小型水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造案例

蔡瀅

摘 要：隨著科技的發(fā)展，許多中小型水電站已陸續(xù)對(duì)老式水電站常規(guī)控制進(jìn)行以計(jì)算機(jī)監(jiān)控為基礎(chǔ)的綜合自動(dòng)化改造，以強(qiáng)大的監(jiān)控功能和報(bào)警系統(tǒng)代替運(yùn)行人員繁瑣的人工操作定時(shí)巡回檢查、記錄等勞動(dòng)，方便工作人員對(duì)故障分析和處理，減少出錯(cuò)機(jī)率，為電站節(jié)約了不少的勞動(dòng)成本。

關(guān)鍵詞：水電站；計(jì)算機(jī)；監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TV742 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）23-0027-02

對(duì)于水電站的控制模式，傳統(tǒng)人工操作難以保證水輪發(fā)電機(jī)組安全可靠運(yùn)行，既影響電網(wǎng)供電，又可能使自身效益受損，最終無法保證電站的經(jīng)濟(jì)效益和設(shè)備安全運(yùn)行。瑤山電站，作為錦江流域梯級(jí)下游小型水電站，為提高電能質(zhì)量、發(fā)電效率和生產(chǎn)安全，對(duì)老式水電站常規(guī)控制進(jìn)行以計(jì)算機(jī)監(jiān)控為基礎(chǔ)的綜合自動(dòng)化改造，以強(qiáng)大的監(jiān)控功能和報(bào)警系統(tǒng)代替運(yùn)行人員繁瑣的人工操作定時(shí)巡回檢查、記錄等勞動(dòng)，方便工作人員對(duì)故障分析和處理，減少出錯(cuò)機(jī)率，為電站節(jié)約了不少的勞動(dòng)成本。機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行后，系統(tǒng)能穩(wěn)定合理地調(diào)節(jié)機(jī)組的功率因數(shù)配比，可使機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益最大化。

1 全站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

該電站的全站網(wǎng)絡(luò)為星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在電站廠房中控區(qū)設(shè)置2臺(tái)操作員工作站，通過網(wǎng)絡(luò)通訊屏上的2臺(tái)工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)用光纖與兩臺(tái)機(jī)組LCU屏、公用LCU屏和大壩泄洪閘門LCU屏的交換機(jī)建立通訊網(wǎng)絡(luò)，并使用1臺(tái)GPS同步時(shí)鐘對(duì)時(shí)，負(fù)責(zé)全站的遠(yuǎn)程監(jiān)視、閉環(huán)控制、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、系統(tǒng)組態(tài)和維護(hù)等功能，從而使運(yùn)行人員與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的人機(jī)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)畫面監(jiān)控報(bào)警，歷史數(shù)據(jù)查詢（以報(bào)表、曲線、柱形圖等形式）。

1.1 操作員工作站

系統(tǒng)配置2臺(tái)操作員工作站，以并行方式工作，采用華自科技MTC監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)全站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一個(gè)專業(yè)的SCADA應(yīng)用平臺(tái)，提供強(qiáng)大的組態(tài)功能，可自由定義數(shù)據(jù)信息，制作監(jiān)控畫面、報(bào)表，支持多種標(biāo)準(zhǔn)通訊規(guī)約，數(shù)百種國(guó)內(nèi)外測(cè)控設(shè)備，穩(wěn)定可靠、擴(kuò)展性強(qiáng)、兼容性好，可作為各種電力應(yīng)用的基本SCADA平臺(tái)使用。軟件的開發(fā)立足于網(wǎng)絡(luò)，采用DCOM分布式編程技術(shù)，可按功能或現(xiàn)場(chǎng)條件自由配置軟件，使組網(wǎng)中的各臺(tái)計(jì)算機(jī)運(yùn)行相同或不同的程序模塊，實(shí)現(xiàn)多種監(jiān)控模式。主要組成模塊有：實(shí)時(shí)畫面監(jiān)控報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)查詢（以報(bào)表、曲線、柱狀圖等形式）、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器、歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器、通訊管理及各種組態(tài)工具（監(jiān)控畫面制作、報(bào)表制作、數(shù)據(jù)信息定義等）。運(yùn)行人員非常直觀清晰地了解全站的運(yùn)行狀況，另外還設(shè)置語音報(bào)警功能，可讓運(yùn)行人員第一時(shí)間獲取報(bào)警內(nèi)容。

