福建街面水電站H9000監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地控制層設(shè)計(jì)與應(yīng)用

辛 俊，鄧小剛，謝銀花，曾 沅

(1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院自動(dòng)化研究所，北京 100038；2.廣東工業(yè)大學(xué)，廣東 廣州 510006)

福建街面水電站H9000監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地控制層設(shè)計(jì)與應(yīng)用

辛 俊1，鄧小剛1，謝銀花2，曾 沅1

(1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院自動(dòng)化研究所，北京 100038；2.廣東工業(yè)大學(xué)，廣東 廣州 510006)

福建街面水電站采用中國(guó)水科院自動(dòng)化所H 9000計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，本文介紹了福建街面水電站監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地控制單元 (LCU)的配置、特點(diǎn)和功能及應(yīng)用情況。

街面水電站；H 9000；LCU

福建街面水電站位于福建省尤溪縣坂面鄉(xiāng)街面村，距尤溪縣城約50km，電站上游閩湖水庫(kù)庫(kù)容10.95億m3為多年調(diào)節(jié)水庫(kù)。電站單機(jī)150MW，總裝機(jī)300MW，年發(fā)電量3.6億kWh。電站220kV側(cè)出線(xiàn)三條，110kV側(cè)出線(xiàn)兩條。本電站在福建省電網(wǎng)中擔(dān)任調(diào)峰與補(bǔ)償任務(wù)，是福建電網(wǎng)重要骨干電站之一。電站接受福建省中心調(diào)度所調(diào)度、并上送電站信息福建省電力調(diào)度中心。電站于2003年開(kāi)工建設(shè)，2007年12月第一臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，2008年6月第二臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電。

街面電站監(jiān)控系統(tǒng)由廠站層和現(xiàn)地控制層組成。

1 現(xiàn)地控制層

現(xiàn)地控制層LCU部分包括兩套機(jī)組LCU、地上公用LCU、地下公用LCU、110kV開(kāi)關(guān)站LCU、220kV開(kāi)關(guān)站LCU。

1.1 LCU的設(shè)計(jì)與配置

LCU的設(shè)計(jì)原則：

（1）防電磁干擾，在工頻電磁環(huán)境、靜電場(chǎng)干擾中可安全可靠運(yùn)行。

（2）防雷電，每套LCU電源進(jìn)線(xiàn)側(cè)安裝防雷保護(hù)裝置。（3）高可靠性，PLC、UPS電源、網(wǎng)絡(luò)等主要設(shè)備均采用冗余配置。

（4）高安全性，此套LCU配置已成功應(yīng)用于多家電廠，故障率極低。

（5）高擴(kuò)展性，此套LCU提供多種通訊接口和充足的備用點(diǎn)數(shù)。

LCU的配置包括：主控制器(PLC)、觸摸屏、溫度巡檢裝置、自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置、電量采集變送器、UPS電源、電度表、通訊機(jī)等。詳細(xì)配置如下：

1）采用施耐德QuantumPLC，雙CPU雙網(wǎng)的冗余配置，以RIO方式擴(kuò)展信號(hào)采集。CPU型號(hào)為140CPU43412，擴(kuò)展底板包括32點(diǎn)SOE模塊140ERT85410、32點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸入模塊140DDI35300、32點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸出模塊140DDO35300、16點(diǎn)模擬量輸入模塊140ACI04000、8點(diǎn)模擬量輸出模塊140ACO13000，開(kāi)關(guān)量為無(wú)緣節(jié)點(diǎn)，模擬量采用4-20mA。PLC是現(xiàn)地控制單元的核心，負(fù)責(zé)信號(hào)采集、數(shù)據(jù)處理、并將處理后的數(shù)據(jù)打包上送到廠站層。

2）觸摸屏采用施耐德Megilis XBTG6330彩色液晶觸摸屏，12.1英寸，256色，8M內(nèi)存，CPU主頻100M，一個(gè)以太網(wǎng)接口，兩個(gè)串口。該觸摸屏表面加增強(qiáng)防護(hù)和耐用性的保護(hù)膜，速度快，觸控靈敏，觸摸壽命可達(dá)3500萬(wàn)次。直接與PLC相連，用于現(xiàn)地運(yùn)行監(jiān)視和設(shè)備控制。

3）溫度測(cè)量采用DAS-III型溫度巡檢裝置，帶點(diǎn)陣式液晶顯示屏，具有漢字顯示功能，數(shù)據(jù)刷新快，最大巡測(cè)128點(diǎn)，測(cè)量電阻選用Pt100，電阻接線(xiàn)方式為三線(xiàn)制，通過(guò)RS485RTU方式將溫度值上送。

