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现代化水电站综合自动化

北极星电力网技术频道    作者:majing512   2010/11/24 14:34:17   

  所属频道:  火力发电    关键词:  水电站 特征 综合自动化

一、 现代化水电站综合自动化的特征
  随着因特网技术的发展与成熟,赋予了现代化水电站综合自动化新的内涵。它不仅要实现水电站运行过程的自动控制、报表的自动生成与打印等基本功能,更主要是体现其高速强大的网络功能,通过高速网络实现网络结点的信息传输交换,实现资源共享。充分利用网站资源,开发出符合水电站特征的应用软件,是现代化水电站所追求的目标。此外,还应该将专家系统、培训仿真、多媒体与工业电视、状态检修均纳入现代化水电站所追求的目标。此外,还应该将专家系统、培训中心、多媒体与工业电视、状态检修均纳入现代化水电厂综合自动化的范畴。现代化水电站综合自动化特征具体体现在以下几个方面。
  (一) 高速双网扑结构:电站内所有的单元控制设备均作为网络结点,节点之间的通信传输速率在100Mbit/s以上,网络物理介质为单模光纤,并具备异种网络互联的功能。光纤优异的抗电磁干扰性能以及双网络拓朴结构为电站可靠运行提供了强有力的保障。此外,单模光纤优异的传输性能为长距离数据传输提供了有力的技术支持。
  (二) 完全分布性:系统按功能完会分布,包括数据库在内。各分布的主体在整个网络上具有同等地位,数据库分布于各个独立主体之中。各个主体功能配置具有唯一性。
  (三) 数据库完备性:数据库应具备关系数据库的特点,它应包括过程数据库、网络拓扑结构数据库、通信数据库、过程控制数据库等。数据库元素面向对象,网络系统的配置在数据库元素层次上完成。数据库元素具有逻辑元件的特征,通过输入/输出端子的定义完成据库系统的配置。
  (四) 功能块逻辑程序设计语言:水电站的自动控制是一种实时的过程控制,实现过程控制的编程语言具有逻辑元素的特征,一个逻辑功能块完成一种逻辑功能,功能块元素的逻辑组合完成特定的过程控制功能。
  (五) 完备的维护性:能实时在线进行系统的维护,特别是应用程序的在线维护调试,通过实时在线工具,维护人员能实时了解程序的执行过程。这种了解建立在逻辑功能块的基础上。符合当前“所见即所得”的编程思相,并掩盖了程序的复杂性。
  (六) 主体的一致性:水电站的各个功能主体硬件、系统软件保持一致,各个主体在网络上均为独立的节点,连接到各个主体的过程资源具有唯一性。由于主体具有一致性,主体可通过网络充份共享过程资源,减少各个主体的过程I/O的重复配置以及主体之间的电缆连接。
  (七) 主体的冗余性:主体的冗余性在于硬件的双重化、智能化。如CPU模板、I/O模板、网络模板、电源模板等的双重化和I/O模板、网络模板的智能化。智能化I/O模板的应用,极大地提高系统对过程的的响应速度。
  (八) 监控对象的全面性:水电站综合自动化系统监控对象必须覆盖全厂所有控制对象。具体包括发电机变压器组自动控制及保护设备、厂用6kV和400V开关设备、GIS开关设备、空压机设备、排水设备、通风空调照明设备、消防设备、泄洪设备及闸门控制设备。
  (九) 现场继电器逻辑回路简洁性:由于各个功能主体能实现复杂的逻辑功能,现场的继电器逻辑仅作为主体的补充。就一般而言、现场的继电器逻辑仅是保证主体故障时的一种应急手动措施,故其应该简洁可靠。而对于主备设置,故障自动切换功能,主备定期自动切换功能由主体实现。
  (十) 主体功能软件的自适应性:为满足水电站“无人值班”(少人值守)的要求,主体功能软件应具有自适应功能,在部份反馈信号故障的情况下,能根据其他资源信息作出适当的反应。
  (十一) 设备性能评估系统:该系统通过办公网与实时系统相连,利用ODBC技术获取存储的历史数据,并对其进行分析,为机组的状态检修提供依据。该系统为专家系统,其知识来源于实时系统和其他人工输入数据。
  (十二) 完善的信息管理系统:电站信息管理系统的内函比较广,但至少应该包括缺陷管理自动(手动)生成功能,缺陷自动通知功能,操作票自动生成与管理功能,工作票自动生成与管理功能,图纸资料管理功能,报表自动生成、存储、打印功能以及其他统计功能,运行方式及事故预想专家系统功能等。
