摘要:针对目前安图县松合水电站实际情况,建设水电站微机监控和自动发电控制系统.本文从系统设计原则、系统总体设计、具体功能设计三个方面,详细的阐述了水电站微机监控与自动发电控制系统的设计与实现.
关键字:水电站微机监控自动发电控制自动同期无人值班PLC
1引言
随着我国国民经济的快速发展和人民群众物质文化生活水平的不断提高,社会对电力的需求日益增强,对电能质量的要求也越来越高.安图县松合水电站是二道梯级开发的最上一级水电站,上世纪80年代投产发电,总装机容量为1120KW,有3台机组,2台机组400KW、另1台为320KW.目前,松合水电站一直持续传统的常规控制、人工操作为主的控制模式进行发电,这已远远不能满足现代社会对电能的需求.另一方面,安图县松合水电站地处偏僻山区,远离城镇,职工长期工作生活在较差的环境之中.值班人员对机组和设备运行情况须进行定时巡回检查、记录、维护等繁杂操作,劳动强度大.因此,利用先进的自动控制技术、电子技术、微机技术、计算机网络技术相结合,对其进行以微机监控和自动发电控制系统为基础的综合自动化改造,实现对水电站发电机组的自动起、停机及自动发电控制、同期并网,完成机组及线路的各种电气量的实时监测和控制以及对上级调度的信息传输.改善广大水电职工的工作和生活环境,提高生活质量,减轻劳动强度,用微机监控与自动发电控制系统来代替人工操作,使水电站逐步实现少人值班,最终达到无人值班(或少人值守)的目标.
随着我国电力行业“厂网分开、竞价上网”电力市场的起步和发展[1],电力企业的经济效益已充满了挑战和竞争,为了在未来的电力竞争中占有一席之地,这就需要电力企业降低生产成本,节约运行费用,最大限度的发挥机组的最优性能,增强上网电价的竞争优势.而水电站如果没有微机监控和自动发电控制系统,而是依靠传统的人工操作控制,将难以满足市场竞争的需要.不了解实时行情,参与竞价将非常困难.即使争取到了发电上网的机会,又因设备陈旧落后而不能可靠运行,既影响电网供电,又使自身效益受损,最终也失去了好不容易才争取到的发电机遇.因此,电力体制改革也促使水电站进行改造,实现微机监控和自动发电控制,保证电站安全、可靠、经济运行,提高水电站综合经济效益.
本文针对目前水电站普遍存在的问题,结合安图县松合水电站现状,从系统设计原则、系统总体设计、具体功能设计三个方面,详细的阐述了水电站微机监控与自动发电控制系统的设计与实现.
2系统设计原则
2.1开放式系统结构设计
系统的设计遵循开放性的原则,保证系统的可移植性,互操作性和对多种计算机平台的支持.考虑到今后系统的升级和功能扩充,设计遵循最新的国际标准、国家标准和行业标准.采用开放、分层分布式计算机监控系统结构,模块化软件及结构化设计,实现真正意义上的硬件开放、软件开放、数据开放和通信开放.
2.2经济性原则
从经济成本和与效益角度考虑,在满足系统功能和用户需求前提下,系统本着安全、简单可靠、经济和适用的原则配置高质量、高标准的硬件和软件.
2.3面向用户设计
开发基于图形界面的智能化支撑环境,让用户花费的维护工作量小.人机接口友善,操作方便,用户可自如扩展系统.
2.4采用面向对象技术进行系统分析、设计和编程
在设计开发过程中,严格采用面向对象技术和原则.针对面向对象语言C++的对象类具有封装性、类属性和继承性的特点,以数据为中心而设计.保证系统可扩充性、可再用性,使进程在占用极少资源的环境下处理大量的事务,稳定有效运行.
2.5系统具有高实时性
计算机监控系统具有高实时性,可靠性、可维护性.系统设备控制独立,各设备独立运行,若某一装置故障,不影响其它装置正常运行,检修维护方便.
2.6系统具有高可靠性和抗干扰性
计算机监控系统采用了避错、容错、纠错等技术,具有高可靠性和较强的抗干扰能力.能承受低温、潮湿、振动、噪声以及电力系统短路、雷击而产生的强磁场、强电场的干扰.
