金雞灘水利樞紐電站計算機監控系統的設計

吳詩芹

(廣西南寧水利電力設計院 南寧 530001)

1 概述

廣西隆安金雞灘水利樞紐位于右江下游河段,在隆安縣城上游8km的金雞灘處。電站裝設3臺燈泡貫流式水輪發電機組,單機容量為 24MW,總裝機容量為72MW。3臺發電機和2臺主變壓器接成擴大單元接線,其中一臺變壓器為三圈變,另一臺變壓器為雙圈變。兩臺主變壓器均以110 kV電壓接入廣西電網。為方便電站的運行管理,提高電站運行的可靠性,電站設計采用計算機監控系統對全電站實現自動監視和控制。

2 計算機監控系統的設計原則

金雞灘水利樞紐電站屬于中小型水電站。根據《水力發電廠計算機監控系統設計規定》 (DL/T5065-1996)、《水電廠計算機監控系統基本技術條件》(DL/T578-95)的規定,綜合考慮金雞灘水電站的單機容量、總裝機容量以及計算機監控系統的發展趨勢和業主的要求,確定如下設計原則:

(1)金雞灘電站按照 “無人值班,(少人值守)”的原則進行總體設計。電站的控制方式采用全計算機控制方式,不設常規控制設備。

(2)可靠性。監控系統高度可靠。監控系統的局部故障不會影響現場設備的正常運行,系統的平均故障間隔時間 (M TBF)、平均維修時間 (M TTR)等可靠性指標均要達到或超過部頒標準DL/578-95《水電站計算機監控系統基本技術條件》的要求。

(3)先進性。系統配置和設備選型符合開放性國際標準,充分利用計算機領域先進而成熟的技術,使系統達到目前國內先進水平。

(4)開放性。采用全分層分布式的開放系統,整個系統的硬件和軟件采用模塊化、結構化的設計,能適應功能的增加和規模的擴充。

(5)經濟性。在節約投資的基礎上,在技術上使電站的長期安全運行得以保障,并可明顯提高經濟效益,使運行值班人員的工作條件得到有效改善。

(6)系統具有實時性好、抗干擾能力強、人機接口功能強、操作方便等特點。

3 計算機監控系統的結構與配置

隆安金雞灘水利樞紐電站的控制方式為全計算機監控方式,不設常規控制設備。計算機監控系統采用分層分布式結構,設置了負責完成全廠集中監控任務的電站級控制系統和負責完成機組、開關站和全廠公用設備等監控任務的現地控制系統。電站級控制系統采用雙主機系統,雙主機互為熱備用。電站級控制系統與現地控制系級之間的通信聯系采用總線網絡方式,通信介質采用光纜。

3.1 電站級控制系統的配置

電站級計算機監控系統主要由以下設備組成:

(1)2套主機兼操作員工作站,兩套主機互為熱備用。每個工作站均由1臺美國HP530工作站和1臺19″彩色液晶顯示器組成;

(2)1套工程師工作站,由1臺美國NEMATRON微機和1臺17″彩色液晶顯示器組成;

(3)1套通信工作站,由 1臺美國NEMATRON微機和1臺17″彩色液晶顯示器組成;

(4)1臺HPLJ5100網絡黑白激光打印機和1臺HPDJ3538彩色噴墨打印機;

(5)1套SZ-2型GPS衛星時鐘系統;

(6)1套3kVA/1h在線式 UPS;

(7)其他輔助設備及系統軟件、應用軟件等。

3.2 現地控制系統

現地控制系統包括以下5個現地控制單元:

(1)LCU1～LCU3:分別用于1號～3號水輪發電機組及其輔助設備的監控。每個單元主要由GE90-30系列 PLC、10.4′TFT液晶觸摸屏、SJ-12C雙微機自動準同期裝置 (單對象)、PMAC9900智能交流采樣裝置、通訊管理裝置及配套設備等組成。各控制單元均按2個機柜組屏。

(3)LCU4:用于10.5kV和400V廠用電系統設備及全廠油、氣、水等公用設備的監控。該單元主要由GE90-30系列PLC、10.4′TFT液晶觸摸屏、PMAC9900智能交流采樣裝置、通訊管理裝置及配套設備等組成。控制單元按1個機柜組屏。

