老江底水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)設計

邱春華

(貴州省水利水電勘測設計研究院,貴陽 550002)

1 概況

老江底水電站位于貴州省和云南省交界黃泥河上,在南方電網公司屬魯布革水電廠上游18.8km處,位于貴州省興義市雄武鄉(xiāng)補作村,為黃泥河梯級開發(fā)的第六級,開發(fā)目標為單一發(fā)電。離貴州省興義市50km,云南省羅平縣100km,公路為山區(qū)四級公路,對外交通方便。

黃泥河老江底水電站水庫調節(jié)性能為日調節(jié),電站建成之后采用 “無人值班、少人值守”的計算機監(jiān)控運行方式。電站在電力系統(tǒng)中主要擔任基荷及腰荷。電站水輪發(fā)電機組將只作發(fā)電運行,不作調相運行。

老江底水電站廠房為引水式地面廠房,引水發(fā)電系統(tǒng)為 “一管兩機”布置形式。電站設計水頭58.5m,最大水頭為65m,最小水頭為40m,總裝機容量2×50MW,年利用小時數(shù)為4180h。

2 計算機監(jiān)控系統(tǒng)設計

計算機監(jiān)控系統(tǒng)設計時在軟、硬件上充分考慮系統(tǒng)容錯功能,遵循現(xiàn)地優(yōu)先的原則,在緊急情況下,保證現(xiàn)地操作的優(yōu)先性,當單個元器件損壞或故障時不會造成系統(tǒng)誤動,在系統(tǒng)失電或電源恢復時,不會誤動作,確保設備安全運行。

2.1 上位機監(jiān)控系統(tǒng)設計

老江底水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用某公司基于Windows操作系統(tǒng)跨平臺的全分布開放系統(tǒng)結構、EC2000監(jiān)控系統(tǒng)軟件。

其中上位機部分包括2套主控級計算機兼操作員工作站,1套工程師兼培訓工作站和1套通訊工作站,均采用XW4300型工作站。此工作站中采用EM64T型CPU。該CPU是在原32位CPU的基礎上一次革新。EM64T型CPU具有向下兼容的性能,在安裝有EM64T型CPU的計算機中,既可以安裝32位操作系統(tǒng),也可以安裝64位操作系統(tǒng),從而可以進行更大范圍的整數(shù)運算,可以支持更大的內存。上位機系統(tǒng)另外還包括兩臺A3幅面漢字激光打印機,完成監(jiān)控系統(tǒng)的各種打印服務功能,打印方式以召喚打印為主,定時打印為輔。

上位機系統(tǒng)還配套提供了1套GPS衛(wèi)星時鐘同步系統(tǒng)、1套網絡交換機、1套UPS不間斷電源和1臺一臺移動式MMI機IBM筆記本電腦。其中GPS衛(wèi)星時鐘同步系統(tǒng)對監(jiān)控系統(tǒng)的主站級計算機和各現(xiàn)地控制單元 (LCU)進行時鐘同步,具有4個串口 (2個 RS232,2個 RS485)、1路1PPS、1路1PPM。通過串口方式向廠級管理工作站傳送時鐘信息,通過向SJ-18型同步信號擴展裝置,將1PPM擴展,并向各臺 LCU的SOE模件發(fā)送時鐘同步數(shù)據(jù)。主交換機放置在計算機房內,交換機采用模塊化設計,支持分布式管理和交換引擎,支持熱插拔,便于在線維護,備有2個備用插槽;交換機同時支持多光口、電口混合連接,避免使用光纖收發(fā)器,減少了網絡故障點。網絡采用單星型網絡結構,通過光纜與各個現(xiàn)地LCU中的光纖收發(fā)器相連,再與各個PLC中的以太網接口連接。一套6KVA/1小時,雙機熱備冗余不間斷電源系統(tǒng) (UPS),為主站級所有設備及共它系統(tǒng)的設備供電,提高系統(tǒng)電源的可靠性,另有1臺移動式筆記本電腦,用于調試和編程。

2.2 下位機監(jiān)控系統(tǒng)設計

下位機系統(tǒng)采用SJ-600系列單元監(jiān)控裝置,共5套:機組LCU 2套、開關站LCU 1套 (含主變壓器監(jiān)控)、公用設備LCU 1套、壩區(qū)LCU 1套。

