微機(jī)綜合自動(dòng)化在彰武水電站的應(yīng)用及效果分析

張雙景 魏國(guó)紅

（1.河南省安陽(yáng)市彰武南海水庫(kù)工程管理局,安陽(yáng) 455000；2.安陽(yáng)市水利局萬(wàn)金渠管理處，安陽(yáng) 455000）

1 彰武水電站概況

彰武水電站位于河南安陽(yáng)市西20公里。建于1976年7月，1981年開(kāi)始并網(wǎng)發(fā)電，裝機(jī)容量2×800kW，站內(nèi)布置800kW水輪發(fā)電機(jī)組2臺(tái)、S7-1000kVA升壓變壓器2臺(tái)、S7-100kVA廠用變壓器一臺(tái)、6kV輸電線路2路、10kV并網(wǎng)線路1路。電氣接線采用發(fā)電機(jī)/變壓器擴(kuò)大單元接線，發(fā)電機(jī)出口電壓6.3kV，經(jīng)主變升壓至10kV后并網(wǎng)運(yùn)行。電氣二次設(shè)備原采用半導(dǎo)體繼電保護(hù)及水機(jī)自動(dòng)操作裝置，至今已運(yùn)行近30年。

目前，彰武水電站存在的主要問(wèn)題是設(shè)備陳舊，保護(hù)方式落后，自動(dòng)化水平低，大部分元器件目前已屬淘汰產(chǎn)品，且元器件老化嚴(yán)重，運(yùn)行性能較差，拒動(dòng)、誤動(dòng)現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重威脅電站的安全生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。2008年10月，彰武電站利用水庫(kù)除險(xiǎn)加固，放干水庫(kù)期間，自籌資金對(duì)電氣二次部分進(jìn)行了技術(shù)改造，2009年6月完成了水電站電氣二次設(shè)備的安裝、調(diào)試和發(fā)電運(yùn)行工作，實(shí)現(xiàn)了微機(jī)綜合自動(dòng)化。

2 彰武水電站監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

彰武水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用最新的計(jì)算機(jī)硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，按全計(jì)算機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)和系統(tǒng)配置。不但要滿足發(fā)電機(jī)自動(dòng)控制和安全運(yùn)行的要求，而且要保證彰武水電站運(yùn)行管理達(dá)到 “無(wú)人值班，少人值守”的目標(biāo)。

計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的操作控制權(quán)分三級(jí)，即遠(yuǎn)方工程師站、中控室運(yùn)行操作控制臺(tái)和現(xiàn)場(chǎng)LCU控制屏，優(yōu)先順序?yàn)?“現(xiàn)場(chǎng)LCU、中控運(yùn)行操作臺(tái)、遠(yuǎn)方工程師站”。管理權(quán)限也分三級(jí)，即管理員、維護(hù)員、操作員，管理員擁有全部權(quán)限，維護(hù)和操作員擁有部分權(quán)限。權(quán)限順序?yàn)?“管理員、維護(hù)員、操作員”。

彰武水電站監(jiān)控系統(tǒng)采用開(kāi)放式、分層分布式的全廠集中監(jiān)控方案。其中機(jī)組LCU控制系統(tǒng)，以可編程控制器PLC為基礎(chǔ)構(gòu)成。電站運(yùn)行操作控制臺(tái)和機(jī)組LCU之間采用總線控制方式，各現(xiàn)場(chǎng)控制單元通過(guò)PLC直接與總線連接。當(dāng)系統(tǒng)中任何一部分設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)整體以及系統(tǒng)內(nèi)部的其他部分仍能繼續(xù)正常工作，且功能不會(huì)減少。運(yùn)行操作控制臺(tái)、機(jī)組LCU和工程師站之間，可實(shí)現(xiàn)遙信、遙測(cè)、遙控和遙調(diào)等功能。

3 彰武水電站微機(jī)綜合自動(dòng)化功能

彰武水電站中央控制室共有9面控制盤(pán)，其排列順序?yàn)?#勵(lì)磁調(diào)節(jié)屏，1#機(jī)組LCU屏，公用LCU屏、2#機(jī)組LCU屏，2#勵(lì)磁調(diào)節(jié)屏、1G/2G發(fā)電機(jī)保護(hù)屏、主變線路保護(hù)屏、直流饋電屏、蓄電池屏。

（1）運(yùn)行操作控制臺(tái)

