淺議如何進(jìn)行水電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)理

陳泰山

陜西省水利工程建設(shè)監(jiān)理有限責(zé)任公司 710032

引言

水電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)對(duì)電站各種設(shè)備信息進(jìn)行采集、處理,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)、控制、調(diào)節(jié)、保護(hù)、在水電站中得到了廣泛的應(yīng)用。如今新建或改造的水電站都基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)。本文根據(jù)拐子沱水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為例談?wù)勅绾芜M(jìn)行水電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)理

1.概述

拐子沱水電站位于四川省雅安市蘆山縣寶盛鄉(xiāng)境內(nèi)，玉溪河中游，為玉溪河梯級(jí)電站的最末一級(jí)電站。電站為混合式開(kāi)發(fā)的中水頭電站，由混凝土閘壩、進(jìn)水口、左岸無(wú)壓引水隧洞、主副廠房、開(kāi)關(guān)站及進(jìn)廠公路橋等組成。上游水庫(kù)總庫(kù)容567萬(wàn)m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容367萬(wàn)m3，具有日調(diào)節(jié)能力，正常蓄水位922.0m，設(shè)計(jì)水頭77m，設(shè)計(jì)引用流量38m3/s，裝機(jī)容量2×12.5MW，保證出力5.973 MW，年利用小時(shí)5235h，多年平均發(fā)電量12564萬(wàn)kWh。電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)按“無(wú)人值班”(少人值守)運(yùn)行方式設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)采用全分布開(kāi)放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由電站控制中心系統(tǒng)和現(xiàn)地控制單元等組成。

2.熟悉電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)配置

2.1 明確電站監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

經(jīng)過(guò)三次設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)會(huì)最終確定了該電站監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布置形式及整個(gè)系統(tǒng)采用全分布分層開(kāi)放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該電站采用湖南紫光SM-4D計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，各保護(hù)測(cè)控屏內(nèi)裝紫光DCAP系列單元控制箱。電站設(shè)備的運(yùn)行監(jiān)視和控制在中控室的操作員工作站上進(jìn)行，同時(shí)也可在各LCU上通過(guò)觸摸屏和開(kāi)關(guān)按鈕實(shí)現(xiàn)對(duì)其所控設(shè)備運(yùn)行的監(jiān)視和控制。機(jī)組單元及開(kāi)關(guān)站/公用單元通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)與全廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)連接并接受其監(jiān)控，同時(shí)在這些系統(tǒng)的現(xiàn)地控制柜上設(shè)有控制開(kāi)關(guān)以及操作按鈕，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的現(xiàn)地監(jiān)控。

2.2 熟悉LCU控制對(duì)象及功能要求

現(xiàn)地控制單元（LCU）包括兩套機(jī)組LCU (LCU1-LCU2)、開(kāi)關(guān)站LCU3及電站公用設(shè)備LCU (LCU4)、大壩公用LCU (LCU5)。LCU完成對(duì)監(jiān)控對(duì)象的數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)預(yù)處理及與其它電站設(shè)備的通訊，負(fù)責(zé)向網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)信息，并自動(dòng)服從調(diào)度層上位機(jī)的命令和管理。同時(shí)各LCU也具有控制、調(diào)節(jié)操作和監(jiān)視功能，配備有本地操作按鈕和指示元件，當(dāng)與上位機(jī)系統(tǒng)脫機(jī)時(shí)，仍具有必要的監(jiān)視和控制功能。LCU采用PLC直接上以太網(wǎng)的方案。 LCU是一套完整的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。與系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)時(shí)，作為監(jiān)控系統(tǒng)的一部分，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)指定的功能。而當(dāng)LCU與系統(tǒng)脫離時(shí)，則能獨(dú)立運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)LCU的現(xiàn)地監(jiān)控功能，并確保被控設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。LCU的基本功能如下：

PLC完成各種數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理功能。事件順序記錄功能。數(shù)據(jù)通訊與網(wǎng)絡(luò)通訊功能。運(yùn)行工況的轉(zhuǎn)換，LCU可完成各類設(shè)備的運(yùn)行工況轉(zhuǎn)換，如機(jī)組的運(yùn)行工況轉(zhuǎn)換，斷路器的分合，設(shè)備運(yùn)行方式的轉(zhuǎn)換等。LCU現(xiàn)地人機(jī)聯(lián)系功能。系統(tǒng)硬件及軟件診斷與自恢復(fù)功能。時(shí)鐘同步功能。通過(guò)硬件和軟件同步手段，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)時(shí)鐘同步。

