微机综合自动化在中小型水电站的应用

1 前言 二十一世纪是信息时代，随着科学技术的不断进步和自动化程度的日益提高，微机综合自动化在电力生产中得到了广泛的应用。但在我们青海，由于种种原因，经济还比较落后，科技不甚发达，微机综合自动化技术只在几个大型水电站得到应用，而在中小型水电站的应用受到了制约。1996年，随着国家西部大开发政策的实施，青海省有史以来最大的水利工程黑泉水库开工建设，其附属工程――黑泉水电站（宝库河一级站）也于2002年建成投运并网发电，而该电站微机综合自动化的应用，也是我省中小水电站的第一家，经过三年多的运行，已显现出了其优越性，结合该电站的实际情况，现就微机综合自动化在中小型水电站的应用问题作一浅析探讨。 2 电站概况 黑泉水库位于青海省大通县宝库河上，距省会西宁市75KM，是一座大（Ⅱ）型综合水利枢纽工程，库容1.82亿M 3,,主要功能为灌溉和城市供水，兼顾防洪和发电，大坝为混凝土面板砂砾石坝，坝高123.5M，其坝后引水式电站――黑泉水电站，是宝库河梯级电站的第一级电站，设计水头80M,最大水头100M，装机容量为3�4000KW＋1�2500KW,计14500KW(二级电站为3�3200KW,三级电站为3�5000KW,宝库河梯级电站总装机容量为39100KW)，通过两回35KV输电线路并入西宁电网。 3 计算机监控系统的配置 3.1 电站控制层配置 电站控制层设备设在中央控制室，由主机操作员工作站、通讯工作站、主控制台、汉字打印机、GPS时钟同步装置、语音报警装置、UPS电源等组成。 电站控制层负责协调和管理各现地控制层的工作；收集有关信息并作相应处理和存储；迅速、准确、有效地完成对本站被控对象的安全监视和控制。操作员可以在主控制室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、修改限值、事故处理指导和恢复操作指导等功能，并可下传至LCU。监控命令输出只有监控主机取得控制权的工作执行，作为另一台工作站只作监测、数据通信而无控制输出，两机可互相跟踪，系统软件根据监控主机的运行和通信、硬件、软件等状态，进行跟踪判别，一旦出现异常，系统自动给出切换信号，由另一台工作站代替主机的工作，同时给出主机故障提示，主机修复启动后，自动监测转到主机并将数据输入，并重新处于监控状态。 3.2 现地控制层（LCU）配置 现地控制层分机组LCU和公共LCU两部分，由人机界面终端（液晶触摸屏）、智能I/O控制器、I/O模块、输出继电器、准同期装置、温度测量装置、转速信号测量装置、数字式测量仪表和交直流双供电源等设备组成。 机组LCU监控范围包括水轮机、发电机、进水口主阀和机组附属设备。现地控制层负责对水轮发电机组、电气一次设备及公用设备等实时监控，通过工业以太网络实现各现地控制层与全站控制层连接交换信息，实现现地设备的监控及数据共享。当电站控制层因故退出运行时，现地控制层可以独立运行而不受影响。 微机保护装置、转速、温度巡检、调速器、励磁系统等设备通过现地LCU与以太网联接，实现相应参数的监视和控制。部分没有通讯接口的设备则通过现地控制单元的I/0模块实现设备的控制和状态检测。 3.3 通讯网络及设备配置 网络结构形式采用工业以太网，网络通信介质为多模光纤和屏蔽双交电缆线。网络传输采用Modbus协议，网络传输速率为100Mbit/s，节点数可达340个，网络上的任一节点可以实时向网络上其它节点和网络上发送信息，某一节点故障，自动从网络上退出，不影响网络上的其它节点传输信息。 网络系统完成电站控制层各工作站之间和来自现地控制层（LCU）的全部数据的传输和各种访问请求。其网络协议符合国际标准化组织OSI模型。具有良好的开放性。计算机监控系统不会因任何一个元器件发生故障而引起系统的误操作。网络成熟可靠，符合国际标准。 3.4 系统软件配置 (1) 系统软件：采用中文版的美国微软Windows　NT 软件，具有良好的实时性、稳定性、可靠性，NT系统管理保密性好。用于操作系统，它管理整个计算机系统的所有资源，包括CPU、存储器、外部设备等，提供其它软件与系统资源的接口，是其它软件运行的环境。 (2) 应用软件：采用FIX7.0开发软件、3D图形软件和PLC编程软件，用于程序的编辑、编译、软件连接等。具有良好的人机界面和全开放特性。它是可以运行多种通讯协议的监控软件，与网上有不同通讯协议的设备交换数据，其数据库生成、监控画面、控制流程、报表等配置灵活，使用和维护方便。 