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青溪水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造設(shè)計

時間:2008-08-19 10:26:00來源:ronggang

導(dǎo)語:?本文介紹了青溪水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組成和功能,并對舊的控制系統(tǒng)存在問題提出解決方法。本文對國內(nèi)大中型水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計具有借鑒作用
摘要:本文介紹了青溪水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)的組成和功能,并對舊的控制系統(tǒng)存在問題提出解決方法。本文對國內(nèi)大中型水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計具有借鑒作用。 關(guān)鍵詞:水電廠 計算機監(jiān)控系統(tǒng) 改造 設(shè)計   青溪水電廠裝機容量4×36MW,位于廣東省東部汀江干流,1993年建成發(fā)電。該廠投產(chǎn)時機組控制系統(tǒng)采用了常規(guī)控制為主、計算機控制為輔的設(shè)計方案,受當(dāng)時計算機水平的限制,采用80286微機作為上位機,Bitbus作為控制網(wǎng)絡(luò),存在網(wǎng)絡(luò)通訊率低、可靠性較差等問題。另外上位機采用IRMX操作系統(tǒng),通用性較差,難以實現(xiàn)與省電力調(diào)度通訊功能。為了滿足水電廠“無人值班”(少人值守)的要求,實現(xiàn)由上級電力調(diào)度直接遠(yuǎn)方開停機,2001年我們采用南京南瑞集團公司的全分布開放式控制系統(tǒng)對該廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)進行了改造,完全取消了常規(guī)控制,實現(xiàn)全計算機控制。改造后的監(jiān)控系統(tǒng)代表了目前我國水電廠自動控制的最新水平。 一、系統(tǒng)構(gòu)成與配置   1、主機兼操作員工作站   配置2臺Compaq公司的Alpha Station XP1000工作站(500MHz 64bit CPU;256MB 內(nèi)存;9.1G 硬盤),雙機冗余,互為熱備用。運行UNIX操作系統(tǒng),人機接口選用WINDOWS/MOTIF。主機可實現(xiàn)廠站級控制系統(tǒng)的全部功能。   2、工程師工作站:   配置1臺Compaq公司的Alpha Station XP1000工作站,實現(xiàn)系統(tǒng)管理及維護功能。   3、通訊工作站   通訊工作站主要用于本計算機監(jiān)控系統(tǒng)與省電力調(diào)度中心、地區(qū)調(diào)度中心及本廠其它系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊。   通訊工作站選用1臺美國ICS 工業(yè)控制機(800MHz PⅡ CPU ,128MB 內(nèi)存,15G硬盤,并配有8串口接口板)   4、現(xiàn)地控制單元LCU   整個控制系統(tǒng)配置6個LCU,其中每臺機組1個LCU,1個公用LCU和1個開關(guān)站LCU。分別負(fù)責(zé)水輪發(fā)電機組、公用輔助設(shè)備、開關(guān)站的數(shù)據(jù)采集及控制。 LCU采用美國AB公司的 Controllogix PLC為核心。Controllogix PLC是AB公司最新推出的新一代PLC,體現(xiàn)了控制系統(tǒng)的最新發(fā)展方向,具有如下特點:機架采用無源多主總線設(shè)計思想;多處理器可同時在一個機架上實現(xiàn)多任務(wù)控制;帶電插拔任何模塊而不影響其它模塊工作;龐大的I/O容量,12800離散I/O,4000模擬I/O;強大的網(wǎng)絡(luò)共享功能;性價比高。   考慮到PLC的溫度采集模塊價格高,所以選用微機溫度巡檢保護裝置用于溫度量測量和保護。   為了在LCU查看機組運行參數(shù),配置了彩色觸摸顯示屏。
