龍溪水電站運行監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

安春愛，金清江

(浙江省天臺縣龍溪水力發(fā)電有限公司，浙江 天臺 317200)

1 概述

1.1 基本情況

龍溪水電站裝機(jī)2×8MW，多年平均發(fā)電量4000萬kW·h，是一座以發(fā)電為主，擔(dān)負(fù)著臺州電網(wǎng)調(diào)峰任務(wù)的水電站。該站同時兼管500kW裝機(jī)的石坦坑電站和200kW裝機(jī)的鯉魚頭電站的發(fā)電運行。1986年電站開始建設(shè)，1990年10月并網(wǎng)發(fā)電。

1.2 存在的問題

電站開停機(jī)頻繁 (調(diào)峰)，運行方式復(fù)雜，設(shè)備比較分散;電站存在電站與電站、電站與水庫 (距離8km)、電站與站部——城關(guān)辦事處 (距離40km)較遠(yuǎn)等問題，無法遠(yuǎn)控和遙視;電站建于20世紀(jì)80年代，發(fā)電運行過程以常規(guī)控制為主，機(jī)組自動化水平相對較低，無法做到經(jīng)濟(jì)運行，且需較多運行值班人員;存在發(fā)電機(jī)機(jī)組瓦溫相對偏高、主軸密封磨損嚴(yán)重、壓力鋼管未裝設(shè)防暴設(shè)施等問題。

1.3 希望的功能

根據(jù)電站的實際情況和存在的問題，電站運行監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能:實時監(jiān)視和控制水輪發(fā)電機(jī)組及輔機(jī)、主變壓器，以及各開關(guān)室、油水氣系統(tǒng)、直流系統(tǒng)、低壓配電系統(tǒng)、水工金屬機(jī)械 (溢洪道弧形閘門、輸水遂洞閘門等)、微機(jī)保護(hù)裝置、PLC等全站各設(shè)備的運行狀況;實時進(jìn)行全自動開、停機(jī)流程，自動進(jìn)行有功、無功調(diào)節(jié);實時動作、故障、事故報警狀態(tài)顯示和語音提示，進(jìn)行遠(yuǎn)方故障、事故分析，診斷及事故處理;實現(xiàn)電站與水庫水文自動測報系統(tǒng)的連接與共享;建立管理單位對各電站、水庫的遙視。

2 監(jiān)控系統(tǒng)運用

為了提高設(shè)備運行水平和效益，實現(xiàn)“無人值班，少人值守”的運行管理模式，并根據(jù)電站實際需求，龍溪水電站引進(jìn)了電站運行自動監(jiān)控系統(tǒng)。

2.1 主要功能

電站運行自動監(jiān)控系統(tǒng)以太網(wǎng)為基礎(chǔ)組成主干控制網(wǎng)絡(luò)，點對點測控和串口通信結(jié)合，實現(xiàn)遙測、遙控、遙信、遙視功能;監(jiān)控系統(tǒng)能直觀地反映電站所有設(shè)備的實時工作狀態(tài)，接受和執(zhí)行用戶的各項指令，自動記錄設(shè)備運行狀況，自動報警;實現(xiàn)控制流程可視化、過程自動化，實時監(jiān)控、報警提示，保證電廠安全、穩(wěn)定、可靠運行。

2.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

龍溪水電站運行自動監(jiān)控系統(tǒng)主干網(wǎng)由3臺上位機(jī)和3個現(xiàn)地控制單元LCU組成，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。三臺主機(jī)為主控站、備控站、通信站;三個LCU為1號機(jī)LCU、2號機(jī)LCU、升壓站/公用LCU。

圖1 龍溪水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主干網(wǎng)

2.3 工作原理

測量和控制由LCU與自動元件連接，通過點對點的開關(guān)量和模擬量的串口通信，實現(xiàn)遙測和遙信功能;通過點對點開關(guān)量動作輸出，實現(xiàn)開關(guān)控制和脈寬控制，達(dá)到遙控和遙調(diào)目的?？刂屏鞒虨?通過上位機(jī)和控制屏與用戶“對話”，由LCU實現(xiàn)分析和“下達(dá)”命令，由各自動化元件“執(zhí)行”命令，然后由自動元件將執(zhí)行結(jié)果返回LCU，LCU上報給上位機(jī)，由上位機(jī)和模擬返回屏顯示于用戶面前。網(wǎng)絡(luò)中的衛(wèi)星時鐘保證電廠與系統(tǒng)時間保持一致。