4）機(jī)組LCU采用CM-320A單對(duì)象自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置，220kV開(kāi)關(guān)站LCU和110kV開(kāi)關(guān)站LCU各采用1套CM-320B多對(duì)象自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置，同期對(duì)象最多8個(gè)。同期裝置采用多種抗干擾措施和隔離技術(shù)，同期速度快，精度高，可設(shè)置Y/△補(bǔ)償。

5）電量變送器采用S3系列單相電壓變送器、三相電壓變送器、有功功率變送器、無(wú)功功率變送器、頻率變送器、電流變送器。工作電壓DC24V，輸出4-20mA，精確度±0.2%RO，電磁干擾影響0.2%RO.，400A/M，絕緣阻抗100M，DC500V。

6）每套LCU配有兩套交/直流雙重供電UPS電源，實(shí)現(xiàn)冗余熱備，正常情況下，每臺(tái)UPS電源由廠用電AC220V供給，當(dāng)交流電源系統(tǒng)故障時(shí)，由廠內(nèi)直流電源系統(tǒng)供電。具體參數(shù)如下：輸入：互為熱備2路電源：1路220V AC、1路220DC(取自廠用直流)；輸出：24VDC。

7）電量計(jì)量裝置采用湖南長(zhǎng)沙威盛電度表，DTSD341/DSSD331-3型，有功精度為0.5級(jí)，無(wú)功精度為2級(jí)，用于測(cè)量機(jī)組出口、主變、線(xiàn)路的電量測(cè)量。

8）通訊機(jī)采用 MOXA UC7410(兩個(gè)以太網(wǎng)口，8個(gè)RS232/RS422/RS485接口)，LINUX系統(tǒng)，操作簡(jiǎn)便的MOXA Base Shell平臺(tái)，負(fù)責(zé)將保護(hù)、溫度巡檢、勵(lì)磁、調(diào)速器、電度表、直流系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行通訊后送到CPU。

9）氣系統(tǒng)單元采用施耐德TSXPremiumPLC負(fù)責(zé)低壓氣系統(tǒng)和中壓氣系統(tǒng)信號(hào)采集和控制，CPU型號(hào)為T(mén)SX 57203M，通過(guò)MB+總線(xiàn)方式將數(shù)據(jù)傳送到地下公用LCU的CPU上。配置32點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸入模塊DEY32D2K、開(kāi)關(guān)量輸出模塊DSY16T2。

10）水系統(tǒng)單元采用施耐德TSX Premium PLC負(fù)責(zé)檢修排水系統(tǒng)和滲漏排水系統(tǒng)信號(hào)采集和控制，CPU型號(hào)為T(mén)SX 57203M，通過(guò)MB+總線(xiàn)方式將數(shù)據(jù)傳送到地下公用LCU的CPU上。配置32點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸入模塊DEY32D2K、開(kāi)關(guān)量輸出模塊DSY16T2。

11）調(diào)速器油壓裝置采用施耐德TSX Micro PLC負(fù)責(zé)調(diào)速器壓力油系統(tǒng)信號(hào)采集和控制，CPU型號(hào)為T(mén)SX 3721，通過(guò)MB+總線(xiàn)方式將數(shù)據(jù)傳送到機(jī)組LCU的CPU上。配置16點(diǎn)入/12點(diǎn)出模塊DMZ28DTK，8點(diǎn)模擬量輸入模塊AEZ802。

12）機(jī)組備用停機(jī)采用TSX PremiumPLC，當(dāng)主系統(tǒng)兩臺(tái)CPU故障時(shí)且機(jī)組出現(xiàn)事故時(shí)仍能正常完成停機(jī)流程。CPU型號(hào)為T(mén)SX57103M，通過(guò)MB+總線(xiàn)方式將數(shù)據(jù)傳送到機(jī)組LCU的CPU上。配置32點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸入模塊DEY 32D2K、16點(diǎn)開(kāi)關(guān)量輸出模塊DSY16T2。

1.2 LCU的特點(diǎn)

街面LCU的先進(jìn)設(shè)計(jì)理念和其高性能的硬件配置，使其具有PLC性能優(yōu)越、網(wǎng)絡(luò)可靠、通訊擴(kuò)展性高等特點(diǎn)。

（1）PLC性能優(yōu)越，雙CPU雙網(wǎng)的冗余配置安全可靠。CPU模塊掃描速度快；中斷模塊響應(yīng)速度可達(dá)1ms；所有模塊支持熱插拔，當(dāng)單個(gè)模塊有故障時(shí)可在不影響運(yùn)行的情況下進(jìn)行更換。

