老江底水电站计算机监控系统设计

邱春华

(贵州省水利水电勘测设计研究院,贵阳 550002)

1 概况

老江底水电站位于贵州省和云南省交界黄泥河上,在南方电网公司属鲁布革水电厂上游18.8km处,位于贵州省兴义市雄武乡补作村,为黄泥河梯级开发的第六级,开发目标为单一发电。离贵州省兴义市50km,云南省罗平县100km,公路为山区四级公路,对外交通方便。

黄泥河老江底水电站水库调节性能为日调节,电站建成之后采用 “无人值班、少人值守”的计算机监控运行方式。电站在电力系统中主要担任基荷及腰荷。电站水轮发电机组将只作发电运行,不作调相运行。

老江底水电站厂房为引水式地面厂房,引水发电系统为 “一管两机”布置形式。电站设计水头58.5m,最大水头为65m,最小水头为40m,总装机容量2×50MW,年利用小时数为4180h。

2 计算机监控系统设计

计算机监控系统设计时在软、硬件上充分考虑系统容错功能,遵循现地优先的原则,在紧急情况下,保证现地操作的优先性,当单个元器件损坏或故障时不会造成系统误动,在系统失电或电源恢复时,不会误动作,确保设备安全运行。

2.1 上位机监控系统设计

老江底水电站计算机监控系统采用某公司基于Windows操作系统跨平台的全分布开放系统结构、EC2000监控系统软件。

其中上位机部分包括2套主控级计算机兼操作员工作站,1套工程师兼培训工作站和1套通讯工作站,均采用XW4300型工作站。此工作站中采用EM64T型CPU。该CPU是在原32位CPU的基础上一次革新。EM64T型CPU具有向下兼容的性能,在安装有EM64T型CPU的计算机中,既可以安装32位操作系统,也可以安装64位操作系统,从而可以进行更大范围的整数运算,可以支持更大的内存。上位机系统另外还包括两台A3幅面汉字激光打印机,完成监控系统的各种打印服务功能,打印方式以召唤打印为主,定时打印为辅。

上位机系统还配套提供了1套GPS卫星时钟同步系统、1套网络交换机、1套UPS不间断电源和1台一台移动式MMI机IBM笔记本电脑。其中GPS卫星时钟同步系统对监控系统的主站级计算机和各现地控制单元 (LCU)进行时钟同步,具有4个串口 (2个 RS232,2个 RS485)、1路1PPS、1路1PPM。通过串口方式向厂级管理工作站传送时钟信息,通过向SJ-18型同步信号扩展装置,将1PPM扩展,并向各台 LCU的SOE模件发送时钟同步数据。主交换机放置在计算机房内,交换机采用模块化设计,支持分布式管理和交换引擎,支持热插拔,便于在线维护,备有2个备用插槽;交换机同时支持多光口、电口混合连接,避免使用光纤收发器,减少了网络故障点。网络采用单星型网络结构,通过光缆与各个现地LCU中的光纤收发器相连,再与各个PLC中的以太网接口连接。一套6KVA/1小时,双机热备冗余不间断电源系统 (UPS),为主站级所有设备及共它系统的设备供电,提高系统电源的可靠性,另有1台移动式笔记本电脑,用于调试和编程。

2.2 下位机监控系统设计

下位机系统采用SJ-600系列单元监控装置,共5套:机组LCU 2套、开关站LCU 1套 (含主变压器监控)、公用设备LCU 1套、坝区LCU 1套。

LCU主要完成对被监控设备的就地数据的采集及监控功能。所有LCU柜采用12.1"TFT液晶触摸屏作为现地人机接口,能保证当它与主站级系统脱离后仍然能在当地实现对有关设备的监视和控制功能。当其与主站级恢复联系后又能自动地服从主站级系统的控制和管理。LCU的组成分别叙述如下。

2.2.1 可编程逻辑控制器 (PLC)

采用Unity Quantum PLC系统。该PLC配置和安装简易,结构紧凑,功能强大,方便的系统和模块自诊断能力,极易故障排除,能电站满足各种复杂、高速的控制要求,全部模块采用标准化模件,支持带电拔插功能,并且开关量输出模块具有故障可预定义功能。

所有控制流程都放在PLC中,保证了上位机或网络故障时LCU仍能正常工作。

2.2.2 智能通信管理装置

因Unity Quantum系列PLC无智能多串口通讯装置,设计专为机组、开关站、公用及坝区LCU增加配置了智能通信管理装置SJ-30,用于实现机组LCU与微机励磁、微机调速、机组保护装置及其他微机装置等通信;实现开关站LCU与保护设备等装置通信;实现公用设备LCU与公用系统设备、直流系统等设备通信;坝区LCU与坝区闸门控制装置等设备通信。

2.2.3 彩色液晶触摸显示屏及智能电量综合采集装置

所有LCU采用12.1"彩色液晶触摸显示屏作为LCU的当地人机接口,该触摸屏尺寸,TFT真彩,256色,带以太网口。

监控系统配置了EV390型0.5级三相网络电力仪表,用于交流量的采集。EV300系列三相网络电力仪表可测量电压、电流、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、频率、有功电度。有六路开关量输入用于监视开关状态,两路继电器输出用于控制开关,两路模拟量输出用于DCS系统或工业监控设备。EV300仪表将精确测量、智能化多功能和简单人机界面结合在一起。所有的数据都可以通过RS485通讯口,用Modbus RT U通讯协议读出。