  系統(tǒng)I/O配置表:   LCU電源:改造前每個LCU僅一路交流220V電源供電,配一個UPS。運行經(jīng)驗表明小型UPS內(nèi)部蓄電池壽命較短,使用幾年后容量容易變小,失去UPS作用。因為水電廠具有非常可靠的220V直流電源系統(tǒng),所以本次改造中LCU電源采用交直流雙電源供電,極大提高電源可靠性。   5、控制網(wǎng)絡(luò)   主機、工程師工作站、通訊工作站和各LCU通過10/100M網(wǎng)絡(luò)交換機組成快速以太網(wǎng)。采用TCP/IP協(xié)議。主機、工程師工作站、通訊工作站通過雙絞線、LCU通過光纖接入網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)速率100Mbps。   6、GPS衛(wèi)星時鐘系統(tǒng)   為主機及各LCU提供標(biāo)準(zhǔn)時鐘,以獲得電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)時鐘和便于事故時事件順序分析。 二、系統(tǒng)功能   本系統(tǒng)由廠級計算機和LCU組成,LCU負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集與控制,并向上位機發(fā)送采集的數(shù)據(jù)和事跡信息,接受上位機下行命令對設(shè)備進行控制,能脫離上位機獨立工作,所以在功能分工上,數(shù)據(jù)采集和控制由LCU完成的,上位機完成數(shù)據(jù)庫功能和全廠級控制功能(如機組間最優(yōu)負(fù)荷分配控制)。   1、數(shù)據(jù)采集與處理   LCU對電廠的主輔設(shè)備的運行狀態(tài)、運行參數(shù)及測量值進行實時采集、工程量化,存入數(shù)據(jù)庫,作為實時監(jiān)視、報警、控制、計算和處理的依據(jù)。采集對象分為模擬量、開關(guān)量、脈沖量、數(shù)碼量等。  ?。?)模擬量   對模擬量處理有斷線檢測、數(shù)字濾波、數(shù)據(jù)合理性判斷、標(biāo)度換算、越復(fù)限報警等。  ?。?)開關(guān)量   開關(guān)量包括事件順序記錄(SOE)開關(guān)量和普通開關(guān)量兩種。   SOE開關(guān)量指事故、斷路器分合及重要繼電保護的動作信號。監(jiān)控系統(tǒng)采用中斷方式迅速響應(yīng)動作信號并以毫秒級的時間分辨率進行記錄。   普通開關(guān)量指SOE開關(guān)量以外的開關(guān)量。   (3)脈沖量   主要用于對電表輸出的電量脈沖進行累計,實現(xiàn)電量累計、管理。但前幾年運行經(jīng)驗看,一旦LCU失電或退出維護時無法采集脈沖,就造成電量累計不準(zhǔn)。所以我們?nèi)扛挠脭?shù)字智能式電表,該電表本身具有電量累計功能。監(jiān)控系統(tǒng)通過串口讀取電表數(shù)據(jù),取消了脈沖量采集。  ?。?)綜合量   綜合量包括綜合開關(guān)量和綜合模擬量,是對采集的量進行邏輯、四則運算后得到的量,如機組狀態(tài)等。   2、控制操作   控制方式分電網(wǎng)調(diào)度、水電站中控和設(shè)備現(xiàn)地三級。平時監(jiān)控系統(tǒng)主要用前二級,現(xiàn)地僅用于調(diào)試和應(yīng)急處理。   監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)電廠當(dāng)前運行情況和遠(yuǎn)方、當(dāng)?shù)氐目刂泼?、自動發(fā)電控制(AGC)及自動電壓控制(AVC)的計算,對電廠設(shè)備進行控制及調(diào)節(jié),包括機組狀態(tài)轉(zhuǎn)換;機組有功、無功功率的閉環(huán)調(diào)節(jié);開關(guān)、刀閘、地刀的操作;輔助設(shè)備、公用設(shè)備的啟停操作;閘門啟閉操作等。   機組有功、無功功率給定可以由運行值班人員在中控室輸入或由上級調(diào)度中心在遠(yuǎn)方輸入,也按預(yù)定的負(fù)荷曲線給定。監(jiān)控系統(tǒng)將對該給定值的合法性進行檢查,在調(diào)節(jié)過程中按PID運算,向調(diào)速器和勵磁調(diào)節(jié)器發(fā)出調(diào)節(jié)命令。   為保證調(diào)節(jié)安全可靠和機組穩(wěn)定運行,采取一系列限制與保護措施,如功率限制、電壓保護、電流保護、避開機組振動區(qū)等。   3、安全運行監(jiān)視與事故報警  ?。?)實時監(jiān)視:運行值班人員可以通過監(jiān)控系統(tǒng)的大屏幕監(jiān)視器對全廠各主、輔設(shè)備、公用設(shè)備的運行狀況、運行參數(shù)進行實時監(jiān)視。   (2)參數(shù)越限報警:監(jiān)控系統(tǒng)能對某些參數(shù)及計算數(shù)據(jù)進行越限報警,并自動記錄。  ?。?)