運(yùn)行操作控制臺(tái)主要設(shè)備有聯(lián)想電腦、交直流逆變電源、語(yǔ)音報(bào)警裝置等。電腦經(jīng)常處于運(yùn)行中，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)和管理現(xiàn)場(chǎng)控制層的工作，收集發(fā)電機(jī)組有關(guān)的數(shù)據(jù)、信息并做出相應(yīng)的處理和存儲(chǔ)，運(yùn)行操作人員在主控室，通過(guò)電腦可迅速、準(zhǔn)確、有效的完成對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組的數(shù)據(jù)檢測(cè)、安全監(jiān)視和開(kāi)、停機(jī)操作。

（2） 工程師站

工程師站由技術(shù)管理人員負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)、指揮和管理電站的運(yùn)行情況。通過(guò)對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計(jì)和分析，判斷水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀況，及時(shí)調(diào)整機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)和線路供電模式。通過(guò)電腦對(duì)運(yùn)行中的機(jī)組進(jìn)行操作監(jiān)視、運(yùn)行監(jiān)督和事故處理指導(dǎo)。

（3） 現(xiàn)場(chǎng)控制層 （LCU）

現(xiàn)場(chǎng)控制層分機(jī)組LCU屏和公用LCU屏。機(jī)組LCU通過(guò)局域網(wǎng)與運(yùn)行操作臺(tái)進(jìn)行通信，根據(jù)后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)的操作指令或者機(jī)組LCU的控制命令，對(duì)運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)及輔助設(shè)備進(jìn)行操作控制。在公用LCU屏上可以進(jìn)行同期試驗(yàn)、手動(dòng)、自動(dòng)準(zhǔn)同期并網(wǎng)操作、勵(lì)磁調(diào)節(jié)、功率調(diào)節(jié)和緊急停機(jī)操作。

（4）勵(lì)磁系統(tǒng)

每面勵(lì)磁屏上安裝有PWL-2C型微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器兩臺(tái)，A機(jī)B機(jī)，一臺(tái)運(yùn)行一臺(tái)備用，50kVA環(huán)氧干式變壓器兩臺(tái)。操作單元采用7.7英寸觸摸屏，簡(jiǎn)體中文顯示各種運(yùn)行狀態(tài)，操作直觀、簡(jiǎn)便，能準(zhǔn)確地了解勵(lì)磁系統(tǒng)的運(yùn)行情況。通過(guò)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器上的RS-485接口，與電站整體計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)緊密連為一體。具有恒流、恒壓、恒功率因數(shù)等多種勵(lì)磁方式，在恒發(fā)電機(jī)電壓的運(yùn)行方式中，可跟蹤電網(wǎng)電壓自動(dòng)起勵(lì)。

（5）1G/2G發(fā)電機(jī)保護(hù)測(cè)控屏

發(fā)電機(jī)組保護(hù)有：差動(dòng)保護(hù)、后備保護(hù)和失磁接地保護(hù)。

a）發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)裝置

發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)裝置為DMP320B5F，通過(guò)通訊與站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的差動(dòng)數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組保護(hù)測(cè)控裝置的管理與控制，完成發(fā)電機(jī)斷路器的控制和信號(hào)采集。

b）發(fā)電機(jī)后備保護(hù)測(cè)控裝置

發(fā)電機(jī)后備保護(hù)測(cè)控裝置型號(hào)為DMP321B5F，主要功能有：三段式復(fù)合電壓電流保護(hù)、過(guò)負(fù)荷保護(hù)、高頻、低頻保護(hù)、過(guò)電壓、低電壓保護(hù)。

c）發(fā)電機(jī)失磁接地保護(hù)

發(fā)電機(jī)失磁接地保護(hù)裝置型號(hào)為DMP323B5F，主要功能有：失磁保護(hù)、轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)、勵(lì)磁低電壓保護(hù)、控制回路異常告警。

（6）主變/線路保護(hù)測(cè)控系統(tǒng)

主變壓器保護(hù)裝置為DMP321B5B后備保護(hù)，母線測(cè)量保護(hù)為DMP317B5，6.3kV機(jī)關(guān)線、近區(qū)線和10kV并網(wǎng)線采用了DMP311B5線路保護(hù)。該保護(hù)具有良好的中文液晶顯示畫(huà)面，可以在畫(huà)面中檢查、修改過(guò)電壓、低電壓、低頻解列等保護(hù)參數(shù)。當(dāng)軟件工作不正常時(shí)，保護(hù)裝置通過(guò)自復(fù)位電路自動(dòng)恢復(fù)正常工作，同時(shí)保護(hù)裝置還具有就地/遠(yuǎn)方操作某個(gè)斷路器的功能。

（7）直流電源系統(tǒng)