1.2 現(xiàn)地控制單元（LCU）

每臺(tái)機(jī)組設(shè)置1套現(xiàn)地控制單元（LCU），開關(guān)站與公用輔機(jī)設(shè)置1套現(xiàn)地控制單元（LCU）。LCU由可編程邏輯控制器（PLC）、人機(jī)界面（觸摸屏）、智能儀表、繼電器等電子元件組成，集測(cè)量、信號(hào)、控制和通訊于一體，具有智能性和可編程能力，能夠滿足發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器和線路的測(cè)量和控制要求。LCU設(shè)有獨(dú)立的工作電源、模擬量輸入、開關(guān)量輸入和出口操作回路，與觸摸屏實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，具有完全的整定調(diào)試功能，并通過雙網(wǎng)（以太網(wǎng)和串口）構(gòu)成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)地控制層。

（1）機(jī)組LCU

每臺(tái)機(jī)組設(shè)置1套現(xiàn)地控制單元（LCU），每套LCU包括施耐德的PLC、觸摸屏、電量表盤、交流采樣裝置、溫度測(cè)控和巡檢智能儀表、自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置、轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置、功率變送器、通訊設(shè)備、繼電器及其他電子元件，通過隨機(jī)組配套的勵(lì)磁裝置、調(diào)速器、非電量傳感器、微機(jī)保護(hù)裝置、高壓室開關(guān)柜以及機(jī)組輔機(jī)等，形成一套完整的現(xiàn)地控制系統(tǒng)，來完成對(duì)機(jī)組的監(jiān)視、控制和調(diào)節(jié)。

因?yàn)長(zhǎng)CU設(shè)有觸摸屏，所以可實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話，操作員可以在面板上進(jìn)行相應(yīng)操作，也可選擇操作控制盤上的按鈕和轉(zhuǎn)換開關(guān)分步操作，而操作反饋信息會(huì)顯示在觸摸屏上。

LCU上還設(shè)有非常重要的“事故停機(jī)”按鈕和“緊急停機(jī)”按鈕，這2個(gè)按鈕是獨(dú)立于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的硬接線回路完成。通過操作“事故停機(jī)”按鈕或“緊急停機(jī)”按鈕，可以直接跳發(fā)電機(jī)斷路器、跳滅磁開關(guān)、關(guān)調(diào)速器，“緊急停機(jī)”按鈕還能直接關(guān)閉尾水事故閘門。當(dāng)負(fù)責(zé)主控的PLC退出控制時(shí)，緊急情況之下可以完成有限的手動(dòng)控制。

機(jī)組輔機(jī)設(shè)備均各自構(gòu)成獨(dú)立的控制單元，通過雙網(wǎng)（以太網(wǎng)與串口）通訊到LCU的PLC，或硬接點(diǎn)至LCU的PLC中，由LCU統(tǒng)一完成機(jī)組自動(dòng)控制全過程。

機(jī)組LCU上設(shè)有交流采樣裝置、電量表盤、溫度測(cè)控和巡檢智能儀表實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，而機(jī)組監(jiān)控中所需的非電量測(cè)量，皆以模擬量輸入至LCU中的PLC，再以數(shù)字量輸出，以便運(yùn)行人員監(jiān)視。

（2）公用LCU

開關(guān)站與公用輔機(jī)設(shè)置1套現(xiàn)地控制單元（LCU），包括施耐德的PLC、觸摸屏、電量表盤、自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置、通訊設(shè)備、繼電器及其他電子元件，通過與機(jī)組LCU、開關(guān)站、非電量傳感器、微機(jī)保護(hù)裝置、高壓室開關(guān)柜以及公用輔機(jī)的聯(lián)系，來完成對(duì)機(jī)組的監(jiān)視、控制和調(diào)節(jié)。

（3）大壩泄洪閘門LCU

大壩泄洪閘門控制采用LCU集中控制模式，包括施耐德的PLC、觸摸屏、通訊設(shè)備、繼電器及其它電子元件。各扇閘門皆有控制箱，其中閘門的開度皆由旋轉(zhuǎn)編碼器以數(shù)字量至閘門開度儀中，所監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以4-20mA電流型模擬量輸入至LCU，而閘門狀態(tài)信號(hào)則以開關(guān)量輸入至LCU，再由LCU通過光纖經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通訊屏通訊至操作員工作站，便于運(yùn)行人員直接在上位機(jī)監(jiān)控大壩泄洪閘門。

