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龙溪水电站计算机监控系统的构建

北极星电力网技术频道    作者:佚名   2008/5/4 15:58:31   

  所属频道:  水力发电    关键词:  计算机 计算 电站

[摘 要] 龙溪水电站计算机监控系统以计算机监控为主、常规控制为辅的原则进行总体设计。系统的设计采用分层分布式构架,监控功能由主站控制级和现地单元级实现,并可实现上一级调度系统对该电站的遥控功能。计算机监控体系结构、功能设计、软硬件配置,均符合小型水电站的特点,在同类电站中具有较好的代表性和先进性,并能很好地满足监控的适用性、实时性和可靠性等的要求。图1幅。

[关键词] 计算机监控系统 现地控制单元 软硬件配置 龙溪水电站

1 引 言

龙溪水电站位于浙江省天台县境内,电站装机容量2×8000kW,水轮发电机组为混流立轴式。电站的主接线采用两机一变扩大单元接线方式,设110kV、35kV两个间隔。

龙溪水电站自投用以来一直采用常规的自动化控制模式,为保证电站安全、可靠、稳定运行,在吸取桐柏、老石坎等水电站计算机监控系统建设经验的基础上,龙溪电力工程管理局于2005年决定对龙溪水电站实施计算机监控改造,在完成水电站的基础自动化改造的基础上,进行水电站计算机监控系统的建设,最终实现水电站无人值班(少人值守)的运行方式。本文着重论述龙溪水电站计算机监控系统的构建。

2 设计原则

龙溪水电站属于小型水电站,小型水电站计算机监控系统的型式及系统设备配置应根据水电厂的类型、单机容量与总装机容量以及水电站在系统中的地位与运行方式进行正确选择[1],在设计上不能沿用大型水电站的高水准进行设计。因此,依据国标《小型水力发电站设计规范》(GB50071-2002)、《小型水电站技术改造规程》(SL193-97)和《水电站计算机监控系统基本技术条件》(DL/T578-95)的规定,确定如下设计原则:

1)电站按照“无人值班,少人值守”,以计算机监控为主、简化常规控制为辅的原则进行总体设计。近期,电站采用以计算机监控为主、简化常规控制为辅的监控方式,与调度中心之间可实现遥信和遥测的功能,预留遥控和遥调的功能接口,电站达到“少人值班”;远期,打通调度中心至水电站的通讯通道,由水电站厂内计算机监控方式过渡到调度中心远方计算机监控方式,实现厂内“无人值班,少人值守”。

2)可靠性。监控系统的局部故障不会影响现场设备的正常运行,系统的平均故障间隔时间(MTBF)、平均维修时间(MTTR)及各项可用性指标均要达到或超过部颁标准DL/578-95《水电站计算机监控系统基本技术条件》的要求,监控系统高度可靠。

3)先进性。系统配置和设备选型要符合开放性标准,充分利用计算机领域先进而成熟的技术,使系统达到目前国内先进水平。

4)开放性。采用全分层分布的开放系统,整个系统的软件采用模块化、结构化的设计,能适应功能的增加和规模的扩充。

5)经济性。在节约投资的基础上,在技术上使电站的长期安全运行得以保障,并可明显提高经济效益,使运行值班人员的工作条件得到有效改善。

6)系统具有实时性好、抗干扰能力强、人机接口功能强、操作方便等特点。

3 总体结构

3.1 系统的总体结构

该计算机监控系统采用分层分布、开放式的可配置结构,以保证系统的互操作性、可扩展性和可移植性。主要设备选用进口设备,操作系统软件采用上世纪90年代最新推出的Windows NT实时多任务操作系统、多窗口显示人机界面,适用于电站实时数据库管理系统。系统的总体结构图(见图1)。

3.2 系统的控制层次

整个系统共分两层:电站主控制层以及现地控制单元层,是一个完整的实时闭环控制系统,既可独立完成各种现地闭环控制功能,也可通过与调度中心计算机监控系统联网实现远方监控。