為確保彰武水電站繼電保護(hù)、微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、事故照明系統(tǒng)的安全、可靠，淘汰了原來(lái)的直流盤(pán)，選用了由愛(ài)默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司生產(chǎn)的智能高頻開(kāi)關(guān)電力操作電源，GZDW220/160Y直流電源屏有交流輸入部分、整流部分、降壓部分、直流輸出饋電部分、監(jiān)控和絕緣監(jiān)測(cè)部分組成。

電站利用三相交流穩(wěn)壓電源向兩個(gè)HD22010-3充電模塊供電，N+1供電模式，充電模塊將三相交流電轉(zhuǎn)化為220V直流電，經(jīng)隔離二極管隔離后輸出。一方面給電池充電，另一方面通過(guò)合閘回路和控制回路給負(fù)載提供正常的直流電源。

（8）MTC電站綜合自動(dòng)化后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)軟件

水電站采用長(zhǎng)沙華能MTC電站綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行監(jiān)控，該軟件具有良好的實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性、可靠性、和保密性。

MTC監(jiān)控軟件系統(tǒng)主要包括實(shí)時(shí)畫(huà)面監(jiān)控報(bào)警、歷史數(shù)據(jù)查詢、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器、歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器和通訊管理。

數(shù)據(jù)查詢管理軟件是一個(gè)對(duì)水電站的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)的模塊，其主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前運(yùn)行的數(shù)據(jù)庫(kù)以及歷史保存數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計(jì)、分析，并輸出相應(yīng)的報(bào)表和圖形，為后期數(shù)據(jù)的處理提供相應(yīng)的處理幫助。

4 微機(jī)綜合自動(dòng)化在彰武水電站的應(yīng)用效果分析

4.1 差流檢測(cè)

彰武水電站1#發(fā)電機(jī)組在技改試運(yùn)行期間，差動(dòng)保護(hù)曾多次動(dòng)作，差流越限報(bào)警。檢測(cè)發(fā)電機(jī)三相比例差動(dòng)動(dòng)作電流，IAC為0.08，IBC為1.32，ICC為0.06。保護(hù)定值為1.03。IBC差動(dòng)電流超標(biāo)，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作引起事故停機(jī)。經(jīng)全面檢查后發(fā)現(xiàn)，1#發(fā)電機(jī)出口電流互感器TA接線錯(cuò)誤,C相長(zhǎng)期處在反相序運(yùn)行狀態(tài)，更正后1#發(fā)電機(jī)三相比例差動(dòng)動(dòng)作電流，IAC為0.08，IBC為0.06，ICC為0.06，三相差動(dòng)電流基本平衡，機(jī)組恢復(fù)正常運(yùn)行，徹底改變了1#機(jī)組多年來(lái)運(yùn)行不穩(wěn)，易發(fā)事故跳閘的難題。對(duì)運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)組進(jìn)行三相差動(dòng)電流實(shí)時(shí)檢測(cè)是以前的繼電保護(hù)無(wú)法做到的。

4.2 數(shù)據(jù)查詢

2009年10月，在利用數(shù)據(jù)查詢管理軟件對(duì)水電站的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)、分析時(shí)發(fā)現(xiàn)：6kV母線頻率在46.5～55Hz之間做不規(guī)則上下波動(dòng)，最大顯示為80Hz，檢查發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速是在額定轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行，調(diào)速器開(kāi)度無(wú)異常抽動(dòng)現(xiàn)象，10kV并網(wǎng)系統(tǒng)頻率在50Hz穩(wěn)定運(yùn)行,無(wú)異常波動(dòng)，但是，S7-1000kVA升壓變壓器溫度異常報(bào)警，運(yùn)行噪聲增大，6kV母線移相電容器有時(shí)發(fā)出滋滋的尖叫聲。經(jīng)多次供、停電檢查和頻率統(tǒng)計(jì)分析后，發(fā)現(xiàn)斷開(kāi)近區(qū)供電線路，頻率波動(dòng)現(xiàn)象消失，變壓器運(yùn)行噪音和溫度降低，6kV母線頻率、電壓恢復(fù)正常。查閱有關(guān)資料；顯示80Hz，代表的意義為供電線路存在諧波干擾。諧波干擾使6kV線路供電電壓忽高忽低，在5.8～6.9kV之間上下波動(dòng)，嚴(yán)重影響了電站的供電質(zhì)量，多次造成機(jī)關(guān)線路、近區(qū)線低電壓或過(guò)電壓跳閘，使機(jī)關(guān)不能正常辦公，企業(yè)無(wú)法正常生產(chǎn)，電站日停電時(shí)間高達(dá)6小時(shí)，少供電量3200kW,經(jīng)濟(jì)損失1.6萬(wàn)元，用電企業(yè)處于半停產(chǎn)狀態(tài)，每天損失幾十萬(wàn)元。電站對(duì)6kV近區(qū)供電線路進(jìn)行諧波治理后，供電頻率穩(wěn)定在50Hz,電壓6.10kV，線路保護(hù)裝置異常過(guò)電壓、低電壓跳閘現(xiàn)象消失，滿足了用電需求，提高了供電質(zhì)量，減少了停電次數(shù)，挽回了經(jīng)濟(jì)損失。

