老江底水電站計算機監控系統設計

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補作村,為黃泥河梯級開發的第六級,開發目標為單一發電。離貴州省興義市50km,云南省羅平縣100km,公路為山區四級公路,對外交通方便。

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

老江底水電站廠房為引水式地面廠房,引水發電系統為 “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,年利用小時數為4180h。

2 計算機監控系統設計

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

2.1 上位機監控系統設計

老江底水電站計算機監控系統采用某公司基于Windows操作系統跨平臺的全分布開放系統結構、EC2000監控系統軟件。

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,也可以安裝64位操作系統,從而可以進行更大范圍的整數運算,可以支持更大的內存。上位機系統另外還包括兩臺A3幅面漢字激光打印機,完成監控系統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。

上位機系統還配套提供了1套GPS衛星時鐘同步系統、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衛星時鐘同步系統對監控系統的主站級計算機和各現地控制單元 (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模件發送時鐘同步數據。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,通過光纜與各個現地LCU中的光纖收發器相連,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 (UPS),為主站級所有設備及共它系統的設備供電,提高系統電源的可靠性,另有1臺移動式筆記本電腦,用于調試和編程。

2.2 下位機監控系統設計

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

LCU主要完成對被監控設備的就地數據的采集及監控功能。所有LCU柜采用12.1"TFT液晶觸摸屏作為現地人機接口,能保證當它與主站級系統脫離后仍然能在當地實現對有關設備的監視和控制功能。當其與主站級恢復聯系后又能自動地服從主站級系統的控制和管理。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。該PLC配置和安裝簡易,結構緊湊,功能強大,方便的系統和模塊自診斷能力,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LCU增加配置了智能通信管理裝置SJ-30,用于實現機組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;實現開關站LCU與保護設備等裝置通信;實現公用設備LCU與公用系統設備、直流系統等設備通信;壩區LCU與壩區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的當地人機接口,該觸摸屏尺寸,TFT真彩,256色,帶以太網口。

監控系統配置了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、頻率、有功電度。有六路開關量輸入用于監視開關狀態,兩路繼電器輸出用于控制開關,兩路模擬量輸出用于DCS系統或工業監控設備。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。所有的數據都可以通過RS485通訊口,用Modbus RT U通訊協議讀出。

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

監控系統為每套機組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)雙微機系統間互相獨立,具備很高的可靠性、集成度高、元件少,采用現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、頻率實行變參數調節,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要求。(3)每個對象的同期參數可以分別設定,互相之間沒有任何聯系。

(4)支持對開關兩側電壓進行相角補償、電壓補償。

(5)裝置的所有參數全部采用數字式整定,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 公用控制系統設計

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

各個輔機控制單元配置獨立的PLC控制系統,完成輔機系統的數據采集、電廠輔機設備的控制及設備的調節與控制 (包括順控)。進行全廠輔機設備的閉環控制與調節,保證全廠發電運行可靠。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采用SJ-500現地控制單元,其中PLC采用schneider-electric的Unity Premium系列,CPU選用TSXP57103M。

另外根據機組輔助設備及公用設備起動控制系統的要求,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控系統結構如圖1所示。

圖1 老江底水電站計算機監控系統結構圖

3 計算機監控系統設計注意事項

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控系統的設計中應注意以下幾點。

(1)縱向到底 計算機監控系統設計不僅需要密切與主機、輔機、開關及監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,統一功能接口。工程施工時設計應與施工、調試、監理及建設單位技術員充分溝通,根據實際情況適時優化調整設計方案。

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

(3)未雨繆綢 電站接入系統資料及審查文件等設計依據應盡早拿到,避免設計反復,統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,以科學發展觀指導工程設計。

(5)協作互助 監控點表與設計圖紙宜共同提供給建設單位,供調試單位現場核對;監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一。

(6)節能降耗設計推廣節能低耗環保型產品,對于GIS(六氟化硫全封閉組合式電氣)開關站監控系統,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,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電,現階段發電量主要送往貴州興義地方,目前監控系統運行正常。

[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]水電廠計算機監控系統基本技術條件DL/T578-95

[4]水力發電廠自動化設計技術規范DL/T 5081-1997

[5]不間斷電源設備GB7260