LCU主要完成對被監(jiān)控設備的就地數(shù)據(jù)的采集及監(jiān)控功能。所有LCU柜采用12.1"TFT液晶觸摸屏作為現(xiàn)地人機接口,能保證當它與主站級系統(tǒng)脫離后仍然能在當?shù)貙崿F(xiàn)對有關設備的監(jiān)視和控制功能。當其與主站級恢復聯(lián)系后又能自動地服從主站級系統(tǒng)的控制和管理。LCU的組成分別敘述如下。

2.2.1 可編程邏輯控制器 (PLC)

采用Unity Quantum PLC系統(tǒng)。該PLC配置和安裝簡易,結構緊湊,功能強大,方便的系統(tǒng)和模塊自診斷能力,極易故障排除,能電站滿足各種復雜、高速的控制要求,全部模塊采用標準化模件,支持帶電拔插功能,并且開關量輸出模塊具有故障可預定義功能。

所有控制流程都放在PLC中,保證了上位機或網絡故障時LCU仍能正常工作。

2.2.2 智能通信管理裝置

因Unity Quantum系列PLC無智能多串口通訊裝置,設計專為機組、開關站、公用及壩區(qū)LCU增加配置了智能通信管理裝置SJ-30,用于實現(xiàn)機組LCU與微機勵磁、微機調速、機組保護裝置及其他微機裝置等通信;實現(xiàn)開關站LCU與保護設備等裝置通信;實現(xiàn)公用設備LCU與公用系統(tǒng)設備、直流系統(tǒng)等設備通信;壩區(qū)LCU與壩區(qū)閘門控制裝置等設備通信。

2.2.3 彩色液晶觸摸顯示屏及智能電量綜合采集裝置

所有LCU采用12.1"彩色液晶觸摸顯示屏作為LCU的當?shù)厝藱C接口,該觸摸屏尺寸,TFT真彩,256色,帶以太網口。

監(jiān)控系統(tǒng)配置了EV390型0.5級三相網絡電力儀表,用于交流量的采集。EV300系列三相網絡電力儀表可測量電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、功率因數(shù)、頻率、有功電度。有六路開關量輸入用于監(jiān)視開關狀態(tài),兩路繼電器輸出用于控制開關,兩路模擬量輸出用于DCS系統(tǒng)或工業(yè)監(jiān)控設備。EV300儀表將精確測量、智能化多功能和簡單人機界面結合在一起。所有的數(shù)據(jù)都可以通過RS485通訊口,用Modbus RT U通訊協(xié)議讀出。

老江底水電站每套機組LCU配一套交流采樣裝置,負責每臺機組的電量測量;開關站公用LCU共配置8套交流采樣裝置。

2.2.4 同期裝置

監(jiān)控系統(tǒng)為每套機組LCU配置一臺SJ-12C型單對象雙微機自動準同期裝置,為開關站LCU配置一臺SJ-12C型多對象雙微機自動準同期裝置。

SJ-12C型多對象雙微機自動準同期裝置具有以下主要特點。

(1)雙微機系統(tǒng)間互相獨立,具備很高的可靠性、集成度高、元件少,采用現(xiàn)代控制理論對合閘相角差進行預測控制,對被同期對象的電壓、頻率實行變參數(shù)調節(jié),既提高同期精度,也同時提高了并網速度。

(2)裝置可支持多達16個同期對象,每個對象可以設置成機組型的開關對象或輸電線路型的開關對象,本電站開關站同期點5個,分別時1#、2#主變高壓側斷路器各1個,110kVY輸電線1Y、2Y斷路器各1個,預留3Y輸電線斷路器1個,同期裝置完全能滿足同期回路數(shù)要求。(3)每個對象的同期參數(shù)可以分別設定,互相之間沒有任何聯(lián)系。