2.4 主要特點

(1)結(jié)構(gòu)簡單，實時快速。電站運行自動監(jiān)控系統(tǒng)主干網(wǎng)只有上位主控機(jī)和現(xiàn)地LCU，取消了以前監(jiān)控設(shè)計中的下位工控機(jī)。主控機(jī)直接對PLC的控制模式，沒有了下位機(jī)的瓶頸限制，通信更快捷，處理能力強(qiáng)，抗干擾能力更強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)的中間設(shè)備減少，既節(jié)約了投資，又減少了設(shè)備故障機(jī)會。

(2)方便靈活，操作便捷。主控機(jī)在Windows NT系統(tǒng)平臺下，選用成熟的工業(yè)控制組態(tài)軟件，軟件功能完善，圖像內(nèi)容豐富，維護(hù)方便。如油水氣系統(tǒng)畫面做到管道、流向逼真，對手動操作的閥門，可以遠(yuǎn)方手動掛牌，在計算機(jī)中模擬操作，減少運行誤操作。PLC的軟件編程可直接用筆記本電腦現(xiàn)場或上位機(jī)遠(yuǎn)方進(jìn)行，進(jìn)行流程監(jiān)視和模擬調(diào)試。

(3)通信能力強(qiáng)，兼容性好。系統(tǒng)軟件和PLC選用美國通用電氣公司的產(chǎn)品，不存在不同廠家設(shè)備難以通信或通信不暢等問題。全廠采用統(tǒng)一的MODBUS協(xié)議通信規(guī)約，保護(hù)各單元組件之間連接良好，如直流系統(tǒng)雖是獨立的系統(tǒng)，但系統(tǒng)也能很好地實時監(jiān)控。通過通信，減少了PLC的開關(guān)量和模擬量的輸入輸出模塊，運行更加可靠。如機(jī)組溫度監(jiān)視，溫度巡檢儀直接和PLC通信，上位機(jī)能直接讀取PLC內(nèi)容，監(jiān)視溫度值，實現(xiàn)溫度保護(hù)。另外，還具遠(yuǎn)方撥號接入上位機(jī)功能，進(jìn)行遠(yuǎn)方程序監(jiān)視和修改，實現(xiàn)遠(yuǎn)方故障診斷和消除。

(4)互為備用，安全可靠。主控級有二級備用:2臺上位主控計算機(jī)可自動切換，互為熱備用;如果2臺工控機(jī)意外受到病毒破壞，同時發(fā)生故障，可用手動控制屏和模擬返回屏進(jìn)行監(jiān)視和控制，還可直接用筆記本電腦進(jìn)行現(xiàn)場察看和調(diào)試，并作為最后一級備用，保證電廠正常發(fā)供電。

各PLC采用標(biāo)準(zhǔn)模塊，各PLC模塊之間可作應(yīng)急備用，只需少量的備件就能保證整個電廠足夠的備品數(shù)量，保證安全運行。其他單獨系統(tǒng)設(shè)備都有“遠(yuǎn)方/現(xiàn)地”切換功能，保證遠(yuǎn)控失靈時，還能單獨可靠運行。

(5)整合能力強(qiáng)，可擴(kuò)展性好。機(jī)組PLC整合了機(jī)組所有量的監(jiān)視和控制。升壓站/公用PLC整合了電廠所有公用設(shè)備的監(jiān)控，包括高低壓氣系統(tǒng)、滲漏檢修排水系統(tǒng)、球閥系統(tǒng)、各啟閉裝置、廠用電系統(tǒng)、水庫水位、水情測報等。由于溢洪道、發(fā)電輸水遂洞等水工建筑距主廠房較遠(yuǎn)，故選用單獨的單元控制，采用光纖通信。

系統(tǒng)采用以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，主控機(jī)具有足夠的添加空間，各LCU也有足夠的點備用，增加的系統(tǒng)也可直接掛到以太網(wǎng)上來，只需在軟件上作相應(yīng)的添加修改即可。

2.5 功能舉例

例一:電站運行自動監(jiān)控系統(tǒng)中對主接線上各設(shè)備的運行監(jiān)測 (見圖2)。

圖2 計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主接線設(shè)備監(jiān)測點

例二:計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的總控制圖中，集中了所有控制畫面的鏈接，具有索引功能，方便使用。部分控制功能鍵如圖3所示，當(dāng)用鼠標(biāo)點擊圖3中1號機(jī)的“發(fā)電”按紐時，計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)就會進(jìn)入1號機(jī)開機(jī)流程 (見圖4)，自動開機(jī)發(fā)電。

3 運用效果分析與建議

龍溪水電站運行自動監(jiān)控系統(tǒng)是在計算機(jī)和通信技術(shù)水平不斷成熟的基礎(chǔ)上建立起來的，在現(xiàn)在小水電廠監(jiān)控系統(tǒng)中具有一定的先進(jìn)性、代表性，運行穩(wěn)定可靠。

