福建街面水电站H9000监控系统现地控制层设计与应用

2010-04-14邓小刚谢银花

水电站机电技术 2010年3期

关键词：街面厂站开关站

辛俊，邓小刚，谢银花，曾沅

(1.中国水利水电科学研究院自动化研究所，北京 100038；2.广东工业大学，广东广州 510006)

福建街面水电站H9000监控系统现地控制层设计与应用

辛俊1，邓小刚1，谢银花2，曾沅1

(1.中国水利水电科学研究院自动化研究所，北京 100038；2.广东工业大学，广东广州 510006)

福建街面水电站采用中国水科院自动化所H 9000计算机监控系统，本文介绍了福建街面水电站监控系统现地控制单元 (LCU)的配置、特点和功能及应用情况。

街面水电站；H 9000；LCU

福建街面水电站位于福建省尤溪县坂面乡街面村，距尤溪县城约50km，电站上游闽湖水库库容10.95亿m3为多年调节水库。电站单机150MW，总装机300MW，年发电量3.6亿kWh。电站220kV侧出线三条，110kV侧出线两条。本电站在福建省电网中担任调峰与补偿任务，是福建电网重要骨干电站之一。电站接受福建省中心调度所调度、并上送电站信息福建省电力调度中心。电站于2003年开工建设，2007年12月第一台机组投产发电，2008年6月第二台机组投产发电。

街面电站监控系统由厂站层和现地控制层组成。

1 现地控制层

现地控制层LCU部分包括两套机组LCU、地上公用LCU、地下公用LCU、110kV开关站LCU、220kV开关站LCU。

1.1 LCU的设计与配置

LCU的设计原则：

（1）防电磁干扰，在工频电磁环境、静电场干扰中可安全可靠运行。

（2）防雷电，每套LCU电源进线侧安装防雷保护装置。（3）高可靠性，PLC、UPS电源、网络等主要设备均采用冗余配置。

（4）高安全性，此套LCU配置已成功应用于多家电厂，故障率极低。

（5）高扩展性，此套LCU提供多种通讯接口和充足的备用点数。

LCU的配置包括：主控制器(PLC)、触摸屏、温度巡检装置、自动准同期装置、电量采集变送器、UPS电源、电度表、通讯机等。详细配置如下：

1）采用施耐德QuantumPLC，双CPU双网的冗余配置，以RIO方式扩展信号采集。CPU型号为140CPU43412，扩展底板包括32点SOE模块140ERT85410、32点开关量输入模块140DDI35300、32点开关量输出模块140DDO35300、16点模拟量输入模块140ACI04000、8点模拟量输出模块140ACO13000，开关量为无缘节点，模拟量采用4-20mA。PLC是现地控制单元的核心，负责信号采集、数据处理、并将处理后的数据打包上送到厂站层。

2）触摸屏采用施耐德Megilis XBTG6330彩色液晶触摸屏，12.1英寸，256色，8M内存，CPU主频100M，一个以太网接口，两个串口。该触摸屏表面加增强防护和耐用性的保护膜，速度快，触控灵敏，触摸寿命可达3500万次。直接与PLC相连，用于现地运行监视和设备控制。

3）温度测量采用DAS-III型温度巡检装置，带点阵式液晶显示屏，具有汉字显示功能，数据刷新快，最大巡测128点，测量电阻选用Pt100，电阻接线方式为三线制，通过RS485RTU方式将温度值上送。

4）机组LCU采用CM-320A单对象自动准同期装置，220kV开关站LCU和110kV开关站LCU各采用1套CM-320B多对象自动准同期装置，同期对象最多8个。同期装置采用多种抗干扰措施和隔离技术，同期速度快，精度高，可设置Y/△补偿。

5）电量变送器采用S3系列单相电压变送器、三相电压变送器、有功功率变送器、无功功率变送器、频率变送器、电流变送器。工作电压DC24V，输出4-20mA，精确度±0.2%RO，电磁干扰影响0.2%RO.，400A/M，绝缘阻抗100M，DC500V。