2.7选用高性能的I/O硬件作为现地控制单元.
3系统总体设计
根据松合水电站现场实际情况,系统总体上分为以下几部分:
3.1开关部分
按单元配置,发电机出口、主变低压侧和分段每个单元配置开关及控制屏,厂用电交流屏.监控测量部分配置2台控制屏.发电机出口、主变低压侧为了满足同期合闸和远方操作的需要选用NA15智能型断路器(电动、预储能和过载、欠压、单相接地保护)根据容量不同选用不同额定电流的断路器,同时配置相应隔离刀闸.分段单元采用隔离刀闸方式.各测量点配置三相CT,两相PT.厂用交流电分别引自两段母线和10KV侧所用变,同时配置不间断电源UPS,确保厂用电源的稳定、不间断.
3.2微机监控部分
按单元配置,3台发电机分别配置D20L/g发电机控制(测量、调节和同期功能)装置和智能电度表等;主变低压侧配置D20C/g单元测控装置;10KV线路、厂用交流电配置D20C/g单元测控装置和智能电度表等.
3.3自动控制发电部分
按单元配置,3台发电机分别配置发电机自动励磁装置[2]、直流自动调速装置、发电机测速装置和水位采集显示装置等.
3.4监控系统
由后台监控计算机、打印机和网络交换机等构成.后台监控计算机通过以太网连接与各监控装置通信,整个系统结构简单,各个单元功能强大,保证了系统的安全、可靠运行.
水电站微机监控与自动发电控制系统主要针对水电站开发,完成水电站发电机组的自动起、停机及自动发电控制(与水库水位结合)、同期并网,完成机组及线路的各种电气量的测量、控制以及对上级调度的信息传输等功能.
发电机组的就地控制单元采用D20L/g发电机控制装置,满足32路数字量输入、8路遥控输出、2路全电量交流采样和32路直流量采集,提供功能强大的PLC可编程逻辑控制功能[3],同时具有自动同期合闸、自动发电控制功能.
D20L/g发电机控制装置,提供1个以太网口和最多到8个RS-232串口,把上、下级设备联在一起,实现全系统的数据通讯及公共数据库,由此形成和完成通讯控制功能.线路监控采用D20C/g综合测控单元,全分散配置,扩展组态灵活,可靠性和经济性高;分散式安装,每个单元可以实现一个间隔的遥测、遥信、遥控等远动功能,既支持集中组屏模式又支持就地分散安装.后台系统选用HP计算机,用于上位监控,使用简单,易于掌握,具有开放式的数据结构,友好的人机界面.适用于各型水电站的设备控制.
4系统功能设计
4.1数据采集和处理
微机监控与自动发电控制系统实时在线采集水电机组设备或部件运行状态信息和特征参数(如主轴各关键处的摆度、各个轴承和机架的振动、轴承温度、蜗壳和尾水管的压力、发电机组功率、接力器行程、发电机绝缘状况、空气隙的动态变化、水轮机流量以及空化噪声和超声波等参数),进行必要的转化和预处理,并以一定的格式存入系统实时数据库中[4].按照被测值性质的不同可分为开关量、模拟量、脉冲量、计算量等.
(1)开关量输入:开关量输入信号包括各主要设备继电保护信号、机械保护动作信号、断路器和隔离开关的位置信号、机组运行状态信号、转速信号、手动自动方式选择、开关的位置信号等.
(2)开关量输出:开关量输出用于自动控制电站机组的自动启停顺序控制、有功和无功功率调节和电站其它主要设备操作控制,如高、低压断路器、隔离开关等设备操作和闭锁控制.
(3)模拟量输入:模拟量包括电气模拟量、非电气模拟量及温度量的采集,包括上游水位、下游水位、机组转速、轴承温度等.电气模拟量指发电机定子电压、电流及有功功率、无功功率、转子电压、转子电流,线路电压、电流及有功功率、无功功率,主变压器电流及有功功率、无功功率,直流母线电压、电流以及直流充电机电流等.模拟量采集由D20L/g发电机控制装置和D20C/g综合测控模块完成.对模拟量处理有断线检测、数字滤波、数据合理性判断、标度换算、越复限报警等
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