機(jī)組現(xiàn)地控制單元(LCU)控制與調(diào)節(jié)功能：機(jī)組開(kāi)、停機(jī)順序控制；機(jī)組事故停機(jī)及緊急停機(jī)控制；機(jī)組輔助設(shè)備的控制；發(fā)電機(jī)出口斷路器的分/合操作；主變中性點(diǎn)接地開(kāi)關(guān)的分/合操作；機(jī)組有功功率調(diào)節(jié)；機(jī)組無(wú)功功率/電壓調(diào)節(jié)；各種整定值和限值的設(shè)定；機(jī)組的自動(dòng)/手動(dòng)準(zhǔn)同期并網(wǎng)操作；機(jī)組進(jìn)水口閘門(mén)控制；水力機(jī)械保護(hù)功能。

公用設(shè)備/開(kāi)關(guān)站現(xiàn)地控制單元(LCU)控制操作功能：開(kāi)關(guān)站現(xiàn)地/遠(yuǎn)方控制方式的切換操作；開(kāi)關(guān)站各斷路器的分/合操作；開(kāi)關(guān)站各隔離開(kāi)關(guān)的分/合操作；開(kāi)關(guān)站各接地開(kāi)關(guān)的分/合操作；開(kāi)關(guān)站各斷路器的自動(dòng)準(zhǔn)同期合閘操作；廠用電進(jìn)線及斷路器的分/合操作；廠用電各種運(yùn)行方式的確定及備用電源自動(dòng)投入，大壩LCU主要實(shí)現(xiàn)閘門(mén)的啟閉及現(xiàn)地/遠(yuǎn)方控制方式的切換操作。

3.加強(qiáng)自動(dòng)化監(jiān)控保護(hù)屏柜出廠驗(yàn)收

3.1 熟悉合同文件中關(guān)于水電站中自動(dòng)化監(jiān)控方面的技術(shù)條款。

在出廠驗(yàn)收前根據(jù)合同要求檢查自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)的硬、軟件的配置是否符合要求，設(shè)備數(shù)量是否滿足合同要求，屏柜安裝的元器件是否按合同要求采購(gòu)和安裝，布置和走線是否符合設(shè)計(jì)圖紙和相關(guān)規(guī)范要求，接插件是否牢固。屏柜顏色是否和業(yè)主要求的一致等，上位機(jī)是否按照技術(shù)協(xié)議要求配置。

3.2 核查自動(dòng)化廠家的出廠調(diào)試報(bào)告

檢查自動(dòng)化廠家對(duì)于該項(xiàng)目的《裝置出廠調(diào)試報(bào)告》、《上位機(jī)調(diào)試報(bào)告》及《屏蔽及通訊接地檢測(cè)報(bào)告》。①《裝置出廠調(diào)試報(bào)告》內(nèi)容包括：開(kāi)入量檢測(cè)、開(kāi)出量檢測(cè)、精度及線性度檢測(cè)、保護(hù)功能檢測(cè)。② 通訊及上位機(jī)試驗(yàn)的內(nèi)容：檢查數(shù)據(jù)庫(kù)定義是否正確。保證項(xiàng)目在調(diào)試及通電拷機(jī)的過(guò)程中按照設(shè)計(jì)要求的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接并通訊。所有開(kāi)入信號(hào)、保護(hù)信號(hào)報(bào)信、模擬量測(cè)量應(yīng)同時(shí)在上、下位機(jī)檢測(cè)其正確性。檢測(cè)后臺(tái)機(jī)報(bào)表、曲線、故障錄波功能是否正常。后臺(tái)監(jiān)控人機(jī)界面是否友好。③《屏蔽及通訊接地檢測(cè)報(bào)告》保證所有自動(dòng)化保護(hù)測(cè)控裝置（包括PLC部分）必須可靠接大地，大地即屏蔽地。一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)只允許一點(diǎn)接大地，不允許多點(diǎn)接大地。通信網(wǎng)絡(luò)的接地點(diǎn)選在屏體端，而不在串口卡端。每個(gè)分散安裝的裝置的保護(hù)地分別單獨(dú)連接在高壓開(kāi)關(guān)柜的接地銅排上，保證可靠接大地。所有裝置的機(jī)箱外殼通過(guò)接地螺釘與保護(hù)地端子相連。

3.3 檢測(cè)直流系統(tǒng)

檢查直流系統(tǒng)充電模塊數(shù)量和型號(hào)是否符合設(shè)計(jì)要求，并且檢查模塊的通訊、均流、充電控制等各項(xiàng)功能的詳細(xì)調(diào)試記錄；同時(shí)必須對(duì)電池屏的配線、電池型號(hào)、安裝方式等進(jìn)行檢查，確保電池能夠正確安裝；若配有絕緣監(jiān)察模塊，必須檢測(cè)其接地選線及上位機(jī)報(bào)警功能。

