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贵州海里水力发电厂综合自动化技术改造

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2008/5/4 15:57:29   

 关键词:  自动化技术 自动化

摘要:主要阐述了贵州海里水力发电厂综合自动化改造的设计和设备选型,对其功能特点进行了介绍。

关键词:调速器;励磁系统;自动水位远传显示、控制;综合自动化系统

0概述

海里水力发电厂位于惠水县西南部的涟江河上,是涟江梯级开发的第二级。电厂于1995年10月正式动工兴建,2000年8月建成投产,装机容量2×8000KW,变压器容量2×10000KVA。

两台发电机和主变低压侧设6.3KV母线,主变高压侧设110KV母线,6.3KV和110KV均采用单母线接线方式,运行方式比较灵活。采用一回110KV出线至惠水龙岗变电站接入系统。

全厂的监控、保护及自动化设备全部为常规电磁和电子系统,整体自动化水平较低,可靠性较差。改造的主要内容包括调速器、励磁和监控、保护系统的更新,增加自动水位远传显示、控制系统。

1调速器改造:

原有调速器为YDT-50000型电液调速器,额定容量50000焦耳,额定工作油压2.45Mpa,主接力器行程220mm,活塞直径320mm。其自动调节、控制部分采用普通集成电路板组成,可靠性和调节特性较差;反馈部分采用机械反馈加线性电阻构成,死区较大。机械液压部分采用电液转换器、引导阀、主配压阀及杆件等构成,复中性能不好,漏油量较大,灵敏度差、死区较大。

现阶段调速器一般采用PLC(可编程序控制器)为核心,加上测频模块、电源模块、彩色触摸屏等构成电气部分,抗干扰能力强,能适应恶劣的工业环境,具备容错、自诊断功能,平均无故障时间达三十万小时以上;采用PLC内部测频方式,可同时满足适时性和测频精度的要求,机频故障时可自动地切为手动;调节规律为PID智能控制,具有良好的稳定性及调节品质;采用数字协联,协联精度高;具有可扩展通讯接口,可方便地实现调速器与计算机监控系统(或AGC)的数据通信。

机械液压部分主要采用步进电机和滚珠(梯形)丝杆控制和数字逻辑阀控制两种形式,其主要特性如下:
控制方式步进电机和滚珠丝杆数字逻辑阀
可靠性高高
抗油污能力强强
驱动力大一般
主阀通径适应各种通径适应中小通径
标准化程度一般高
静态油耗小很小
可维护性好好

由于原有,主接力器额定工作油压只有2.45Mpa,活塞直径较大,而根据调保计算导叶全关时间为6-7秒,故油流速较快、油管通径较大。如采用数字逻辑阀控制,基本上达到其主阀通径的上限,可能造成油流冲击。故决定机械液压部分选用步进电机和滚珠(梯形)丝杆控制。

新调速器系统主要特点如下:

(1)可编程控制器大量采用了滤波、隔离、看守人(看门狗)等多种软硬件抗干扰措施,其平均无故障时间达30万小时,特别适用于有强烈干扰的电站用户。
(2)机械柜无需高精度油源,步进电机和滚珠(梯形)丝杆取代了传统的电液转换器,克服了调速器的卡阻现象,系统不耗油、油泵起动次数少、油质要求低、不卡涩。用滚珠丝杆构成的引导阀自复中机构,复中精度高,断电后调速器保持接力器当前开度不变,且电机和丝杆采具有免维护的品质。
(3)具有完备的自检、自诊断、容错、保护功能,可适应水轮发电机组运行于不同的工况。
(4)自动、电手动、手动三种运行方式,可自动或随意切换而没有扰动。
(5)、调速器采用自适应式并联PID调节规律,调节性能好,运行参数可现场输入或修改。
(6)保留传统的调速器所有控制功能的同时可采用汉化显示终端,运行参数、故障状态、参数设定等均用汉字提示,一目了然,操作更加简单方便。
(7)采用电气反馈和数字协联,协联精度高,无死区。

