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水电站自动化系统在梯级电站的应用

北极星电力网技术频道    作者:曾 渊   2009/6/23 13:16:37   

  所属频道:  水力发电    关键词:  无人值班 计算机监控 梯级电站

摘要:对海南毛阳河一、三级电站计算机监控系统从安装、调试到运行进行总结,并指出WSZ-101型水电站自动化系统在实现“无人值班、少人值守”中的核心作用。
关键词:梯级电站; 计算机监控; 无人值班

The Application of Hydropower Plant in the Cascade Plant

ZENG Yuan

(Construction Section of the Ninth Bureau of Water
Conservancy and Hydroelectric Power Construction of China, Guiyang 550004, China)

Abstract: It summarizes the installation, commissioning and operation of the first and third plants of Maoyang river cascade hydropower plant in Hainan province and points out the key function of WSZ-101 hydropower plant in unmanned and depopulated hydropower plants.
Keywords: cascade plant; computer based monitoring and control; DSP

  随着电力工业的不断发展及科学技术的进步,新建水电厂管理模式都要按“无人值班、少人值守”的原则设计。毛阳河梯级电站就是基于以上思想而选择计算机监控系统一步到位的设计方案。根据综合考虑,最后采用南京电力自动化设备总厂研制生产的性能价格比较优的更新换代产品WSZ-101型水电站自动化系统。
1 系统构成
  
系统采用分层分布式结构,分为现地控制层和上位管理层。上位管理层采用双机冗余配置,两台操作员工控机互为备用;另设一台通信处理机,完成梯级电站调度、与地调和模拟屏通信。现地控制单元(LCU)以可编程控制器(PLC)为核心,包括用于采集开关量状态的微机顺控装置,用于采集计算电网电量(交流采样)的微机电量采集装置,用于自动合闸并网的微机自动准同期装置。LCU通过以太网与上位机进行数据通信,也可独立运行。
2 系统主要功能
2.1 监视功能
  
对各种电量、非电量进行监视,对设备的工况参数进行巡回检测、定时打印、记录、越限报警等。
2.2 事件顺序记录功能
  
对全厂主要设备的状态,主要设备的继电保护动作状态以及事故和故障信号等各种开关量进行监视,对其状态的变化进行顺序记录。
2.3 控制功能
  
监控系统根据预定的原则和运行人员输入(或中调发来)的命令,发出开停机命令,进行断路器、隔离开关的分合闸操作。当电站主要设备正处于某一控制层控制之下时,监控系统有闭锁其主控制层的控制指令的措施,但现地控制屏上的手动紧急停机操作指令不受限制。
2.4 调节功能
  
根据运行的要求,以增减或改变设定值方式调节机组出力。可根据一定的限制条件,自动调节和分配各机组有功、无功功率,实现全厂最优运行。
2.5 人机对话功能
  
利用彩色屏幕显示器,实现灵活、快捷的人机对话窗口。能自动或由运行人员召唤实时显示厂内各系统的运行状态,主要设备的操作动态过程,事故和故障内容以及有关参数和画面;能在事故时自动或在运行人员召唤时打印主要设备的各类操作、事故和故障记录,打印各种生产报表,并具有画面硬拷贝功能。
2.6 运行管理指导功能
  
自动统计主要设备的运行小时数、动作次数,事故和故障次数等数据,建立设备运行档案,为合理安排设备的运行和维护提供依据。根据需要提供事故处理及其它必要的运行管理指导。
2.7 通信功能
  
根据中调提供的通信协议,与中调自动化系统实现数据通信,发送规定的电站运行信息,并接收和执行中调下达的系统AGC,AVC命令等。
2.8 故障自诊断和自恢复功能
  
对计算机系统的硬件、软件工作进行监视和保护,及时测出故障部位和性质。当监控系统出现程序死锁或失控时,能自动恢复到原来状态。
3 系统采用的新技术
3.1 率先采用DSP(数字信号处理器)技术
  
毛阳河计算机监控系统中对交流电量测量系统的要求为2 s内完成256路交流信号的采样,并计算频率、电流、电压、有功功率及无功功率,传送至上位机。采用以MPU为CPU的测量系统并不能很好地胜任高速计算任务,以数字信号处理见长的DSP作为系统的CPU就成了必然。目前,一些发达国家已经开始将DSP应用到电力系统中,并取得了较好的效果,在国内DSP的应用尚处于萌芽状态。海南毛阳河水电站计算机监控系统中率先在交流电量采集方面采用DSP数字处理技术,实现其精确性、高速性。其方案为:采用DSP为核心处理器以锁相环电路对电网进行动态跟踪,利用倍频电路对电压、电流信号进行无相位差同时采样,运用FFT将时域信号变换成频域信号,求得各电量。
3.2 现场总线技术与FCS网络结构方案
  
传统DCS结构(集散型)的网络方案发展前景在先进性、灵活性、建网投资、开发维护等方面具有一定的局限性,主要表现在:
  (1) 底层设备不具备互联通信能力;
  (2) 监控层PC机功能过于集中,故障风险大;
  (3) 一对一模式的通信电缆接线繁杂;
   (4) 功能模板的扩充容量和灵活性有限制。
  FCS结构在以上几方面均具有明显的优越性,因此采用FCS结构对于水电厂自动化系统的未来发展、维护,节省投资,保持系统的先进性,积累FCS系统开发经验都有积极意义。
  毛阳河梯级电站在机组顺控系统的应用中贯彻了FCS结构的系统网络方案(如图1)。

图1 网络方案图

3.3 网络技术与分布式数据库实现全站数据共享
  
采用PLC直接上网方案,可提高系统可靠性,节省前置机投资。网上各工作站和LCU可共享各PLC的实时数据。
4 安装、调试与运行
  
经过水电九局机工处安装接线及南自总厂技术人员现场调试后,海南毛阳河梯级电站一、三级电站及联合变电站计算机监控系统,于1998年4月投入正式运行。在安装调试过程中,WSZ-101计算机监控系统有很好的监视保护作用,它能检测外部接线的错误,例如现场有一条35 kV线路TA二次接线错误,通过WSZ-101计算机监控系统可判断其中哪一相TA接线错误,方便了现场接线检查。
  系统各功能的实现,方便了现场运行维护,减轻了操作人员的工作强度。由于部分技术参数不全,系统AGC、AVC功能未能实施,但由于系统的开放性,今后能方便地增加该部分功能。
5 与实现少人值守的差距
  
(1) 自动化元件可靠性不高,使得WSZ-101系统的部分功能发挥不好。现场许多执行元件、信号器件、电磁阀动作可靠性不高,运行不稳定,部分器件需要更换质量过关的产品,断路器辅助接点动作可靠性需提高。
  (2) 一、三级水电站水情测报系统需要建立、完善,设立进水口闸门的遥测、遥控。
  (3) 完善计算机系统的对外联网,对运行人员进行业务培训,拓宽知识领域。
  毛阳河梯级电站采用了技术先进的WSZ-101型水电站自动化系统,利用其全开放、模块化结构设计的优越特性,使其为实现“无人值班、少人值守”的管理模式有了一个高起点的基础。

作者简介:曾渊(1970-),男,助理工程师,从事电气技术工作。

作者单位:曾 渊 水电第九工程局机电工程处,贵州贵阳 550004

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