1)电站主控制层:作为电站的实时控制中心,主要是负责全厂的自动化功能、采集和处理来自现地控制单元层的数据、全站的人机对话、与现地控制单元层和调度中心计算机、电厂管理系统、水情测报系统等进行通讯。

2)现地控制单元层:能对所管辖的生产过程进行完善的监控,通过各自的输入输出接口与生产过程相连;通过通讯接口及相关设备与主控制层交换信息。各现地控制单元对主控制层具有相对独立性,直接完成生产过程中实时数据的采集和预处理、完成对各设备状态的监视、调整和控制等功能。

4 主要功能

4.1 数据采集处理

系统对电站主要设备的运行状态和运行参数等实时数据进行自动采集,并作必要的预处理,储存于实时数据库[1],供计算机系统实现画面显示、制表打印以及完成各种计算、控制等设计功能使用。

电站现场各种数据的采集基本上由各自的LCU单元来完成,现场数据包括:模拟量、脉冲量、数字量、一般开关量和中断开关量。

4.2 安全监视和事件报警

运行安全监视和事件报警包括:

1)运行实时监视:监控系统可以使运行人员通过CRT对全站各主设备进行实时监视。所有要监视的内容包括当前各设备的运行及停运情况,并对各运行参数实时显示。

2)参数越限报警与记录:监控系统将对某些参数以及计算数据进行监视。

3)事件顺序记录与报警:当电站发生事故造成断路器跳闸、重合闸动作等情况时,监控系统立即以中断方式响应,并自动显示、记录和打印事故名称及时间、相关设备的动作情况以及自动推出相关画面,作事故原因分析及提示处理的方法。

4)故障状态显示记录:监控系统定时扫描和监测各故障状态信号,一旦发生状态变化将在CRT上即时显示出来,同时记录故障及其发生的时间,并用语音报警。

5)事故追忆及相关量记录:当电站发生事故时,需对事故发生前后的某些重要参数及相关量进行追忆记录,以供运行人员事后分析。

6)过程监视:包括机组现地控制单元的过程监视、开关站及公用设备现地控制单元的过程监视和现地控制单元异常监视等。

4.3 控制与调节

系统的控制与调节包含以下内容:

1)控制与调节的对象:1、2号机组及其辅助设备和线路等。

2)控制与调节方式:包括远方控制方式和现地控制方式。远方控制方式能完成自动开停机、自动准同期并网、增减负荷、调节频率和电压、给定负荷或负荷曲线、给定发电机出口电压、给定系统频率等;现地控制方式完成自动开停机、自动准同期并网、工况转换、负荷调整等操作。

3)自动发电控制(AGC)和自动电压控制(AVC)。

4.4 数据通讯

包括监控系统与调度中心的通讯和监控系统内部主机与各现地控制单元的数据通讯[2]。

4.5 运行维护管理

监控系统自动对下列信息进行统计记录,并分类汇总形成当天或当班的统计记录,建立历史数据库存档备查。运行人员可调用相应画面查看当天或当班电站及系统的运行情况。汇总记录可自动定时打印,也可随机召唤打印。

4.6 电厂运行指导

运行指导是计算机控制系统有别于一般常规控制系统的一个特殊功能。运行指导可以将电站的一些重要而又复杂的操作条件以及进行这些操作形成的专家系统输入计算机,当进行这些操作时,计算机根据当前的状态进行条件判断,提出操作指导意见,可以大大减轻运行人员的紧张程度。

4.7 综合参数统计计算

包括电量累加计算和综合计算。系统能将各电量自动分时累加计算,存入计算数据库,供显示并打印制表。具有电量计费功能,满足电力系统对电量计费系统的要求,并作为电站经济运行分析的数据。此外还有机组温度分析计算,机组瓦温及定子线圈温度的分析计算和开停机过程的正常温度值计算与实测值的分析比较。