4.確?，F(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化屏柜安裝質(zhì)量

4.1 做好設(shè)備到現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)箱驗(yàn)收

按照隨箱設(shè)備清單進(jìn)行驗(yàn)收，認(rèn)真核查設(shè)備是否和隨箱設(shè)備清單一致，特別要檢查屏內(nèi)元器件和設(shè)計(jì)要求是否一致；在運(yùn)輸過(guò)程中是否發(fā)生碰撞和損壞等問(wèn)題。如果發(fā)現(xiàn)與實(shí)際情況不符，要求自動(dòng)化廠家更換或處理，只有符合要求的屏柜才允許安裝。

4.2 確保屏柜安裝質(zhì)量

屏柜安裝質(zhì)量好壞直接影響全廠自動(dòng)化監(jiān)控實(shí)現(xiàn)的程度。依照設(shè)備平面布置圖檢查屏柜是否按設(shè)備布置圖就位安裝，安裝是否符合有關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，并對(duì)安裝質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收。

5.保證計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)綜合調(diào)試

5.1 開(kāi)入量的調(diào)試

保證現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化元器件設(shè)備信號(hào)能夠正確無(wú)誤的傳送給PLC,從而才可保證自動(dòng)控制的正確性。用一段電線將開(kāi)關(guān)輸入量從端子排上短接；檢測(cè)只有連續(xù)三次正確動(dòng)作才算檢測(cè)合格；同時(shí)觀察的對(duì)象包括PLC指示、上位機(jī)、觸摸屏。首先檢測(cè)PLC然后才是上位機(jī)或觸摸屏：每做一個(gè)遙信要先看PLC上對(duì)應(yīng)的指示燈是否亮了；通過(guò)編程軟件監(jiān)視所定義相應(yīng)變量是否由0變1，查看上位機(jī)的遙信及報(bào)警是否正確，查看觸摸屏的遙信是否變位。

5.2 開(kāi)出量的測(cè)試

從編程軟件直接強(qiáng)制開(kāi)出看PLC上對(duì)應(yīng)的指示燈是否亮，開(kāi)出繼電器相應(yīng)指示燈是否亮。并用萬(wàn)用表在端子排上測(cè)量相應(yīng)輸出端子；檢測(cè)只有連續(xù)三次正確動(dòng)作才算檢測(cè)合格；觀察的對(duì)象包括PLC指示、上位機(jī)、觸摸屏。

5.3 模擬量的測(cè)試

加量前檢查PLC所設(shè)量程是否正確，中間元件輸出是否正確；加量測(cè)試功率必須結(jié)合單元箱所測(cè)功率算出校正系數(shù)加以校正；檢測(cè)按調(diào)試報(bào)告來(lái)做不能直接對(duì)PLC加量；觀察的對(duì)象包括PLC、上位機(jī)、觸摸屏。

5.4 流程測(cè)試

檢測(cè)只有完全按流程圖動(dòng)作才算檢測(cè)合格；整個(gè)過(guò)程由編程軟件在線來(lái)模擬；用PLC編程軟件監(jiān)控，由指令變量強(qiáng)制完成流程。

6.繼電保護(hù)試驗(yàn)

6.1 檢查調(diào)試廠家提供繼電保護(hù)試驗(yàn)大綱

大綱內(nèi)容包括保護(hù)的種類、試驗(yàn)的方法、安全措施、微機(jī)繼保測(cè)試儀的型號(hào)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)的填寫(xiě)表格等。

6.2 輸入繼電保護(hù)整定值

將設(shè)計(jì)院或供電部門(mén)提供的繼電保護(hù)整定值輸入到相應(yīng)的保護(hù)裝置中，并確認(rèn)輸入正確無(wú)誤。利用微機(jī)保護(hù)測(cè)試儀對(duì)所有要求的保護(hù)按照試驗(yàn)大綱進(jìn)行繼保試驗(yàn)，并提供繼保試驗(yàn)報(bào)告。

最后，在所有項(xiàng)目調(diào)試完成都準(zhǔn)確無(wú)誤的情況下，進(jìn)行聯(lián)動(dòng)試車，并向業(yè)主提交監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)綜合調(diào)試報(bào)告。

7. 結(jié)語(yǔ)

作為一名監(jiān)理工程師，必須具備較強(qiáng)的理論知識(shí)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)；由于自動(dòng)化控制技術(shù)發(fā)展很快，需不斷拓寬自己的視野，努力更新自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)，跟上時(shí)代的步伐。同時(shí)，必須熟悉水電站機(jī)電設(shè)備原理和運(yùn)行規(guī)律，在工作中不斷加強(qiáng)自動(dòng)化監(jiān)控方面業(yè)務(wù)水平的學(xué)習(xí)和監(jiān)理水平的總結(jié)，提高自己的監(jiān)理水平。

[1]黃少敏 .水電站微機(jī)監(jiān)控與保護(hù).黃河水利出版社

[2]陳光大.計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng).武漢水利電力大學(xué)出版社