按照瑤山電站大壩泄洪閘門設(shè)計(jì)情況，增設(shè)了遠(yuǎn)方踩抱閘回路，運(yùn)行人員在遇特殊情況需要踩抱閘關(guān)閉閘門時(shí)，無需到現(xiàn)場(chǎng)操作，只需在工作站上位機(jī)中點(diǎn)擊相應(yīng)按鈕即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方踩抱閘操作。

1.3 微機(jī)保護(hù)單元

瑤山電站監(jiān)控系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)單元采用華自科技公司的DMP300C系列保護(hù)測(cè)控裝置，該裝置采用直流電源、雙CPU實(shí)現(xiàn)顯示功能，兩片CPU均內(nèi)嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，保證保護(hù)計(jì)算的實(shí)時(shí)性和快速性及顯示的可操作性。裝置采用整體面板，加強(qiáng)型單元箱，抗強(qiáng)振動(dòng)、強(qiáng)干擾設(shè)計(jì)。并采用全新后拔插組合結(jié)構(gòu)，強(qiáng)弱電分離，保證裝置的可靠性。該裝置還設(shè)有完全獨(dú)立的測(cè)量、保護(hù)模擬量輸入隔離采樣通道，采用專門的模擬和數(shù)字濾波設(shè)計(jì)，以及高精度交流采樣技術(shù)，既滿足了對(duì)測(cè)量精度的要求又滿足了對(duì)保護(hù)動(dòng)作大動(dòng)態(tài)范圍的要求。保護(hù)算法成熟、完善、可靠。

1.4 輔機(jī)系統(tǒng)

輔機(jī)系統(tǒng)主要由油、水、氣系統(tǒng)及其輔助設(shè)備組成，而瑤山電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，各輔助設(shè)備均設(shè)置獨(dú)立的自動(dòng)控制單元，主要包括調(diào)速器油泵控制、回油箱油泵控制、漏油箱油泵控制、高壓油泵控制、技術(shù)供水控制、滲漏排水控制、檢修排水控制、冷卻風(fēng)機(jī)控制、升壓站風(fēng)機(jī)控制等。

1.5 高壓室開關(guān)柜

高壓室開關(guān)柜升級(jí)采用KYN28A型鎧裝金屬封閉開關(guān)柜由柜體和可移動(dòng)部件（手車）兩大部分組成，柜體用金屬隔板分成多個(gè)功能隔室。保證其安全可靠，提高了開關(guān)的安全性，靈活性，減少占地面積。手車在柜體有斷開位置，實(shí)驗(yàn)位置和工作位置，每一個(gè)位置分別有定位裝置，必須按照聯(lián)鎖防誤操作順序才能進(jìn)行操作，大大提高了安全性和可靠性。

手車需要移開柜體時(shí)，用一只專用運(yùn)轉(zhuǎn)車就可以方便取出，進(jìn)行各種檢修維護(hù)，而且采用中置式，整個(gè)小車體積小，檢查，維護(hù)都比較方便。二次航空插頭與手車位置聯(lián)鎖手車位置只有在實(shí)驗(yàn)/斷開位置，才能插上或者拔出插頭，保證了操作安全。開關(guān)柜內(nèi)還設(shè)有帶電顯示裝置，與電磁鎖配合強(qiáng)制閉鎖開關(guān)和隔離門，防止誤入帶電隔離，提高了設(shè)備的防誤性能。

高壓室開關(guān)柜的所有斷路器、手車位置以及斷路器控制等，以輔助硬接至相應(yīng)的機(jī)組LCU、公用LCU以及微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視與控制。

2 結(jié)論

瑤山電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)升級(jí)改造完成之后，不僅取代了技術(shù)升級(jí)前舊式操作模式，而且大幅提高了電站運(yùn)行自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)了全站主設(shè)備及各輔助設(shè)備運(yùn)行的監(jiān)測(cè)與控制，能較好地解決電站自動(dòng)化控制中的突出問題，在設(shè)計(jì)使用中貫徹了以人為本的核心理念，提高了工作效率和生產(chǎn)安全，使電站科學(xué)地發(fā)展和進(jìn)步，為電站的高效生產(chǎn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]華自科技股份有限公司.MTC綜合自動(dòng)化后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)說明書V5.0[Z].2014.

[2]華自科技股份有限公司.發(fā)電機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置技術(shù)說明書V2.0，2013[Z].

[3]華自科技股份有限公司.現(xiàn)地控制單元LCU操作手冊(cè)[Z].2016.