  (十三) 目标运行极大化:电站根据调度中心设定的目标,实行目标运行。根据设定的目标,自动或被动选择运行方式(开机台数、自运开停机及AGC,AVC等)、以期达到运营效益最优值。
  二、 现代化水电站综合自动化方案
  以三峡左岸电站为例,三峡左岸电站综合自动化涉及的有十四台水轮发电机组及其辅助设备和500kV开关站断路器及隔离刀闸、接地刀闸(按2/3接线,共7回出线)。该系统与三峡梯级调度中心相连,在调度中心的统一调度下,实现对所辖设备的自动监视与控制。
  按现代水电站综合自动化的要求,三峡左岸电站计算机监控系统的网络结构应采用总线型,利用单模光纤作为传输介质,一方面由于总线系统接口的无源性,可保证系统有很高的可靠性,节点的投入和退出不影响网上其它节点及系统的行运;另一方面,由于采用了光纤作为传输介质,抗电磁干扰能力非常强,保证系统在强电磁场下能可靠工作。这里采用了100Mbit/s总线以太网。
  现代化水电站监控系统与以前的监控系统的本质区别在于:现代化的监控系统中不存在常规设备或系统。在现代化的监控系统中,对象是其关心的实体。一般而言,水电站的对象系指一切可操作的设备或系统,可以是智能化的,也可以是非智能化的。监控系统要完成对对象的全面监视与自动控制,其控制逻辑应包括在监控系统中,而无须配置一套常规控制回路。
  (一) 系统结构及配置
  三峡左岸电站计算机监护控系统采用冗总线100Mbit/s以太网,该系统包括3台操作员站(OS)、2台历史数据库(BACK COMP)、1台工程师站、4台事件报警打印机、1台硬拷贝机、45台LPU(就地处理器)。该系统的逻辑结构为总线型,而物理结构则为有源星型结构。系统中包括一个MIS网络,该网络也是一个以太网,符合TCP/IP协议。MIS网络接有数据股务器、故障专家分析系统、缺陷管理系统、工作票操作票管理系统。通过网关计算机与电站办公网络连接,以便开发出符合电站管理功能的软件,达到办公自动化的要求。系统结构如下图所示。操作员站、历史数据库站采用64位小型机,内存不低于256MB,CPU主频不低于500MHz,20GB硬盘,可读写光驱,UNIX操作系统。LPU采用32位CPU,内存不低于32MB,CPU主频不低于100MHz,实时多任务操作系统,逻辑功能块编程语言。数据服务器、故障专家分析系统、缺陷管现系统采用PC机,内存不低于512MB,CPU主频不低于500MB,20GB硬盘、Windows  NT操作系统。
  (二) 物理连接结构
  由于三峡左岸电站的基地设在葛洲坝,因此电站的中控室没有必要设在电站内,可将电站的中控室设在基地的办公楼内,这样既可免除中控室值班人员每天近100公里的来回奔波,又便于管理人员及时了解生产情况。此外还可节省大量生活服务的投资。前方只设少量值守人员进行紧急情况处理。事实上,对于高度现代化的综合自动化系统,中控室的地理位置已无实际意义。
  (三) LPU硬件配置及功能
  LPU采用双CPU板结构,所有I/O板均为智能板,且为冗余配置。由于励磁、调速系统均采用计算机方案,为了设备的统一性以及减少机组LPU与励磁、调速系统交换信号的电缆连接,并实现测量资源的共享,节约投资,因此励磁系统、调速系统均采用与机组相同的硬件结构。机组LPU主要完成机组及其辅助设备的控制功能,其中包括机组供水定时切换及故障自动切换,主变压器冷却水定时切换及故障自动切换,高压油泵定时切换及故障自动切换,机组自动准同期等。励磁LPU实现发电机的电压及无功的闭环调节;调速LPU实现机组转速及有功功率的闭坏调节。公用设备LPU则实现厂用电6kV开关、400V开关、高压空压机、中压空压机、检修排水泵、渗漏排水泵、坝体排水泵的自动监视与控制。特别是对厂用电6kV开关、400V开关要实现备自投功能及正常行运方式倒换功能。GIS(气体绝缘开关)LPU完成GIS所有断路器、隔离开关、接地刀闸的分合操作(包括断路器同期功能)。RCI(远程通信接口)负责与调度中心实时数据交换,整个电站在调度中心的统一调度下自动完成进停机及AGC、AVC功能。此外,为了减少电缆连接和工作量,可在技术供水室设置远程LPU、该LPU负责I/O采集,并通过现场总线与相应的LPU中实现。现场总线的物理介质亦是光纤。

来源:电力资料网
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