4.8 经济运行

经济运行程序根据调度给定的全厂总有功功率或日负荷曲线设定值各种约束条件,确定开机台数、开停机顺序以及机组间负荷(梯级电站间)的优化分配[3],进行机组的自动开停机控制与负荷调节。

4.9 其他功能

监控系统还具有程序开发、运行人员培训和电站运行维护管理等功能。

5 监控系统配置

5.1 监控系统主站配置

监控系统主站配置主机/操作员工作站2个,通讯工作站1个,工程师工作站1个,局部网络1套和控制台1套。

1)主机/操作员工作站、通讯工作站和工程师工作站(共4台配置相同):采用美国ICS工业控制轮,2.0GHz P3 CPU;256MB内存,40GB硬盘容量,40X光驱,1.44MB软驱,IEEE802.3和TCP/IP网络支持,安装Windows NT4.0操作系统。

2)控制台:一套三席操作人员控制台,每席装有1台工作站、1台CRT、1套通用键盘、1个鼠标器以及必需的配电盒、小型断路器等。

3)局域网络:采用工业以太网,通讯口采用光电隔离,接口标准符合IEEE802.3。通讯介质采用高品质屏蔽双绞线。

此外,还配置了HP1200中文激光打印机1台,GPS卫星时钟1只、UPS不间断电源1套、语音报警设备1套。

5.2 现地控制单元配置

现地控制单元由2套机组设备控制单元LCU1、LCU2和1套公用设备控制单元LCU3组成。每套LCU设两面控制机柜。

现地控制单元采用高性能的可编程控制器,各单元均由一体化工控机、PLC和电量交流采样装置等组成。PLC完成生产过程的顺序控制、监视、调节功能并带有人机接口,完成数据的采集及数据预处理功能,直接与相应的保护装置通讯,完成启/停或分/合闸控制操作。在与主控站工控机脱离联系时,能通过一体化工控机或操作元件进行独立操作。

5.3 监控系统软件配置

1)操作系统:选用Windows NT操作系统。它是一个网络化、安全且可变的操作系统,支持No-vell Netware和BanyanVines网络的兼容,虚拟32位线性内存管理;支持多线程/多处理器;抢占式的多任务调度,支持对等控制网络方式;支持PRC的机制,文件系统管理保密性好。

2)监控系统软件:为实现全厂计算机自动监控功能,本系统备有数据采集与处理软件、实时数据库管理软件、基本应用软件、人机联系软件、历史数据软件、LCU主要软件、双机切换软件和系统实时时钟管理软件等。

3)系统应用软件:包括厂内经济运行软件、自动发电软件、自动电压控制软件、开停机过程监控软件、厂用电监控软件、电站公用设备监控软件和电站运行辅助指导、运行管理支持软件等。

4)工具软件:为了使监控系统向最终用户开放,让最终用户真正掌握计算机监控技术,提高系统的可维护性,方便最终用户。本系统提供下列工具软件:IntellutionFix开发工具软件和PLC编程工具软件[4]。

6 结束语

龙溪水电站计算机监控系统经过精心的设计和配置后,实时性、可靠性、安全性、可扩性、可维修性、可利用性和可变性等各项指标达到了规定的技术条件、质量标准及国家、部颁的有关规程。系统充分考虑了小型水电站的特点,投资少,见效快,基本实现了电站“少人值班”的近期目标。

参考文献:

[1] 张巍,徐锦才,徐国君等.水电站实时监控系统数据库的优化设计[J].小水电,2004,(4):38-43.

[2] 邵显成,权先璋,范卫红等.水电站网络监控系统中线程通信技术[J].水电能源科学,1998,16(1):51-54.

[3] 张仁贡,韩桂芳,百家骢等.遗传算法在水电站厂内经济运行中的应用[J].华北水利水电学报(自然科学版),2006,27(1):61-64.

[4] 李征宇,于硕.PLC与组态软件在水电站中的应用[J].基础自动化,2002,7(1):54-56.

毛建生(1963-),男,工程硕士(在读),讲师。

Email:sdmaojs7387@sina.com

来源:小水电
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