6）每套LCU配有两套交/直流双重供电UPS电源，实现冗余热备，正常情况下，每台UPS电源由厂用电AC220V供给，当交流电源系统故障时，由厂内直流电源系统供电。具体参数如下：输入：互为热备2路电源：1路220V AC、1路220DC(取自厂用直流)；输出：24VDC。

7）电量计量装置采用湖南长沙威盛电度表，DTSD341/DSSD331-3型，有功精度为0.5级，无功精度为2级，用于测量机组出口、主变、线路的电量测量。

8）通讯机采用 MOXA UC7410(两个以太网口，8个RS232/RS422/RS485接口)，LINUX系统，操作简便的MOXA Base Shell平台，负责将保护、温度巡检、励磁、调速器、电度表、直流系统数据进行通讯后送到CPU。

9）气系统单元采用施耐德TSXPremiumPLC负责低压气系统和中压气系统信号采集和控制，CPU型号为TSX 57203M，通过MB+总线方式将数据传送到地下公用LCU的CPU上。配置32点开关量输入模块DEY32D2K、开关量输出模块DSY16T2。

10）水系统单元采用施耐德TSX Premium PLC负责检修排水系统和渗漏排水系统信号采集和控制，CPU型号为TSX 57203M，通过MB+总线方式将数据传送到地下公用LCU的CPU上。配置32点开关量输入模块DEY32D2K、开关量输出模块DSY16T2。

11）调速器油压装置采用施耐德TSX Micro PLC负责调速器压力油系统信号采集和控制，CPU型号为TSX 3721，通过MB+总线方式将数据传送到机组LCU的CPU上。配置16点入/12点出模块DMZ28DTK，8点模拟量输入模块AEZ802。

12）机组备用停机采用TSX PremiumPLC，当主系统两台CPU故障时且机组出现事故时仍能正常完成停机流程。CPU型号为TSX57103M，通过MB+总线方式将数据传送到机组LCU的CPU上。配置32点开关量输入模块DEY 32D2K、16点开关量输出模块DSY16T2。

1.2 LCU的特点

街面LCU的先进设计理念和其高性能的硬件配置，使其具有PLC性能优越、网络可靠、通讯扩展性高等特点。

（1）PLC性能优越，双CPU双网的冗余配置安全可靠。CPU模块扫描速度快；中断模块响应速度可达1ms；所有模块支持热插拔，当单个模块有故障时可在不影响运行的情况下进行更换。

（2）网络可靠、速度快。厂站层和现地控制层采用双以太网星形连接方式，可靠性高。现地控制层与辅机采用MB+总线连接，速度快且稳定性好。

（3）机组LCU、地上公用LCU、地下公用LCU提供8个RS485通讯口，成熟的程序支持标准103、MODBUS RTU、DLT/645规约，提高了系统的扩展性能。

2 现地控制层功能

街面电站根据厂房的建筑特点和设备功能需要将电站分为六个单元，每套LCU实现一部分的监控功能。

2.1 机组LCU功能

机组LCU布置在发电机层机旁，监控对象为水轮机及其辅助设备、发电机及其辅助设备、发电机出口断路器、主变压器等。具体功能如下：

（1）数据采集和处理

由主PLC或备PLC采集到的中断开关量、一般开关量、模拟量、数字量、脉冲量、PLC综合信息、模拟量通道状态等信息和由UC通讯机通讯上来的温度量、保护量、电度量等数据信息经过PLC处理后组包通过以太网发往厂站层。

（2）安全运行监视

与厂站层配合，实现安全监视，主要包括实时状态监视：越限检查；开停机过程监视等。

（3）控制与调节

接收厂站层和现地触摸屏命令进行控制与调节，包括开、停机，紧急停机，检修空气围带，冷却水，主轴密封水，接力器锁锭，封母热风，灭磁开关，机械制动，进水口闸门，开关，刀闸等。

