抽水蓄能系統(tǒng)LCU控制單元的設(shè)計

摘要：隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，微機監(jiān)控系統(tǒng)（LCU）在抽水蓄能系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。文章主要對抽水蓄能系統(tǒng)現(xiàn)地控制單元的優(yōu)化做一下探討。

關(guān)鍵詞：LCU；抽水蓄能；優(yōu)化

中圖分類號：TV554 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）18-0137-02

1 LCU 的任務(wù)和功能

現(xiàn)地控制單元 LCU是保證電站有效可靠投運，保證機組安全運行的基礎(chǔ)層，是全廠監(jiān)控、檢測等系統(tǒng)分布式結(jié)構(gòu)中的智能終端。由它實現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)與電站設(shè)備的接口，完成監(jiān)控系統(tǒng)對抽水蓄能系統(tǒng)設(shè)備定時、變位的監(jiān)控。它可以作為所屬設(shè)備的獨立監(jiān)控裝置運行，當(dāng)現(xiàn)地控制單元與主控層失去聯(lián)系時，由它獨立完成對所屬設(shè)備的監(jiān)控，包括在現(xiàn)地由人員實行的監(jiān)控及由現(xiàn)地控制單元對設(shè)備的自動記錄各個重要事件的動作順序、事件發(fā)生時間、事件名稱、事件性質(zhì)，并根據(jù)規(guī)定產(chǎn)生報警。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及機組LCU控制流程

系統(tǒng)主要由電氣一次設(shè)備（隔離開關(guān)、斷路器）、調(diào)速器系統(tǒng)（轉(zhuǎn)速控制、負(fù)荷控制）、勵磁系統(tǒng)（電壓調(diào)節(jié)、電流調(diào)節(jié)）、輔機系統(tǒng)（油、氣、水、自動化元器件）、計算機控制系統(tǒng)上位機、計算機控制系統(tǒng)下位機——LCU組成。根據(jù)轉(zhuǎn)換暫態(tài)和運行穩(wěn)態(tài)，定義了相應(yīng)的轉(zhuǎn)換序列，每一步根據(jù)要求控制相應(yīng)的具體設(shè)備。根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備實際動作情況和保障設(shè)備安全運行要求， 在執(zhí)行每一步操作時，設(shè)定了單步操作時間。在操作時間內(nèi)，相應(yīng)設(shè)備沒有達(dá)到運行要求時，控制程序?qū)l(fā)出超時報警并自動執(zhí)行相應(yīng)的停機序列流程。

抽水蓄能機組主要運行工況為發(fā)電和抽水，CAE邏輯圖如圖1所示。控制程序編程方式采用模塊化，每步均由若干輔助模塊和一個主模塊組成，程序可讀性強、結(jié)構(gòu)清晰。在執(zhí)行操作中，我們可以根據(jù)實際情況設(shè)置時間限制。如果在規(guī)定時間內(nèi)，執(zhí)行的結(jié)果已返回，則自動執(zhí)行下步操作；如執(zhí)行的結(jié)果沒有返回，則程序發(fā)超時信號并轉(zhuǎn)停機。這樣可有效防止控制程序出現(xiàn)“死鎖”且對現(xiàn)地控制設(shè)備可起到有效的保護(hù)作用，同時又不會影響機組正常的開機時間。在程序執(zhí)行過程中，一直監(jiān)測與機組運行工況相關(guān)的初始條件，一旦初始條件消失，立即轉(zhuǎn)停機。

3 勵磁系統(tǒng)

3.1 基本組成及保護(hù)

勵磁系統(tǒng)主要包括勵磁變、調(diào)節(jié)柜、兩個功率柜及滅磁開關(guān)柜。勵磁變接在主變低壓側(cè)，可長期帶電運行。調(diào)節(jié)柜又分為主用、備用調(diào)節(jié)器，正常運行時，兩套互為備用。調(diào)節(jié)器的是實現(xiàn)發(fā)電機電壓的自動調(diào)節(jié)以及相應(yīng)的限制和保護(hù)等作用。兩個功率柜也是互為備用。滅磁開關(guān)柜主要由滅磁開關(guān)、滅磁電阻及過壓保護(hù)回路構(gòu)成，主要作用是在事故停機時吸收轉(zhuǎn)子中的能量，勵磁系統(tǒng)電源通過三相勵磁變壓器取自發(fā)電機出口母線。勵磁變壓器二次側(cè)向勵磁系統(tǒng)陽極母線供電。由可控硅整流橋?qū)⒋私涣麟娺M(jìn)行整流向轉(zhuǎn)子供電。交流側(cè)保護(hù)可以采用三相整流式阻容保護(hù)和硒堆三相并聯(lián)式保護(hù)。滅磁與轉(zhuǎn)子過電壓保護(hù)。勵磁變壓器的保護(hù)可以采用過流、過負(fù)荷、接地保護(hù)等。同時，勵磁變保護(hù)也在發(fā)電機保護(hù)中存在，但二者的跳閘出口不一樣。在勵磁系統(tǒng)中，當(dāng)該保護(hù)動作后只停機、解列、滅磁；而在發(fā)電機保護(hù)中，勵磁變保護(hù)除了停機、解列、滅磁外，還跳主變高壓側(cè)斷路器、廠用變高壓側(cè)斷路器以及啟動斷路器失靈保護(hù)。