(2)LCU5:用于主變壓器和110kV開關站設備的監控。該單元主要由GE90-30系列 PLC、10.4′TFT液晶觸摸屏、SJ-12C雙微機自動準同期裝置 (多對象)、PMAC9900智能交流采樣裝置、通訊管理裝置及配套設備等組成。控制單元按2個機柜組屏。

4 計算機監控系統的功能

隆安金雞灘水電站計算機監控系統可實現對電廠生產過程的實時監視、實時測量和實時控制,對機組的有功功率和無功功率進行單機調節或3臺機組的聯合控制,對機組的開、停機及并網操作進行控制,對廠用電系統及全廠公用設備進行監視和控制,并能與廣西電網調度中心的計算機系統進行遠程通信,交換遠動信息。

4.1 現地控制單元的功能

4.1.1 數據采集和處理

LCU通過此功能對電站的主輔設備的運行狀態、運行參數進行實時采集,存入實時數據庫,作為系統實時監視、告警、控制、制表、計算和處理的依據。

數據采集的對象分為模擬量、開關量、脈沖量等。

4.1.2 安全運行監視

(1)狀變監視和事件報警。(2)越復限檢查和報警。(3)控制命令執行中顯示操作全過程及操作受阻部位。

(4)電站設備的狀態監視和參數顯示。

4.1.3 控制與調節

LCU能接受當地或來自上位機的命令,完成對下述被控設備的操作:

(1)機組LCU:機組各種狀態的轉換、緊急停機,有功、無功負荷調節等;

(2)公用 LCU:廠用電和輔助設備的操作;對空壓機,滲漏、檢修排水泵等進行監控;

(3)開關站LCU:對斷路器、隔離刀閘和接地刀閘的分、合操作進行監控等。

4.1.4 數據通信

包括與電站級進行通信,向上位機發送數據采集和事件信息,并接受其下行的控制命令;實現和微機勵磁、調速、保護、智能采集裝置等設備的通信。

4.1.5 在線診斷

LCU能進行硬件、軟件的診斷。在診斷到故障后將報警,并自動閉鎖相關控制。

4.2 電站級控制系統的功能

4.2.1 數據采集和處理

從各個LCU采集電站各主輔設備的實時數據,包括模擬量、開關量、電度量、越復限事件記錄等。按收到的數據進行數據庫刷新、報警登錄和綜合處理。

4.2.2 安全監視及事件報警

運行值班人員可以通過監控系統的大屏幕彩色液晶器對全廠各主輔設備的運行狀態和運行參數進行實時監視。

當電站出現故障或發生事故時,監控系統自動顯示報警語句、推出相關畫面并自動進行語音報警。

4.2.3 控制與調節

監控系統能根據電站當前運行情況和遠方及當地的控制命令、AGC及AVC的計算,按預定的步驟,對電站設備進行控制及調節,包括機組工況轉換;機組有功功率、無功功率的閉環調節以及進行斷路器和隔離開關分、合閘等操作。

在開、停機操作中,監控系統可按控制流程顯示各設備的狀態。過程受阻時可指出原因,并將機組轉換到安全狀態。

4.2.4 人機聯系

借助于鍵盤、液晶顯示器、鼠標器和打印機等人機聯系設備,運行人員能方便地監視、控制、調節電站設備,并自動定時或響應召喚打印命令打印各種報表。

4.2.5 統計記錄與生產管理

系統在實時采集全廠各設備的運行參數和工況的基礎上進一步完成統計制表等一系列運行管理工作。包括電站發電運行記錄、主要電氣設備運行及運行記錄、事故及故障記錄等。

4.2.6 自診斷

監控系統具有在線自診斷功能,能及時發現系統中的故障,并能定位故障部位。診斷到故障時,能進行主備計算機的自動切換并采取報警等相應措施。

5 結束語

金雞灘水利樞紐電站計算機監控系統是按 “無人值班 (少人值守)”的原則進行設計的。運行實踐證明,該系統對減輕電站值班人員的勞動強度,提高電站的自動化水平,同時對提高電站的經濟效益起了很大作用。