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板凳堰二级水电站计算机监控系统改造

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2008/5/4 15:57:31   

 关键词:  计算机 计算 电站

摘要分析了勉县板凳堰二级水电站存在的问题,根据无人值班(少人值守)的标准,对该电站进行了计算机监控系统改造,通过改造显著提高了电站运行水平及经济效益。

关键词水电站监控改造

勉县板凳堰水电站位于陕西省勉县新街子镇杨家湾村,由一、二级电站组成。一级站始建于1965年,装机4台,总装机容量2860kW。二级电站于1990年投产,装机3台,总装机1890kW(3×630kW)。主变压器一台(6.3kV/35kV)、35kV线路一回,站用变两台。一级站交通便利,设有电站办公设施,一级站与二级站直线距离约800m,行车距离约3km。2004年底,结合“十五”水电农村电气化县建设,对二级站监控系统进行了改造。

一、监控系统现状及存在的问题

机组调速器系统,机组调速器为YT-600型,调速器、电动闸阀工作正常,机组开停机需在现场分步进行。

机组励磁系统,机组励磁为PKL可控硅励磁,装置性能差,起励需外接电源充磁,起励慢,升压慢,快速灭磁开关失去保护,起励需要30min。

机组保护系统,二级电站机组采用仪表盘、集控台进行常规监控,采用常规继电保护装置,但继电保护装置普遍反应迟缓。

机组测温、测速系统,轴承油温由温度计测量,无温度越限报警装置,无法实现温度越限机组自动停机。机组转速测量由转速继电器提供140%、35%开关信号,无法实现机组转速适时测量。

电站电量及水位等非电量信号均由模拟表测量,人工抄表,无法实现自动抄表。

手动同期,机械表头指示。

二、设计原则

板凳堰二级水电站监视和控制系统改造严格按照相应的国家及行业标准,运行方式按无人值班(少人值守)的原则设计。以计算机监控为主,简化的常规监控为辅,两种系统均可独立运行,互为备用。机组控制采用单元结构模式,控制和保护设备可独立运行,保证系统可靠性。

三、监控系统结构及组成

1.采用符合国际开放系统标准的开放分层分布式系统结构

保证系统中选用不同计算机时的互操作性、系统扩展和设备更新时的可移植性。监控系统采用以太局域网结构,分为主控制级和现地控制级两级。主控制级由中控室操作员工作站和一级站工程师工作站组成,现地控制级由机组自动控制屏、机组动力装置控制屏和公用自动控制屏组成。中控室操作员工作站和一级站工程师工作站之间采用快速光纤以太网络进行通讯。

2.主控制级(中央控制室)

主控制级为电站的实时监控中心,负责全站的自动化功能(包括安全监视、控制操作等)、历史数据处理(包括运行报表、设备档案、运行参数等)、人机对话(包括对运行设备的监视、事故和故障报警,对运行设备的人工干预及监控系统各种参数的修改和设置等)及时钟同步。

主控制级在二级站中控室配1台计算机兼操作员工作站,并在一级站微机室设1台工程师工作站,以实现在一级站内对二级站机组的远程监视与控制。系统配备2台P42.4GHz研华工控机、主控制台、中文普通话语音系统、A3真彩打印机、山特2kVA/1hUPS电源等。

3.现地控制级(设备附件)

现地层按对象单独设置,负责采集各自设备的运行数据及状态。对数据进行处理,并将处理的数据输送到主控层,接收并执行由主控层发来的各种命令,实现对所属设备的自动控制。本系统现地控制级包括机组现地控制单元LCU(3套)、公用设备及开关站现地控制单元LCU(1套)。

两种现地控制单元负责对所管辖的生产过程进行完善的监控,经过输入、输出接口与生产过程相连;通过通信接口到网络上,与主控级交换信息,同时现地控制单元彼此间亦可交换信息。现地控制单元对主控级相对独立,能脱离主控级直接完成生产过程的实时数据采集及预处理、单元设备状态监视、调整和控制等功能。电量综合采集单元负责实时采集及预处理、单元设备状态监视、调整和控制等功能。电量综合采集单元负责实时采集全厂主要电气量,并将采集的数据通过网络送到中控室计算机处理(显示、报表制作等)。

