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案例集 | 从传统向智能——乐山象月电站自动化升级

供稿:菲尼克斯(中国)投资有限公司 2018/5/17 11:32:24

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  • 关键词: 电站自动化 智慧电力
  • 摘要:当前,全球大部分国家都把节能减排作为国家发展战略之一,水力发电由于其能源可再生且无污染、运行成本低、高效灵活、便于进行电力调峰等优点,成为各国优先开发的首选能源。随着工业自动化的发展,传统水电站的运行模式也亟待升级改造:从有人值守、少人值守,直至无人值守;从水利信息自动化到无人值守水电站,再到连接智能变电站,这将是智慧电力的重要发展方向。

当前,全球大部分国家都把节能减排作为国家发展战略之一,水力发电由于其能源可再生且无污染、运行成本低、高效灵活、便于进行电力调峰等优点,成为各国优先开发的首选能源。

随着工业自动化的发展,传统水电站的运行模式也亟待升级改造:从有人值守、少人值守,直至无人值守;从水利信息自动化到无人值守水电站,再到连接智能变电站,这将是智慧电力的重要发展方向。

四川乐山电力公司旗下的两个水电站:象鼻嘴电站(装机容量7000KW)和月儿山电站(装机容量1500KW),都是混流式水电站(混流即水流是径向流入水轮机,轴向流出,一般中高高度水头,即20-700M水头都用这种类型的水轮机)。

水电厂计算机监控系统目前均按对象设计,采用分层分布、开放式网络系统结构,具有典型的三层结构:主控层、通信层、现地层。 主控层、通信层(厂级控制单元)一般由集成商提供。现地层又称现地控制单元(LCU),具备保护、测量及控制等所有功能,并遵循保护相对独立和动作可靠性的原则,且不依赖于通讯网络和上位机管理层,能独立完成监控和保护的功能,符合部分标准要求。象月水电站的现地控制LCU都是由菲尼克斯电气提供,每个机组LCU应用菲尼克斯电气大型PLC-AXC3050 2套;公用及开关站LCU采用菲尼克斯电气中型PLC-AXC1050 1套;辅机(泵站)LCU采用菲尼克斯电气小型PLC-INLINE131 4套;SOE模块采用菲尼克斯电气高速AXLDI32点模块;现地LCU与主控层均采用MODBUS-TCP通讯协议。

象鼻嘴水电站处于山区,施工作业面小;来水量受季节变化影响大,工程实施时适逢春季,因此,施工进度要求比较紧急。得益于菲尼克斯电气产品与技术的特性,电气工程技术人员从了解工艺到协助集成商编程调试、与上位联调直至电站并网成功,只用了15天时间,无论是安装公司还是甲方技术人员,对菲尼克斯都赞赏有加。

菲尼克斯电气的控制系统非常适合集成商在水电站建设中使用:

1、菲尼克斯电气CPU模块,集成了电源、网口、以及多种网络协议等硬软件功能,这种一体化的设计,可以省去很多选型、设计等麻烦,减少中间环节,提高设计与应用可靠性;

2、本项目所使用的三种不同性能的控制器均集成Modbus TCP client/server功能,可十分方便与水电行业主流的计算机监控上位平台通讯。同时对于机组CPU控制器,比如3050控制器,它可以与多达32个设备(包括上位与其他设备)进行Modbus TCP通讯,利于集成方案设计;

3、强大的IO扩展功能,可以扩展到63个,因此,对于设计遗漏造成现场需要增加IO点数,可以轻松解决;

4、本项目中使用的PC WORX编程开发环境,全中文界面,支持IEC61131-3规范的编程语言,通过SFC(顺序功能图)编程语言形象化的显示开机、停机等流程状态,一目了然。另外,PC WORX还提供其他便捷功能,比如:监控/调试接口用于显示变量状态、覆盖/强制变量或配方;断点,单步;实时逻辑分析器;程序如修改,修改后可在线下进行安装等,对于编程调试人员简单易学、直观方便;

5、系统IO模块,均采用直插式联结,既可以预接线,也可以现场快速布线,无需转接端子,轻松、省力、可靠。

6、IT  Powered:支持各种IT技术,实现IT与OT的融合。

AXC3050控制器

编程界面

众所周知,水电站的发电量大小一方面受制于上游来水量的大小,另一方面受制于用电负荷需求的大小,因此,水电站需要服从电网调度,于是,水电站最大的控制需求来自于变化的电网调度,从0需求到满发,而且这种需求是动态的、随时的,也就是我们所说的调峰与调频。因此,控制系统需要可靠响应这些需求,并且需要在规定的时间内响应这些需求,进行顺控,当然时间越短越好。菲尼克斯电气产品与技术的优势确保了电站对于控制系统在可靠性与及时响应方面的需求:

菲尼克斯电气提供的Axio系列控制系统无论是CPU模块还是IO模块抗冲击性能可达30g。同时采用直插式端子连接,无需转接,没有螺钉,抗震动性能可达5g,充分消除电站启停机时震动所造成的不可靠影响。可在-25℃~60℃环境下长期稳定运行。通过EN 61000-6-2抗电磁干扰测试,认证标准可达A级,即可在电场强度为10V/m区域内稳定运行,非常适用于水电站现场复杂的电磁环境。

本项目所使用的菲尼克斯电气AXC 3050 PLC 控制器性能强大:CPU主频达1.3GHz,位处理能力(1Kbit)仅为1µs,并具有3个独立的网口。另外,本地总线采用菲尼克斯电气AXIO背板总线技术,处理速度达100M,包括4M的程序内存与8M的数据存储,这些都可以保证整个下位控制系统快速的响应上位要求与快速采集现场信号给到上位。

现代水电站的设计要求是无人化或者少人化值守,因此,对于监控系统,除了自动化程度高以外,还要易于维护和调试,菲尼克斯电气的控制系统可以使维护和调试工作简单易行,例如:

1、控制器可扩展SD卡,SD卡存储IP地址及程序等信息,更换控制器无需设置,直接插入原SD卡即启动。

2、丰富的诊断信息:模块诊断,模拟量通道诊断,控制器运行温度等,并可实现远方诊断。

3、通信接口,可供下载(和上传)应用程序镜像,以及(冷/暖/热)启动和关闭PLC。

4、CPU控制器集成SQL协议,可以与数据库直接连接。

水电作为可再生能源,以及清洁能源,一直被全球各国所广泛使用。目前,水电作为成熟的能源形式,一方面在向智能方向发展,一方面在向可靠送电方向发展。由于中国电网属于主干型电网,水力发电的不稳定性,会影响主干网的电力输送,因此,国家正在推进抽水蓄能电站,保证水电的使用率;另一方面,智能电网的兴起,对于电站的智能化也提出了要求,比如IEC61850规约的使用,菲尼克斯电气可以提供符合IEC61850规约的控制器与IO产品与技术,满足智能电站的需求。

菲尼克斯电气致力于为中国清洁能源、智慧能源贡献力量。

审核编辑(王静)
更多内容请访问 菲尼克斯(中国)投资有限公司(http://c.gongkong.com/?cid=134)

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