淺談水電站綜合自動化系統在紅旗水力發電廠的應用

2013-12-27 15:08:26 電力信息化　點擊量：評論 (0)

　紅旗水力發電廠位于黔東南州鎮遠縣涌溪鄉境內的舞陽河上，屬州內舞陽河流域梯級開發的6級電廠，于1981年投產發電，總裝機容量4×3600KW。電廠采用的電磁繼電器保護系統由于投運年限長、技術落后、設備老

　紅旗水力發電廠位于黔東南州鎮遠縣涌溪鄉境內的舞陽河上，屬州內舞陽河流域梯級開發的6級電廠，于1981年投產發電，總裝機容量4×3600KW。電廠采用的電磁繼電器保護系統由于投運年限長、技術落后、設備老化、已嚴重影響電廠及電網的安全穩定運行。電廠于2002年進行技術改造，以湖南紫光測控有限公司研制的DCAP—3500型水電站自動化系統取代老系統。技改工程歷時30天，經過現場調試后，通過了72小時連續試運行，系統的各項功能符合設計要求，系統正式投入運行。2003年12月，通過了省水利廳的驗收。現將綜合自動化系統簡介如下。

　一、系統結構

　綜合自動化系統采用基于現場總線的分層分布、開放式可配置結構，整個電廠在物理上分為兩層：電廠控制層和現地控制保護層。

　電廠控制層計算機監控系統(或稱為上位機系統)由一臺工業控制計算機、一臺打印機構成。上位機系統主要用于電廠綜合自動化系統的組態、維護，電廠運行的監視、操作、信息管理、優化控制，全廠的事件事故記錄，事故報警，畫面顯示，報表打印及機組、開關站和公用輔助設備的遠方操作控制。

　現地控制保護層由紫光公司自主開發的DCAP—3500系列數字式保護測控單元及裝置、德國西門子S7—300可編程控制器(PLC)和一體化工作站等智能微機裝置組成。電廠控制層與現地控制保護層采用網絡通訊。DCAP—3500系列保護測控單元可根據對象分散或集中組屏布置(本方案為集中組屏方案)，它們可完成對各自對象的數據采集、繼電保護和自動控制的功能。水輪發電機組的順序控制由所配備的PLC完成。

　為實現“無人值班(少人值守)”的要求，全廠各公用輔機(如高、低壓氣機、集水井)采用PLC進行控制，各單元信號以接點方式送至公用PLC，實現全廠設備計算機遠方監控。

　二、設備配置

　 1、電站控制層設備配置

　電站控制層設備有系統主機兼操作員工作站、廠長工作站、工程師兼培訓工作站、通信工作站、語音報警工作站、打印機和UPS電源等，其軟件配置有系統軟件、基本軟件、應用軟件及工具軟件。

　 2、機組現地控制單元(LCU)設備配置

　機組現地控制器(LCU)的設備有一體化工作站、可編程程序邏輯控制器(PLC)、溫度測量裝置、同期裝置、轉速測量裝置等。

　 3、此外還有其他設備配置，如保護測控單元設備、調速器裝置設備、勵磁調節控制裝置設備、公用輔機控制單元設備等。

　四、系統的主要功能

　 DCAP—3500水電站綜合自動化系統功能多且全面，現在僅介紹電站控制層的主要功能。

　 1、數據采集與處理

　數據分電氣模擬量(如電流、電壓、功率等)，非電氣模擬量(如溫度、壓力等)、脈沖量(如有功、無功電度)、一般開關量(如開關位置、導葉位置)和中斷開關量(如機組過速、溫度過高、保護動作等)五種。其中電氣量和非電氣量、開關量采集時間≤1S ，溫度量≤10S ，脈沖量采集連續無延遲，事件順序分辨率≤10MS,控制響應時間≤1S。對采集的數據作必要的預處理后，存于實時數據庫，供給計算機系統實現畫面顯示，制表打印和完成各種計算、控制等特定功能使用。