（2）網(wǎng)絡(luò)可靠、速度快。廠站層和現(xiàn)地控制層采用雙以太網(wǎng)星形連接方式，可靠性高?，F(xiàn)地控制層與輔機(jī)采用MB+總線(xiàn)連接，速度快且穩(wěn)定性好。

（3）機(jī)組LCU、地上公用LCU、地下公用LCU提供8個(gè)RS485通訊口，成熟的程序支持標(biāo)準(zhǔn)103、MODBUS RTU、DLT/645規(guī)約，提高了系統(tǒng)的擴(kuò)展性能。

2 現(xiàn)地控制層功能

街面電站根據(jù)廠房的建筑特點(diǎn)和設(shè)備功能需要將電站分為六個(gè)單元，每套LCU實(shí)現(xiàn)一部分的監(jiān)控功能。

2.1 機(jī)組LCU功能

機(jī)組LCU布置在發(fā)電機(jī)層機(jī)旁，監(jiān)控對(duì)象為水輪機(jī)及其輔助設(shè)備、發(fā)電機(jī)及其輔助設(shè)備、發(fā)電機(jī)出口斷路器、主變壓器等。具體功能如下：

（1）數(shù)據(jù)采集和處理

由主PLC或備PLC采集到的中斷開(kāi)關(guān)量、一般開(kāi)關(guān)量、模擬量、數(shù)字量、脈沖量、PLC綜合信息、模擬量通道狀態(tài)等信息和由UC通訊機(jī)通訊上來(lái)的溫度量、保護(hù)量、電度量等數(shù)據(jù)信息經(jīng)過(guò)PLC處理后組包通過(guò)以太網(wǎng)發(fā)往廠站層。

（2）安全運(yùn)行監(jiān)視

與廠站層配合，實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)視，主要包括實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)視：越限檢查；開(kāi)停機(jī)過(guò)程監(jiān)視等。

（3）控制與調(diào)節(jié)

接收廠站層和現(xiàn)地觸摸屏命令進(jìn)行控制與調(diào)節(jié)，包括開(kāi)、停機(jī)，緊急停機(jī)，檢修空氣圍帶，冷卻水，主軸密封水，接力器鎖錠，封母熱風(fēng)，滅磁開(kāi)關(guān)，機(jī)械制動(dòng)，進(jìn)水口閘門(mén)，開(kāi)關(guān)，刀閘等。

（4）通訊

與調(diào)速器的通訊，RS-485接線(xiàn)方式，通訊規(guī)約Modbus RTU。

與勵(lì)磁的通訊，RS-485接線(xiàn)方式，通訊規(guī)約Modbus RTU。

與機(jī)組、主變保護(hù)的通訊，RS-485接線(xiàn)方式，通訊規(guī)約IEC103。

與電度表的通訊，RS-485接線(xiàn)方式，通訊規(guī)約DLT/645。

2.2 地上公用LCU功能

地上公用LCU布置在中控樓繼保室內(nèi)，監(jiān)控對(duì)象為中控樓UPS電源系統(tǒng)、中控樓直流電源系統(tǒng)、中控樓消防系統(tǒng)等。具體功能如下：

（1）數(shù)據(jù)采集和處理

由主PLC采集到的一般開(kāi)關(guān)量、模擬量、數(shù)字量、PLC綜合信息、模擬量通道狀態(tài)等信息和由UC通訊機(jī)通訊上來(lái)的直流系統(tǒng)信息等數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)PLC處理后組包通過(guò)以太網(wǎng)發(fā)往廠站層。將機(jī)組有功和全廠總有功通過(guò)4-20mA模擬量輸出給調(diào)度。

（2）安全運(yùn)行監(jiān)視

與廠站層配合，實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)視，主要包括實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)視等。

（3）通訊

與直流系統(tǒng)的通訊，RS-485接線(xiàn)方式，通訊規(guī)約ModbusRTU。

2.3 地下公用LCU功能

地下公用LCU布置在發(fā)電機(jī)層廠房配電室內(nèi)，監(jiān)控對(duì)象為廠房UPS電源系統(tǒng)、廠房直流電源系統(tǒng)、廠房消防系統(tǒng)、技術(shù)濾水器、中空壓機(jī)、低空壓機(jī)、檢修排水泵、滲漏排水泵等。具體功能如下：

（1）數(shù)據(jù)采集和處理

由主PLC采集到的一般開(kāi)關(guān)量、模擬量、數(shù)字量、PLC綜合信息、模擬量通道狀態(tài)等信息和由UC通訊機(jī)通訊上來(lái)的直流系統(tǒng)信息等數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)PLC處理后組包通過(guò)以太網(wǎng)發(fā)往廠站層。