老江底水电站每套机组LCU配一套交流采样装置,负责每台机组的电量测量;开关站公用LCU共配置8套交流采样装置。

2.2.4 同期装置

监控系统为每套机组LCU配置一台SJ-12C型单对象双微机自动准同期装置,为开关站LCU配置一台SJ-12C型多对象双微机自动准同期装置。

SJ-12C型多对象双微机自动准同期装置具有以下主要特点。

(1)双微机系统间互相独立,具备很高的可靠性、集成度高、元件少,采用现代控制理论对合闸相角差进行预测控制,对被同期对象的电压、频率实行变参数调节,既提高同期精度,也同时提高了并网速度。

(2)装置可支持多达16个同期对象,每个对象可以设置成机组型的开关对象或输电线路型的开关对象,本电站开关站同期点5个,分别时1#、2#主变高压侧断路器各1个,110kVY输电线1Y、2Y断路器各1个,预留3Y输电线断路器1个,同期装置完全能满足同期回路数要求。(3)每个对象的同期参数可以分别设定,互相之间没有任何联系。

(4)支持对开关两侧电压进行相角补偿、电压补偿。

(5)装置的所有参数全部采用数字式整定,自动校正零点和线性,方便装置的运行和维护。全汉字菜单界面,清晰直观,操作简便。

2.2.5 交直流双供电

LCU采用交直流双供电,任何一路电源故障不影响LCU的正常运,所选择的交直流双供电部件输入侧带有隔离变压,提高了供电系统的安全性,比只采用一块直流开关电源、一块交流开关电源的双供电方式可靠。

2.3 公用控制系统设计

公用被控系统包括渗漏排水系统、检修排水系统、压缩空气系统、技术供水及。机组漏油箱系统。

各个辅机控制单元配置独立的PLC控制系统,完成辅机系统的数据采集、电厂辅机设备的控制及设备的调节与控制 (包括顺控)。进行全厂辅机设备的闭环控制与调节,保证全厂发电运行可靠。控制器不仅实时性指标要高,还应有相当高的可靠性。

从系统的可靠性、方便维护及备品备件的通用性考虑,老江底水电站公用控制系统采用SJ-500现地控制单元,其中PLC采用schneider-electric的Unity Premium系列,CPU选用TSXP57103M。

另外根据机组辅助设备及公用设备起动控制系统的要求,20kW以上电机启动控制装置选用ATS-48系列软启动器及配套接触器、断路器等设备;20kW以下电机控制装置选用电机启动设备带热保护空气断路器、接触器和热过载继电器等。

老江底水电站计算机监控系统结构如图1所示。

图1 老江底水电站计算机监控系统结构图

3 计算机监控系统设计注意事项

设计贯穿前期关键点控制至建设过程控制整个阶段。通过对本电站的设计、咨询及配合工作,笔者深切认识到在今后水电站计算机监控系统的设计中应注意以下几点。

(1)纵向到底 计算机监控系统设计不仅需要密切与主机、辅机、开关及监控厂家等相关供货单位工作员进行技术交流,还应积极配合建设单位做好合同控制工作,分清各供货商供货界面,明确设计工作面,统一功能接口。工程施工时设计应与施工、调试、监理及建设单位技术员充分沟通,根据实际情况适时优化调整设计方案。

(2)横向到边 水电站计算机监控系统设计应加强与水机、水工、金结、水情测报及通讯等相关专业的技术交流,避免 “单打独斗”,尤其要注意处理专业交叉工作面,明确各自责任,遇到问题不互相推诿。

(3)未雨缪绸 电站接入系统资料及审查文件等设计依据应尽早拿到,避免设计反复,统筹设计质量和设计进度齐头并进。

(4)以人为本设计充分考虑施工、调试及运行人员的工作特点,将系统安全工程及人机工程学知识贯穿于设计的整个过程,以科学发展观指导工程设计。

(5)协作互助 监控点表与设计图纸宜共同提供给建设单位,供调试单位现场核对;监控厂家出厂调试时应主动与该厂工程部门及时进行衔接,并注意与设计单位提供的图纸定义相统一。

(6)节能降耗设计推广节能低耗环保型产品,对于GIS(六氟化硫全封闭组合式电气)开关站监控系统,可向GIS生产厂家提出智能化控制要求,一些不重要的信号通过网络传给上位机系统,减少电缆用量,加快安装调试进度。

4 结论

贵州兴义老江底水电站于2008年10月两台机组全部并网发电,现阶段发电量主要送往贵州兴义地方,目前监控系统运行正常。

[1]贵州兴义老江底水电站设计报告

[2]南京南瑞自动控制有限公司技术资料

[3]水电厂计算机监控系统基本技术条件DL/T578-95

[4]水力发电厂自动化设计技术规范DL/T 5081-1997

[5]不间断电源设备GB7260