　 2、電廠安全運行監視

　安全運行監視包括狀態變化監視、越限監視、趨勢分析和監控系統異常監視。

　安全運行監視是綜合自動化系統的重要功能之一，綜合自動化系統實時監視電站各類設備的運行狀態和參數，當它們發生異常、運行狀態發生變更或參數超越設定值等時計算機系統即時報告值班人員進行處理，同時進行實時記錄，以便分析查驗。值班運行人員可通過設在中控室的監控系統人機接口設備，監視全廠的生產過程和設備運行情況，顯示和打印各種運行參數。

　系統安全監視功能包括如下部分：事件順序記錄、故障報警記錄、參數越限報警與記錄、電氣主設備操作記錄、事故追憶、計算機系統綜合信息記錄、實時監視、語音報警、遠方診斷維護功能、模擬光字牌。

　 3、電站設備的操作與控制調節

　 (1)、運行人員可以通過操作控制菜單，選擇控制對象然后選擇操作性質，系統提示確認。當運行人員確認后，自動彈出過程監控畫面，供運行人員了解過程的執行情況。通過計算機監控系統操作控制的設備有：

　 ①、機組的操作控制

　 ②、斷路器、隔離開關投切操作

　 ③、勵磁系統的操作控制

　 ④、直流系統的操作控制

　 ⑤、輔助設備的操作控制

　 (2)發電機組的控制調節

　監控系統根據預定的原則或運行人員實時輸入的命令進行機組正常啟動與停機，斷路器跳合、隔離開關分合等順序操作。同時監控系統可由運行人員或遠方調度的給定值或增減命令進行機組出力的手動或自動調節。具體分為以下幾個方面：

　 ①自動發電控制(AGC)

　 ②、自動電壓控制(AVC)

　 ③、運行人員操作臺控制

　 4、綜合參數統計、計算、分析

　計算機系統可根據實時采集的各類數據進行周期、定時或召喚計算分析，形成各種計算機數據庫與歷史數據庫，幫助運行人員和管理人員對電廠設備的運行進行全面監視與綜合管理。

　 5、打印記錄

　系統打印功能分為隨機打印、定時自動打印和召喚打印三種。

　 6、屏幕顯示

　彩色屏幕實時顯示廠內主系統的運行狀態，主設備的操作變化過程，事故和故障以及有關參數。顯示的主要畫面有以下幾類：單線圖類、曲線圖類、棒圖類、報警畫面類、操作指導畫面類、表格類。

　 7、事故處理指導和恢復操作指導

　在設備出現故障或事故時，監控系統能及時提供事故處理和恢復正常運行的指導性意見，運行人員可按指導性意見操作，使設備盡快恢復正常。

　五、系統運行情況及效益

　紅旗水力發電廠綜合自動化系統的投運，使運行管理、安全監測、自動控制實現了計算機化。

　 1、實現了電廠運行“無人值班”(少人值守)，提高了電廠運行的自動化管理水平，減輕了運行人員的勞動強度。

　 2、系統對運行設備的每一項操作均實行嚴格的安全條件檢查和安全分析判斷，在操作控制流程中嚴密把關，從而防止了由于各種因素引起的誤操作，增強了運行設備操作的安全可靠性。

　 3、人機接口功能強，操作控制簡潔、方便、靈活。

　 4、系統與上級調度中心計算機系統進行通訊，實現遙信、遙測、遙控、遙調功能。

　 5、系統中AGC、AVC經濟運行功能的投運，對電廠的節能增發、電廠的經濟效益和電網電能質量的提高起到了積極作用。例如，現在機組同期是又快又準，在發出開機命令之后，只在一分鐘，機組就能帶上預定負荷。

　 6、事故處理安全可靠、快速準確。

　綜上所述紅旗電廠進行綜合自動化改造后，全面提高其自動化運行水平和管理水平，提高勞動生產率和經濟效益，促進節能增發，也有助于提高地方電網的自動化水平和經濟運行水平。