(4)支持對開關兩側電壓進行相角補償、電壓補償。

(5)裝置的所有參數(shù)全部采用數(shù)字式整定,自動校正零點和線性,方便裝置的運行和維護。全漢字菜單界面,清晰直觀,操作簡便。

2.2.5 交直流雙供電

LCU采用交直流雙供電,任何一路電源故障不影響LCU的正常運,所選擇的交直流雙供電部件輸入側帶有隔離變壓,提高了供電系統(tǒng)的安全性,比只采用一塊直流開關電源、一塊交流開關電源的雙供電方式可靠。

2.3 公用控制系統(tǒng)設計

公用被控系統(tǒng)包括滲漏排水系統(tǒng)、檢修排水系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、技術供水及。機組漏油箱系統(tǒng)。

各個輔機控制單元配置獨立的PLC控制系統(tǒng),完成輔機系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、電廠輔機設備的控制及設備的調節(jié)與控制 (包括順控)。進行全廠輔機設備的閉環(huán)控制與調節(jié),保證全廠發(fā)電運行可靠。控制器不僅實時性指標要高,還應有相當高的可靠性。

從系統(tǒng)的可靠性、方便維護及備品備件的通用性考慮,老江底水電站公用控制系統(tǒng)采用SJ-500現(xiàn)地控制單元,其中PLC采用schneider-electric的Unity Premium系列,CPU選用TSXP57103M。

另外根據(jù)機組輔助設備及公用設備起動控制系統(tǒng)的要求,20kW以上電機啟動控制裝置選用ATS-48系列軟啟動器及配套接觸器、斷路器等設備;20kW以下電機控制裝置選用電機啟動設備帶熱保護空氣斷路器、接觸器和熱過載繼電器等。

老江底水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)結構如圖1所示。

圖1 老江底水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)結構圖

3 計算機監(jiān)控系統(tǒng)設計注意事項

設計貫穿前期關鍵點控制至建設過程控制整個階段。通過對本電站的設計、咨詢及配合工作,筆者深切認識到在今后水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的設計中應注意以下幾點。

(1)縱向到底 計算機監(jiān)控系統(tǒng)設計不僅需要密切與主機、輔機、開關及監(jiān)控廠家等相關供貨單位工作員進行技術交流,還應積極配合建設單位做好合同控制工作,分清各供貨商供貨界面,明確設計工作面,統(tǒng)一功能接口。工程施工時設計應與施工、調試、監(jiān)理及建設單位技術員充分溝通,根據(jù)實際情況適時優(yōu)化調整設計方案。

(2)橫向到邊 水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)設計應加強與水機、水工、金結、水情測報及通訊等相關專業(yè)的技術交流,避免 “單打獨斗”,尤其要注意處理專業(yè)交叉工作面,明確各自責任,遇到問題不互相推諉。

(3)未雨繆綢 電站接入系統(tǒng)資料及審查文件等設計依據(jù)應盡早拿到,避免設計反復,統(tǒng)籌設計質量和設計進度齊頭并進。

(4)以人為本設計充分考慮施工、調試及運行人員的工作特點,將系統(tǒng)安全工程及人機工程學知識貫穿于設計的整個過程,以科學發(fā)展觀指導工程設計。

(5)協(xié)作互助 監(jiān)控點表與設計圖紙宜共同提供給建設單位,供調試單位現(xiàn)場核對;監(jiān)控廠家出廠調試時應主動與該廠工程部門及時進行銜接,并注意與設計單位提供的圖紙定義相統(tǒng)一。

(6)節(jié)能降耗設計推廣節(jié)能低耗環(huán)保型產品,對于GIS(六氟化硫全封閉組合式電氣)開關站監(jiān)控系統(tǒng),可向GIS生產廠家提出智能化控制要求,一些不重要的信號通過網絡傳給上位機系統(tǒng),減少電纜用量,加快安裝調試進度。

4 結論

貴州興義老江底水電站于2008年10月兩臺機組全部并網發(fā)電,現(xiàn)階段發(fā)電量主要送往貴州興義地方,目前監(jiān)控系統(tǒng)運行正常。

[1]貴州興義老江底水電站設計報告

[2]南京南瑞自動控制有限公司技術資料

[3]水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)基本技術條件DL/T578-95

[4]水力發(fā)電廠自動化設計技術規(guī)范DL/T 5081-1997

[5]不間斷電源設備GB7260