（2）安全運(yùn)行監(jiān)視

與廠站層配合，實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)視，主要包括實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)視等。

（3）通訊

與直流系統(tǒng)的通訊，RS-485接線(xiàn)方式，通訊規(guī)約ModbusRTU。

與空壓機(jī)PLC通訊，MB+總線(xiàn)方式，設(shè)置peer coop。

與檢修、滲漏排水PLC通訊，MB+總線(xiàn)方式，設(shè)置peercoop。

2.4 110kV開(kāi)關(guān)站LCU功能

110 kV開(kāi)關(guān)站LCU布置在110kV GIS室內(nèi)，監(jiān)控對(duì)象為110kV側(cè)兩條出線(xiàn)的開(kāi)關(guān)和刀閘及其GIS系統(tǒng)、110kV側(cè)母聯(lián)開(kāi)關(guān)和刀閘及其GIS系統(tǒng)等。具體功能如下：

（1）數(shù)據(jù)采集和處理

由主PLC采集到的有關(guān)一般開(kāi)關(guān)量、模擬量、數(shù)字量、脈沖量、PLC綜合信息、模擬量通道狀態(tài)數(shù)據(jù)信息經(jīng)過(guò)PLC處理后組包通過(guò)以太網(wǎng)發(fā)往廠站層。

（2）安全運(yùn)行監(jiān)視

與廠站層配合，實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)視，主要包括實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)視等。

（3）控制與調(diào)節(jié)

接收廠站層和現(xiàn)地觸摸屏命令進(jìn)行控制與調(diào)節(jié)，包括坂面1線(xiàn)111開(kāi)關(guān)，坂面1線(xiàn)1111隔刀，坂面1線(xiàn)1113隔刀，水街線(xiàn)112開(kāi)關(guān)，水街線(xiàn)1121隔刀，水街線(xiàn)1123隔刀，聯(lián)絡(luò)變11C開(kāi)關(guān)，聯(lián)絡(luò)變11C1隔刀等。

2.5 220kV開(kāi)關(guān)站LCU功能

220 kV開(kāi)關(guān)站LCU布置在220kV GIS室內(nèi)，監(jiān)控對(duì)象為220kV側(cè)三條出線(xiàn)的開(kāi)關(guān)和刀閘及其GIS系統(tǒng)、220kV側(cè)母聯(lián)開(kāi)關(guān)和刀閘及其GIS系統(tǒng)等。具體功能如下：

（1）數(shù)據(jù)采集和處理

由主PLC采集到的有關(guān)一般開(kāi)關(guān)量、模擬量、數(shù)字量、脈沖量、PLC綜合信息、模擬量通道狀態(tài)等數(shù)據(jù)信息經(jīng)過(guò)PLC處理后組包通過(guò)以太網(wǎng)發(fā)往廠站層。

（2）安全運(yùn)行監(jiān)視

與廠站層配合，實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)視，主要包括實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)視等。

（3）控制與調(diào)節(jié)

接收廠站層和現(xiàn)地觸摸屏命令進(jìn)行控制與調(diào)節(jié)，包括街富1路211開(kāi)關(guān)，街富1路2111隔刀，街富1路2113隔刀，街富2路211開(kāi)關(guān)，街富2路2121隔刀，街富2路2123隔刀，母聯(lián)21M開(kāi)關(guān)，母聯(lián)21M1隔刀，母聯(lián)21M2隔刀，聯(lián)絡(luò)變21C開(kāi)關(guān)，聯(lián)絡(luò)變21C1隔刀，1號(hào)主變21A開(kāi)關(guān)，1號(hào)主變21A1隔刀，1號(hào)主變21A3隔刀，2號(hào)主變21B開(kāi)關(guān)，2號(hào)主變21B1隔刀，2號(hào)主變21B3隔刀等。

3 結(jié)束語(yǔ)

街面電站LCU部分采用了H9000系統(tǒng)的中高端配置，類(lèi)似配置也曾在多個(gè)電廠中采用過(guò)，性能優(yōu)越、運(yùn)行穩(wěn)定、功能完善是其主要特點(diǎn)，也為街面電站的長(zhǎng)期可靠運(yùn)行提供了保障，其成功經(jīng)驗(yàn)可供其它水電站和自動(dòng)化控制系統(tǒng)借鑒。

[1]劉曉波.水電廠LCU若干設(shè)計(jì)原則及其發(fā)展趨勢(shì)探討[J].水電站機(jī)電技術(shù)，2004（3）.

TP273+.5

B

1672-5387（2010）03-0037-03

2010-04-28

辛?。?982-），男，助理工程師，從事水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)、集成、調(diào)試工作。