(1)机组现地控制单元LCU。机组现地控制单元主要由编程控制器PLC、触摸屏、三相交流电量测量仪、电脑转速仪和温度巡检仪,剪断销信号装置等组成,实现机组的测量、控制、保护功能。

机组现地控制单元LCU是多微机系统,其中的可编程控器PLC、三相交流电量测量仪,这些巡检仪等均带有自己独立的CPU,因此这些装置单元均能独立运行从而使机组现地控制单元具有很高的可靠性。

运行人员既可以通过主控级计算机完成对机组监视、控制、调节、运行纪录,也可以在主控级或网络无法正常工作的情况下,在现地独立完成对设备的操作。这些操作可以是自动的,也可以是手动的。

(2)公用设备控制单元LCU。公用LCU,由可编程PLC(本监控系统全部采用美国GEversamaxPLC)、触摸屏、三相交流电量测量仪、自动准同期装置(DZZB-Ⅲ)和手动准同期装置(备用)、操作开关、按钮等组成。

触摸屏显示全站公用及开关站设备的运行状态和控制画面;PLC实现公用设备的自动逻辑控制,电量采集仪负责监视电站出线的电气参数,自动准同期装置负责全站3台机组的自动同期并网;手动准同期装置作为机组自动准同期装置的备用。运行人员既可以通过主控级的计算机对全站公用及开关站设备进行软件控制,也可在公用LCU上操作触摸屏或操作开关、按钮进行全站同期点的自动、手动同期,公用设备的启动、停止,断路器的分合操作等控制任务。

4.站内系统网络(主控级与现地控制单元之间的通讯)

系统网络性能的好坏直接决定整个监控系统的成败,目前国内应用较多的通讯主要有:485网络、现场总线网络(如ModibusPlus、Can、Profibus等)、10M以太局域网络(以铜铀电缆为介质)、100M光纤局域网,考虑到系统设计的先进性、通用性,本系统采用以太网络技术组网,接口完全符合IEEE802.3标准。

5.站间系统网络(二级站与一级站之间的通讯)

系统网络采用快速光纤以太网结构,由于通讯距离为800m,已大大超过双绞线以太网的传输距离,因此本方案主干网(二级站与一级站之间)采用光纤进行通讯,传输速率可达100M。站内应用10M双绞线进行通讯,两种网络通过Cnfibernet公司的高端通讯网络设备实现无缝链接,大大提高了通讯可靠性与传输速率。

考虑电站地处山区,属多雷区,在通讯线路及控制线路增加了防雷元件。

6.软件系统

系统应用软件以系统的开放性和兼容性为指导思想,具有很大的灵活性,支持异型机联网。采用Windows2000为操作平台,采用标准职能扩展卡采集数据,全部程序均采取面向对象的方法设计,系统维护、扩展方便,应用软件完全摆脱了对具体硬件平台的依赖。应用软件包括数据采集与处理软件、实时数据库管理软件、人机接口软件、应用软件、历史数据软件、通讯软件、自诊断等软件。

7.视频监控系统

在二级站配备单点工业电视监控系统一套,现场图像通过光缆传到一级站工程师工作站,使值班人员能及时掌握现场情况。

8.抗干扰措施及接地系统

计算机监控系统每一屏柜中的设备外壳接地,电缆屏蔽层通过屏内公用接地铜板直接与电站公用接地网连接,屏内公用接地铜板面积不小于100mm×200mm。

四、改造后的系统功能及效果

板凳堰二级水电站监视和控制系统改造后实现了数据采集(电气量信号、机组温度信号、开关量信号、模拟信号量等)、数据处理、自动越限报警、事故语音报警、人机联系、运行管理、系统诊断自恢复等功能。通过一级站工程师工作站,运行人员可对二级站内机组、开关站、油气水系统的监控设备进行远程控制。本系统运行可靠,维护方便,提高了工作效率,降低了运行成本,显著提高了电站经济效益。下一步通过改造调速器、励磁等设备,使之与监控系统实现连接,进而实现电站发电全过程的自动化,达到“无人值班、少人值守”的水平。

来源:中国水能及电气化
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