（4）通讯

与调速器的通讯，RS-485接线方式，通讯规约Modbus RTU。

与励磁的通讯，RS-485接线方式，通讯规约Modbus RTU。

与机组、主变保护的通讯，RS-485接线方式，通讯规约IEC103。

与电度表的通讯，RS-485接线方式，通讯规约DLT/645。

2.2 地上公用LCU功能

地上公用LCU布置在中控楼继保室内，监控对象为中控楼UPS电源系统、中控楼直流电源系统、中控楼消防系统等。具体功能如下：

（1）数据采集和处理

由主PLC采集到的一般开关量、模拟量、数字量、PLC综合信息、模拟量通道状态等信息和由UC通讯机通讯上来的直流系统信息等数据经过PLC处理后组包通过以太网发往厂站层。将机组有功和全厂总有功通过4-20mA模拟量输出给调度。

（2）安全运行监视

与厂站层配合，实现安全监视，主要包括实时状态监视等。

（3）通讯

与直流系统的通讯，RS-485接线方式，通讯规约ModbusRTU。

2.3 地下公用LCU功能

地下公用LCU布置在发电机层厂房配电室内，监控对象为厂房UPS电源系统、厂房直流电源系统、厂房消防系统、技术滤水器、中空压机、低空压机、检修排水泵、渗漏排水泵等。具体功能如下：

（1）数据采集和处理

由主PLC采集到的一般开关量、模拟量、数字量、PLC综合信息、模拟量通道状态等信息和由UC通讯机通讯上来的直流系统信息等数据经过PLC处理后组包通过以太网发往厂站层。

（2）安全运行监视

与厂站层配合，实现安全监视，主要包括实时状态监视等。

（3）通讯

与直流系统的通讯，RS-485接线方式，通讯规约ModbusRTU。

与空压机PLC通讯，MB+总线方式，设置peer coop。

与检修、渗漏排水PLC通讯，MB+总线方式，设置peercoop。

2.4 110kV开关站LCU功能

110 kV开关站LCU布置在110kV GIS室内，监控对象为110kV侧两条出线的开关和刀闸及其GIS系统、110kV侧母联开关和刀闸及其GIS系统等。具体功能如下：

（1）数据采集和处理

由主PLC采集到的有关一般开关量、模拟量、数字量、脉冲量、PLC综合信息、模拟量通道状态数据信息经过PLC处理后组包通过以太网发往厂站层。

（2）安全运行监视

与厂站层配合，实现安全监视，主要包括实时状态监视等。

（3）控制与调节

接收厂站层和现地触摸屏命令进行控制与调节，包括坂面1线111开关，坂面1线1111隔刀，坂面1线1113隔刀，水街线112开关，水街线1121隔刀，水街线1123隔刀，联络变11C开关，联络变11C1隔刀等。

2.5 220kV开关站LCU功能

220 kV开关站LCU布置在220kV GIS室内，监控对象为220kV侧三条出线的开关和刀闸及其GIS系统、220kV侧母联开关和刀闸及其GIS系统等。具体功能如下：

（1）数据采集和处理

由主PLC采集到的有关一般开关量、模拟量、数字量、脉冲量、PLC综合信息、模拟量通道状态等数据信息经过PLC处理后组包通过以太网发往厂站层。

（2）安全运行监视

与厂站层配合，实现安全监视，主要包括实时状态监视等。

（3）控制与调节

接收厂站层和现地触摸屏命令进行控制与调节，包括街富1路211开关，街富1路2111隔刀，街富1路2113隔刀，街富2路211开关，街富2路2121隔刀，街富2路2123隔刀，母联21M开关，母联21M1隔刀，母联21M2隔刀，联络变21C开关，联络变21C1隔刀，1号主变21A开关，1号主变21A1隔刀，1号主变21A3隔刀，2号主变21B开关，2号主变21B1隔刀，2号主变21B3隔刀等。