3.5 继电保护系统的配置 采用美国ABB公司生产的微机综合继电保护装置。发电机、变压器和线路保护装置均有8个开关量输入和7个开关量输出，一个用于变化自检的转换接点输出。输入与输出可以逻辑编程用于控制断路器的分合闸或者发信号。 有多种通讯协议可供选择，ABB2000R型微机保护选用Modbus Plus通讯协议，可以通过该协议向系统传送和存储保护内测量记录的数据。 保护的配置整定：对于保护装置的使用，首先要进行配置整定，输入相关参数，保护装置通过这些参数进行保护功能和测量功能的计算，配置整定可以通过前面板的MMI或者ECP软件进行操作。 微机保护装置还有故障录波，故障、运行和操作记录，测量等功能。接入保护装置的输入信号和保护装置内所有数据都有数据可能通过网络接口传送到网络上的其它设备内。 4 计算机监控的功能 4.1 监控画面功能 （1）电气主接线状态画面 画面显示电气主接线所有开关的状态，发电机出口的电气和励磁参数，主变压器高、低压侧的电气参数，35KV线路出口的电气参数，6KV 和35KV母线的电气参数，厂用变压器的电气参数，电气主接线上所有开关的分、合闸操作按钮状态。主接线的运行状态和操作均在该画面上进行。当运行参数超出正常范围或开关跳闸时，相应的数值和开关颜色变化，语音设备报警。 （2）机组工艺系统状态画面 画面显示机组及其气、水、油等主要设备的状态参数，主要设备的操作按钮。当气、水、油等参数超出正常范围或设备故障时，相应的数值和设备图形颜色变化，语音设备报警。 （3）监控系统运行状态画面 画面显示监控系统继电保护、PLC和测量装置的工作状态和参数。 （4）电站所有需要监测的各种参数的实时和历史曲线图、棒型图画面。 （5）各种运行和管理报表及表格画面。 （6）电站的平面图、动画等显示。 4.2 远动功能 由监控系统的主工作站实现，并留有扩展能力。需要向电力系统调度机关传送和接收数据，实现调度机关对本电站的遥测、遥信、遥控和遥调，实时接收调度命令，向调度机关发送水电站实时运行工况、运行参数等信息。 4.3 数据采集和处理功能 （1）电站控制层：自动实时采集和处理来自各现地控制层及调度系统的数据。主要包括：机组、主变、母线、35KV线路、厂用电、调压井闸门及全厂公用系统的电气模拟量、非电气模拟量、脉冲量、开关量的采集，对这些数据进行处理，包括越限处理、报警处理及事故追忆处理，处理后的数据以一定的格式存入实时数据库，形成实时数据库和历史数据库，以备系统调用和随时查询，并对监视的模拟量、开关量、脉冲量进行统计分析计算（含变位、越限等）作为历史数据存入历史数据库，并作为报表输出的主要数据来源。当出现异常事件记录和出现事故时，计算机监控系统根据目前的情况自动作出处理。 （2）机组现地层LCU：自动实时采集和处理发电机、水轮机、励磁及调速装置、机组附属设备的电气模拟量、非电气模拟量、脉冲量、开关量，主要设备运行工况诊断处理，并以一定的格式存入实时数据库，对各类信息进行数据封装后存放在现地控制单元的存储单元中，并上传电站控制层。 ①直接采集的信号有： 电气量：发电机定子电压、电流，励磁电流、电压、频率、有功功率、无功功率和功率因数等。 非电量：机组油、气、水系统的压力、压差、流量、液位、温度。 开关量：发电机断路器位置、继电保护电气事故信号、故障分类信号；励磁系统工作方式设置、灭磁开关位置、故障信号；调速器工作方式设置、故障信号；油压装置压力、油位信号；油泵运行方式、设置信号、运行状态信号；机组各温度信号、转速位置信号、导叶开度位置信号、接力器锁锭投切信号、制动闸块位置信号、制动气压位置信号、剪断销剪断信号、油槽油位信号；进水口阀门位置信号、机组冷却水信号；水机保护动作信号等。 脉冲量：发电机有功电能、无功电能等。 ②通信采集的信号数据有： 机组各部位温度、测温电阻断线及装置故障，以及有关机组轴温温度信号和交换控制、状态和报警信息。励磁系统、调速器系统、同期系统、发电机及主变和线路微机保护装置的通讯。 4.4 综合参数统计、计算与分析功能 计算机监控系统根据实时采集到的数据进行周期、定时或召唤计算与分析，形成计算数据库与历史数据库，帮助运行人员对电厂设备的运行进行全面监视与综合管理，可及时发现故障征兆，提高机组运行的安全性。对现成的计算数据列出作为实时数据处理，存入相应的实时数据库和历史数据库，进行越限报警、启动相关处理程序等操作。 （1）温度量分析计算 LCU周期获得温度测量装置采集的温度数据，进行预处理，并作计算后将数据存入LCU数据库，实现全系统数据共享，可显示、制表打印。