我站原有的保護(hù)系統(tǒng)是無(wú)法檢測(cè)到諧波干擾信號(hào)的，綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)使電站便捷、準(zhǔn)確地查明了供電質(zhì)量不高產(chǎn)生的原因。

4.3 自動(dòng)化操作

發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)會(huì)存在機(jī)組的發(fā)電量小于機(jī)關(guān)和近區(qū)用電量的特殊情況。當(dāng)10kV并網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)事故甩負(fù)荷，如人工操作不及時(shí)，容易發(fā)生機(jī)組事故停機(jī)，造成全站停電。使用微機(jī)綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)后，當(dāng)10kV并網(wǎng)線路發(fā)生事故甩負(fù)荷時(shí)，電腦會(huì)根據(jù)機(jī)組運(yùn)行情況，自動(dòng)進(jìn)行并網(wǎng)轉(zhuǎn)單機(jī)操作，當(dāng)檢測(cè)到6kV母線電壓降為85V，或周波低于48.5Hz，延時(shí)2秒，自動(dòng)跳開(kāi)近區(qū)線路斷路器，使發(fā)電機(jī)組只帶機(jī)關(guān)線路穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)檢測(cè)到6kV母線周波低于46.5Hz，延時(shí)5秒，自動(dòng)跳開(kāi)機(jī)關(guān)線路，只帶廠用S7-100變壓器運(yùn)行，避免了因操作不當(dāng)，造成全站停電、機(jī)組事故停機(jī)現(xiàn)象的發(fā)生?，F(xiàn)在利用電腦進(jìn)行并網(wǎng)轉(zhuǎn)孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，值班人員只需密切關(guān)注機(jī)組的運(yùn)行情況，進(jìn)行簡(jiǎn)單的輔助性操作，簡(jiǎn)化了操作程序，降低了操作難度，提高了操作速度，保證了安全運(yùn)行。

4.4 微機(jī)保護(hù)

2010年5月12日9時(shí)，10kV并網(wǎng)線路電壓突然升至12.3kV,升壓幅度為額定電壓的1.23Ue，大于1.1Ue過(guò)電壓保護(hù)值。6kV機(jī)關(guān)和近區(qū)線路上的DMP311B5保護(hù)裝置迅速動(dòng)作，自動(dòng)跳開(kāi)了相應(yīng)的斷路器，發(fā)出 “過(guò)電壓保護(hù)動(dòng)作”報(bào)警信息。保護(hù)裝置若不及時(shí)跳閘，將使機(jī)關(guān)和近區(qū)供電線路的220V電壓升高到270V以上，有可能燒壞大量電腦、電視等用電設(shè)備，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。依靠先進(jìn)的微機(jī)自動(dòng)化保護(hù)裝置使電站避免了一次過(guò)電壓沖擊。

5 結(jié)語(yǔ)

自2009年6月長(zhǎng)沙華能MTC電站綜合自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)投入運(yùn)行以來(lái)，1年多的運(yùn)行實(shí)踐證明：彰武水電站微機(jī)自動(dòng)化的技術(shù)改造是成功的。該監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)停機(jī)操作流程化、程序化、密碼化，操作簡(jiǎn)便，容易掌握。依靠遙信、遙測(cè)信號(hào)對(duì)運(yùn)行中機(jī)電設(shè)備的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行及時(shí)、安全、可靠的監(jiān)視，全面了解電站的運(yùn)行情況。發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)報(bào)警提示故障原因，有利于及時(shí)排除故障，減少停機(jī)時(shí)間。10kV并網(wǎng)線路事故時(shí)，自動(dòng)進(jìn)行孤網(wǎng)運(yùn)行操作；機(jī)組發(fā)生事故時(shí)，能自動(dòng)實(shí)施停機(jī)保護(hù)，防止事故擴(kuò)大保證設(shè)備安全。

微機(jī)自動(dòng)化，提高了彰武水電站的運(yùn)行管理水平，提升了職工的業(yè)務(wù)技能。在保證安全生產(chǎn)的前提下，減少了運(yùn)行值班人員，改善了工作環(huán)境，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。

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