒng)實驗；7．線路三段式微機保護實驗；8．發(fā)電廠運行調(diào)度實驗。數(shù)字化發(fā)電機組成套裝置由以下單元構(gòu)成：發(fā)電機組、機組常規(guī)監(jiān)控屏、機組微機監(jiān)控屏、系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)屏、中央調(diào)度控制系統(tǒng)。微機調(diào)頻調(diào)速裝置、微機可編程自動勵磁裝置、微機自動準同期裝置。一、發(fā)電機組主要技術(shù)參數(shù)發(fā)電機組包括Z2直流電動機和STC三相發(fā)電機組：〔1〕三一樣步發(fā)電機：STC-3型，P=3kW，Un=400V，COSφ=0.8，1500r/min，勵磁電壓UF=55V，IF=5.3A，自勵和他勵方式可切換；〔2〕直流電動機：Z2-42型，P=4kW，Un=220V，勵磁電壓UF=220V，IF=0.81A，三相交流輸入電源經(jīng)調(diào)速器整流成直流0~250V。二、機組常規(guī)監(jiān)控屏主要技術(shù)參數(shù)機組常規(guī)監(jiān)控屏：〔1〕控制屏采用標準屏，外形尺寸：2200mm×800mm×600mm?！?〕常規(guī)控制屏配置有：發(fā)電機有三相電流表、三相電壓表、有功功率表、無功功率表、勵磁電壓表、勵磁電流表、頻率表；電動機有電樞電壓表、電樞電流表、勵磁電流表、數(shù)率轉(zhuǎn)速表以及操作開關(guān)、按鈕、指示燈，指針式測量表計的測量精度為1.0~2.5級。〔3〕可實現(xiàn)發(fā)電機組啟動、準同期并列、增減負荷等功能。三、機組微機監(jiān)控屏主要技術(shù)參數(shù)機組微機監(jiān)控屏：〔1〕控制屏采用標準屏，外形尺寸：2200mm×800mm×600mm?！?〕微機控制屏配置有：發(fā)電機組微機保護裝置：具有縱差動保護、失磁保護、過電壓保護、后備保護等功能；雙以太網(wǎng)+雙485通信接口；與上位機通信，實現(xiàn)遙測、遙信、遙控功能，數(shù)據(jù)共享；嵌入式實時多任務(wù)處理。微機調(diào)頻調(diào)速裝置：i、自動調(diào)節(jié)與控制功能：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)：在同步發(fā)電機空載運行時，可實現(xiàn)機組轉(zhuǎn)速的調(diào)整，與自動準同期裝置配合，能實現(xiàn)快速并網(wǎng)。功率調(diào)節(jié)：在發(fā)電機并列運行時，可實現(xiàn)功率的調(diào)節(jié)；接入電動機電樞電流的反應(yīng)信號，能根據(jù)負荷給定值，調(diào)整發(fā)電機的出力；在孤立電網(wǎng)負載運行時，可實現(xiàn)機組功率的有差調(diào)節(jié)。ii、手動控制功能：現(xiàn)地手動控制。模擬監(jiān)控柜中設(shè)有手動調(diào)速按鈕，當調(diào)速器上電運行后，即可通過手動調(diào)速按鈕控制電機。遠方手動控制。遠方控制命令由通信總線送至調(diào)速器內(nèi)的PLC，可進展機組有功的遠方調(diào)控。iii、平安保護功能：緊急停機。當機組過速或出現(xiàn)嚴重的電氣和機械故障，必須緊急停機時，可直接按裝置面板上的“啟動/停頓〞按鈕，便能實現(xiàn)緊急停機。電機過流保護。調(diào)速器自動對電動機電樞電流進展監(jiān)測，當其到達保護整定值時，調(diào)速器內(nèi)置過流保護繼電器動作，跳開電動機電源。iv、在線診斷功能：能在線診斷如下故障，裝置信號檢測環(huán)節(jié)故障；電動機整流功率單元故障；電動機過流保護動作。v、配有觸摸屏顯示，能在線修改參數(shù)設(shè)置，并與上位機通信實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。微機可編程自動勵磁裝置：通過微機對及相應(yīng)實現(xiàn)自動起勵建壓，自動電壓調(diào)整，增、減勵磁控制，無功功率自動調(diào)節(jié)，能實現(xiàn)手動〔恒勵磁電流〕、恒功率因數(shù)、恒無功、恒發(fā)電機電流等控制功能，具有過勵、欠勵、強勵限制等。具有兩種起勵方式：自動起勵、零起手動升壓。無功調(diào)差調(diào)節(jié)，可任意設(shè)定正、負調(diào)差方式，且調(diào)差率大小連續(xù)可調(diào)。保證機組突甩負荷時機端電壓能迅速穩(wěn)定在額定電壓，超調(diào)量不應(yīng)超過15%UN。保證發(fā)電機穩(wěn)定運行于空載、發(fā)電、調(diào)相、停機等工況?？赏ㄟ^串行通訊方式或其它通訊方式接入廠內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)。采用自并勵磁系統(tǒng)，功率局部采用集成了觸發(fā)單元的智能型可控硅模塊，移相控制信號為PLC的D/A模塊輸出的模擬電壓。工作方式：按手動、自動方式工作，手動通道自動跟蹤自動通道，自動通道故障或PT、CT斷線時自動切換至手動通道，切換過程無波動。配有觸摸屏顯示，能在線修改參數(shù)設(shè)置，并與上位機通信實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。勵磁功能及控制性能應(yīng)到達以下技術(shù)指標：調(diào)壓*圍自動：10%~120%；手動：5%~130%。調(diào)壓精度 ≤空載額定電壓的0.1%。調(diào)差*圍 ±30%，級差0.1％。穩(wěn)態(tài)增益 ≥500倍。暫態(tài)增益 ≥40倍。調(diào)壓速度 0.3%~1%額定空載電壓/秒〔默認0.5%〕。電壓分辨率 ≤0.05%額定空載電壓。V/F特性不大于±0.25%額定空載電壓/1Hz。勵磁系統(tǒng)響應(yīng)時間上升值≤0.07s；下降值≤0.12s；電壓響應(yīng)比≥2.0。5%空載階躍響應(yīng)超調(diào)量≤階躍量5%，震蕩次數(shù)小于2次，時間小于3秒。100%零起升壓最大電壓≤110%空載額定電壓，震蕩次數(shù)小于2次，時間小于5秒。微機自動準同期裝置：具備功能，跟蹤系統(tǒng)頻率、采用模糊控制變參數(shù)調(diào)節(jié)；跟蹤網(wǎng)壓、寬脈沖調(diào)節(jié)或計數(shù)調(diào)節(jié)；對待發(fā)電機自動調(diào)壓、調(diào)頻、以恒定導(dǎo)前時間tdp發(fā)出合閘脈沖〔命令〕完成并列操作。十進制數(shù)字顯示器可顯示以下參數(shù)：發(fā)電機電壓UF、電網(wǎng)電壓Us、發(fā)電機頻率Ff、電網(wǎng)頻率Fs、電壓差△u、頻率差△f、導(dǎo)前角dα、相角差△δ。有指示燈指示。各控制繼電器動作時，相應(yīng)指示燈亮。相角差有指示燈指示。參數(shù)可在線修改并斷電保存。裝置故障時，自動封鎖調(diào)壓、調(diào)頻及合閘命令。并發(fā)出故障信號。能提供RS-485串行通信接口與上位計算機系統(tǒng)通信。能自動準確測量并記憶斷路器合閘回路時間。技術(shù)條件，裝置電源：80-260VAC/VDC輸入信號：發(fā)