3.2 控制功能

勵磁系統(tǒng)在機組不同的運行方式下，可選擇不同的控制功能。下面根據(jù)機組的運行工況來分析其控制功能。

（1）機組在發(fā)電工況啟動時：機組在發(fā)電工況啟動時，如機組選擇GCB作為同期點，勵磁系統(tǒng)將選擇他勵方式啟動；如機組選擇MTCB作為同期點時，由于機組啟動前勵磁變不帶電，故勵磁將選擇自并勵方式啟動。（2）機組在并網(wǎng)運行方式時： 勵磁系統(tǒng)可運行在AVR、VAR（無功調(diào)節(jié)方式）以及手動運行方式。（3）機組在抽水工況啟動時（SFC、BTB）：勵磁系統(tǒng)在他勵運行方式，且為轉(zhuǎn)子電流控制方式啟動。當(dāng)機組轉(zhuǎn)速>95%時，自動切換至AVR方式。（4）勵磁系統(tǒng)的停止方式：首先勵磁系統(tǒng)減無功，當(dāng)GCB分開后，勵磁（有源）逆變停止，將轉(zhuǎn)子中的能量通過勵磁變反饋給系統(tǒng)，然后跳開FMK。勵磁系統(tǒng)電制動投入，工作在轉(zhuǎn)子電流控制方式。當(dāng)機組在抽水工況下正常停止時，前面過程與發(fā)電方式一致，只不過在抽水工況下不投電制動。勵磁系統(tǒng)事故停止時，F(xiàn)MK直接跳開，轉(zhuǎn)子中的能量將通過非線性電阻和滅磁開關(guān)直接滅磁。

4 上位機系統(tǒng)

可以采用WS版本，即硬件采用SUN的工作站，操作系統(tǒng)使用UNIX （SOLARIS）。也可采用PC版，即硬件采用PC機，操作系統(tǒng)使用WINDOWS NT。

4.1 系統(tǒng)配置

工作站SUN ULRA10 共有5臺：2臺PRK，1臺工程師工作站，2臺操作員工作站。任意一臺工作站都配有VIS，可作為操作員工作站，在軟件設(shè)置上限制其權(quán)限以避免非當(dāng)值人員的越權(quán)操作。網(wǎng)關(guān)機：機型為PC，CPU為P3 660，內(nèi)存為256M，作用為通訊規(guī)約的轉(zhuǎn)換，與調(diào)度通訊。彩色和黑白激光打印機各一臺，針式打印機2臺。3COM交換機6臺。每臺都有光纖接口，將4臺LCU與工作站連成環(huán)以太網(wǎng)。 CISCO交換機一臺。遠(yuǎn)控中控室的工作站、打印機以及PC機連成星型以太網(wǎng)。光纖模塊：將現(xiàn)地和遠(yuǎn)端用光纖連接。路由器：將現(xiàn)地和遠(yuǎn)端分成兩個網(wǎng)段，設(shè)置訪問列表。衛(wèi)星同步時鐘（GPS）。不間斷電源（UPS）。

4.2 系統(tǒng)特點

采用局域網(wǎng)的分布式開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，廠級計算機和操作員工作站采用國際上先進(jìn)的工作站系統(tǒng)先進(jìn)。冗余化的設(shè)計和開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)可靠實用、便于擴充，整個系統(tǒng)性價比高。

4.3 功能完善

為了適應(yīng)無人值班的要求，可以對調(diào)速器油壓裝置、蝶閥油壓裝置、廠用電的備自投、廠房的排風(fēng)機等設(shè)備增加遠(yuǎn)方控制點。為了對機組的總體運行情況進(jìn)行實時的了解，可以對機組的發(fā)電和抽水的啟動成功率加以統(tǒng)計。此外，降雨量和機組發(fā)電和抽水的用水量對于電廠的運行參考非常重要，通過安裝雨量計并對其進(jìn)行回路的改造，使其能被監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)控和統(tǒng)計。通過對流量的分時段累加來對用水量進(jìn)行實時而精確的監(jiān)控。

參考文獻(xiàn)

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[2] 楊洪濤.天堂抽水蓄能電廠機組LCU控制程序設(shè)計與改造[J].水電站機電技術(shù)，2004.

作者簡介：張勵（1981-），女，湖北武漢人，湖北水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師，講師，華中科技大學(xué)碩士，研究方向：電氣自動化。