(1)主機(jī)必須選用目前性能最先進(jìn)的設(shè)備，因為主機(jī)設(shè)備在系統(tǒng)的投資中占很少的比例，但它的性能決定了整個系統(tǒng)的性能;盡量選擇同一型號或同一廠家的設(shè)備，使設(shè)備兼容性好，維護(hù)方便，備用率高。

(2)上位機(jī)的控制實現(xiàn)與運行習(xí)慣有密切關(guān)系，軟件編寫要周詳，因此控制應(yīng)盡量在計算機(jī)軟件上實現(xiàn)，如水位顯示，采集信號為水壓信號，傳感器的移位直接影響水位的高程數(shù)值顯示，在上位機(jī)上設(shè)置其基值和幅值對應(yīng)量，很容易實現(xiàn)顯示值調(diào)整，保證顯示準(zhǔn)確。

(3)元器件是實現(xiàn)自動化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它的好壞直接關(guān)系到控制的源頭和終端，必須可靠性好，抗干擾能力強(qiáng)，以保證整個處理過程中數(shù)據(jù)的采集和命令的執(zhí)行萬無一失。

(4)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)盡可能簡單，控制環(huán)節(jié)盡量少，采用單一的通信協(xié)議，使通信可靠。可全部采用成熟的光纖通信，確保信息暢通。

(5)對蝶閥、水庫水位計等距離較遠(yuǎn)的設(shè)備，應(yīng)采用現(xiàn)地單元控制，通過光纖與上位機(jī)通信，實現(xiàn)遠(yuǎn)方和現(xiàn)地控制功能。用一根光纜代替大量的點對點控制電纜，既提高了控制的可靠性，又可以節(jié)約大量電纜投資。

(6)各單獨控制的系統(tǒng)應(yīng)具有與系統(tǒng)接口的能力，各生產(chǎn)廠家應(yīng)提供各種標(biāo)準(zhǔn)的接口和數(shù)據(jù)格式供選擇，保證能組成一個完整的系統(tǒng)。

(7)監(jiān)控系統(tǒng)在使用過程中必須不斷充實，不斷發(fā)現(xiàn)問題和修改軟件編寫中存在的問題，使系統(tǒng)符合電廠運行的習(xí)慣要求。由于設(shè)計單位缺乏相應(yīng)的電廠運行經(jīng)驗，故障診斷處理部分只能 在運行中不斷補(bǔ)充完善。

(8)為了使監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)揮更大的作用，實現(xiàn)電廠“無人值班，少人值守”，電廠應(yīng)再配置工業(yè)電視監(jiān)視網(wǎng)。

(9)水電站多為雷擊區(qū)，在監(jiān)控系統(tǒng)中必須考慮信號、電源及視頻等的防雷問題，以使監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備正常工作。

(10)龍溪水電站為2臺機(jī)組，對臺數(shù)多的電站，監(jiān)控系統(tǒng)的集中控制優(yōu)越性更明顯，效益更顯著。

4 電站發(fā)展思路

(1)龍溪水電站今后要考慮提供天臺縣西鄉(xiāng)至城關(guān)的供水，實現(xiàn)水庫的經(jīng)濟(jì)運行，進(jìn)一步考慮建立相應(yīng)的優(yōu)化調(diào)度模型。

(2)龍溪水庫已有一套水文自動測報系統(tǒng)，水情與電站的運行情況關(guān)系非常密切，應(yīng)該把兩系統(tǒng)融合在一起，并應(yīng)與水庫管理信息系統(tǒng)緊密聯(lián)系起來，實現(xiàn)水庫調(diào)度自動化，提高水庫綜合效益。

5 結(jié)語

龍溪水電站運行自動監(jiān)控系統(tǒng)，可以共享資源，硬件的增減、更換方便，互換性、擴(kuò)充性、兼容性好，具備防誤操作功能和完善的自診斷、自恢復(fù)功。各控制層之間相互獨立，任何單元局部故障均不會影響其它單元或站控級設(shè)備的正常工作。嚴(yán)格遵循監(jiān)控、保護(hù)相互獨立配置的原則，保證站控級微機(jī)監(jiān)控出現(xiàn)異常時，保護(hù)功能仍能獨立發(fā)揮作用。系統(tǒng)具有功能較強(qiáng)的人機(jī)接口、全漢化的友好界面，軟硬件組成標(biāo)準(zhǔn)化，組態(tài)靈活，滿足今后微機(jī)綜合自動化系統(tǒng)高速發(fā)展和升級的要求。

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