事故順序記錄:當(dāng)電廠發(fā)生事故時,監(jiān)控系統(tǒng)將對事件立即響應(yīng)并以毫秒級分別率予以記錄,以便事故分析。   (4)故障及狀態(tài)顯示記錄:監(jiān)控系統(tǒng)定時掃描各故障及狀態(tài)信號,一旦發(fā)生狀態(tài)變化將予以記錄并顯示故障狀態(tài)名稱及其發(fā)生時刻。  ?。?)語音報警:一旦電廠發(fā)生事故、故障,系統(tǒng)能自動實現(xiàn)漢語語音報警,并可以   將故障信息發(fā)到有關(guān)人員手機和BP機上,有利于故障處理。   4、自動發(fā)電控制(AGC)   AGC指按指定條件和要求,以經(jīng)濟、迅速方式自動控制水電廠有功功率來滿足系統(tǒng)需要得技術(shù)。根據(jù)來水量及電力系統(tǒng)得要求,考慮電廠、機組運行限制條件,以經(jīng)濟運行為原則,確定機組運行臺數(shù),機組組合和機組間負(fù)荷分配。主要功能:按負(fù)荷曲線方式控制全廠有功功率;按給定負(fù)荷方式控制全廠總有功功率;調(diào)頻功能;機組啟停指導(dǎo)。   5、自動電壓控制(AVC)   AVC是指按預(yù)定條件和要求自動控制水電廠母線電壓或全廠無功功率。在保證機組安全條件下,為系統(tǒng)提供可充分利用的無功功率,減少電廠的功率損耗。主要功能:按給定無功方式控制全廠無功負(fù)荷分配。   6、歷史數(shù)據(jù)庫與統(tǒng)計記錄   建立歷史數(shù)據(jù)庫主要基于以下及方面原因:A、彌補計算機監(jiān)控系統(tǒng)功能上的不足:以前水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)因是實時控制系統(tǒng),沒有歷史數(shù)據(jù)庫,造成歷史數(shù)據(jù)、事件檢索困難;還有許多無法在計算機監(jiān)控上實現(xiàn)的、需要人為判斷的事件,如機組投退備用的日期等,監(jiān)控系統(tǒng)無法統(tǒng)計,造成數(shù)據(jù)累計、統(tǒng)計不準(zhǔn)確,統(tǒng)計功能無法使用。 B、提高運行管理水平的需要:可以在該系統(tǒng)上實現(xiàn)運行日志、巡檢管理、工作票與操作票管理的計算機化,提高運行管理水平現(xiàn)代化。   歷史數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用一臺單獨的PC服務(wù)器,Windows NT操作系統(tǒng),SQL數(shù)據(jù)庫,采集從監(jiān)控系統(tǒng)獲取實時數(shù)據(jù)和事件,以及人工輸入的數(shù)據(jù)、事件,經(jīng)過分類和處理,形成集中式歷史數(shù)據(jù)庫。作為水電廠的生產(chǎn)數(shù)據(jù)中心,包括實時和歷史數(shù)據(jù),還起到隔離電廠計算機局域網(wǎng)與監(jiān)控系統(tǒng)的作用。可以圖表方式顯示數(shù)據(jù),并以瀏覽器方式向全廠發(fā)布數(shù)據(jù)。給水電廠生產(chǎn)管理帶來極大方便。   7、數(shù)據(jù)通訊   青溪水電廠因沒有微波與省電力調(diào)度中心聯(lián)系,我們采用VSAT衛(wèi)星通訊方式。衛(wèi)星通訊設(shè)備費用和租用信道運行費用均很低,傳輸速率達(dá)到40~50Kbps,基本能滿足調(diào)度數(shù)據(jù)傳輸要求。不失為一種偏遠(yuǎn)地方有效的通訊方式。   8、系統(tǒng)自診斷與冗余切換   監(jiān)控系統(tǒng)具有在線自診斷功能,診斷到故障時,主備用計算機能自動切換,能保證在主機故障時備用機能正確接班。提高監(jiān)控系統(tǒng)可靠性。 三、結(jié)語   青溪水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)的模式、功能及LCU配置等方面都代表了國內(nèi)外水電廠計算機控制的發(fā)展水平和先進性,尤其PLC選型、衛(wèi)星通訊、GPS對時、建立歷史數(shù)據(jù)庫開放實時數(shù)據(jù)等具有特色,對于國內(nèi)大中型水電廠控制系統(tǒng)改造具有很好的參考價值。 參考文獻:   1、NC—2000水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)用戶手冊,南京南瑞集團,2001年   2、Controllogix PLC 用戶手冊,美國Rockwell公司,2000年

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