新系统由于采用了步进电机,可以取消常规反馈部分,大大提高了调节精度,而且系统的可靠性、反应速度、抗干扰能力有很大提高,维护工作量较少。

2励磁装置改造

对励磁装置改造主要征对励磁调节系统进行,现阶段励磁调节装置主要有采用工控机控制、PLC控制、单板机控制三种形式,其中PLC控制方式具有可靠性高、功能较强、价格适中、扩展方便等优点,因此采用双PLC(可编程序控制器)组成的双通道自动励磁装置,其主要特点如下:

(1)具备励磁标准所要求的全部功能,各项性能指标均达到或优于标准要求。
(2)充分发挥可编程控制器(PLC)的软、硬件功能,配合PID调节器完成调节和控制功能并获得优良的静动态指标。
(3)硬件结构简单,实现了大部分限制和保护功能软件化。
(4)独立可靠的故障检测方式,防止漏发、误发故障信号,充分保证了故障时通道间的顺利切换。
(5)对外接口方式灵活,可通过常规继电操作方式或串行通讯方式与监控系统连接。
(6)专用调试软件调试,维护方便。 
(7)操作简单,可实现近方、远方控制,开机后自动起励、停机后自动逆变灭磁自动返回空载状态。
(8)人机界面智能化,实时显示机组参数、调节器状况和故障信息,并可实现相关控制操作。
(9)双总线结构(模拟量总线和开关量总线)内部接线简单,信号传输有序。
主要功能: 
(1)按发电机机端电压偏差进行PID调节的自动励磁调节功能;
(2)以励磁电流作为反馈量的手动调节功能;
(3)定时限自复归强励限制;
(4)直流侧短路过电流保护;
(5)按功率圆曲线规律的欠励限制;
(6)硬件调差;
(7)软件实现发电机电压的数字给定;
(8)专用数字信号处理器可以直接测频产生移相触发脉冲;
(9)通道间自动跟踪和故障自切换;
(10)PT断相检测;
(11)故障记录和追忆;
(12)残压起励功能;
(13)零起升压功能;
(14)软起动功能。

该系统具有可靠性高、反应调节速度快、维护工作量少、抗干扰能力强的优点。

3自动水位远传显示、控制系统

电厂发电以来一直没有自动水位远传显示、控制系统,上、下游水位全部由人工进行观测和报告,中控室再根据水位和调度命令控制机组出力。中间环节较多,另外水位每小时观测一次,实时性很差,观测结果的可靠性也不理想,机组不能根据水位及时自动调整负荷,更不能满足将来实现“遥信、遥测、遥控、遥调”的要求。

因此决定安装一套自动水位远传显示、控制系统,在进水口和尾水安装高可靠性的水位传感器,利用光纤实现远距离传输,在中控室安装水位/水位差专用监视/远传仪表,实时显示进水口和尾水水位,水位测量精度精确到厘米。

由于传输距离长达4KM,选用单模光纤和匹配的光通信设备进行数据的远距离传输,光纤采用架空形式,与原有10KV线路同杆双架。为满足防雷要求,在光纤两端加装防雷模块。

系统还带有通讯接口,可以向计算机监控系统提供进水口水位、尾水水位、水位差值数据,计算机监控系统根据水位和调度命令控制机组出力。

4水电站综合自动化系统

电厂现有的监控、保护系统全部采用常规监控、保护装置,自动化程度较低,由于受到设计、安装等因素的限制,中控室只能采集一些重要的电气模拟量(如机组、主变、110KV线路的电流、电压、频率、功率等)和高压断路器位置信号,而一些较为重要的非电量(如进水口水位、机组冷却水压力等)无法进行采集和显示,日常运行、维护还需要现场巡回,设备的运行状况采用人工记录来反映,及时性、准确性较差,运行人员工作量较大,不能适应小水电综合自动化程度的要求。所以决定对综合自动化系统进行更新改造,采用水电站计算机综合自动化系统。

综合自动化系统按分层分布开放式无人值班(少人值守)运行方式设计,分为电站控制层和现地控制层,电站控制层计算机监控系统主要用于综合自动化系统的组态、维护,电站运行的监视、操作、信息管理和优化控制。电站控制层和现地控制层采用局域网进行通信,现地控制层的设备之间采用现场总线网进行通信。

4.1系统特点:

(1)系统采用分层分布式开放系统结构,主机兼操作员工作站、厂长工作站、工程师兼培训工作站、通信工作站及LCU一体化工作站等均采用WindowsNT开放式操作系统,网络协议为TCP/IP,全图形化操作。

(2)监控系统的全部微机智能设备都直接接入网络,可获得高速通讯能力和资源共享能力。各设备的运行信息可直接在工作站CRT上显示,控制命令可直接由工作站下达给各设备。

(3)、网络上接入的每个设备都具有自己特定的功能,实现功能的分布。即使某个设备出现故障,不会影响整个系统性能。

(4)为了满足无人值班(少人值守)对系统可靠性的要求,整个系统的重要设备采用冗余技术。系统冗余设备的切换均由软件实现,降低硬件故障率。

(5)系统可扩展性良好,便于功能的扩展。通讯规约丰富,能与其他系统进行通讯,便于实现远动功能。

(6)所有计算机系统在失电被动停机时,存储器无数据丢失。

(7)工作站之间采用100MB快速以太网构成电厂级网络,保证了整个系统的可靠性、实时性和可扩充性。

4.2系统功能

(1)电站控制层功能

电站控制层计算机监控系统负责协调和管理各现地控制单元的工作、收集有关信息并做相应处理和存储。可以在操作员工作站上通过人机接口对数据库和画面在线修改,进行人工设定,设置监控状态,修改定值等功能,并可下载至LCU。

A、控制功能
机组自动开机、关机,自动并网;
机组有功功率、无功功率自动调节;
机组控制模式切换;
有功功率联合控制(AGC),无功功率联合控制(AVC)
调度遥控。
B、监控功能
电站实时运行参数监测;
电站实时运行状态监测;
控制操作过程监视。
C、数据通讯功能
一般情况下,监控系统与现地控制单元、保护单元由同一厂家提供,其通信问题较易解决。但应注意监控系统与调速器、励磁系统的通信,必须统一三者的通信规约、确定报文格式、划定存储区域,加强设备厂家之间的沟通,才能使它们之间实现顺利通信。
D、事故、故障功能
E、数据管理功能
F、事件记录
G、打印功能
H、综合功能

(2)现地控制层功能

主要包括机组LCU单元,公用LCU单元,发电机保护测控单元,主变压器保护测控单元,110KV线路保护测控单元。

现地控制单元不仅能完成实时数据采集并及时传送给上位机,接收并执行上位机的命令,还能在通讯中断时独立工作,运行人员可通过现地控制单元实现现地控制、操作。

4.3系统组成

(1)电站控制层

A、系统主机兼操作员工作站2套
B、工程师兼培训工作站1套
C、通讯工作站1套
D、GPS系统时钟1套
E、网络设备1套
F、系统软件

(2)现地控制层

A、机组LCU2套
B、发电机控制保护屏2套
C、主变压器控制保护屏2套
D、110KV线路控制保护屏1套
E、近区变及10KV线路控制保护屏1套
F、公用LCU1套
G、直流电源系统1套

5结语

经过改造后,可以使电厂的综合自动化水平得到很大提高,其运行安全性、可靠性得到很大改善,整个电站可以实现“遥信、遥测、遥控、遥调”功能,达到“无人值守,少人值班”的目的。

来源:中国农村水电及电气化信息网
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