英布鲁水电站计算机监控系统设计要点

2011-07-24李秀丽

水利水电工程设计 2011年4期

李秀丽辛红胡楠

英布鲁水电站安装4台轴流转桨式水轮发电机组,单机容量30 MW,总容量120 MW,年发电量6.85亿kW◦h。机组为发变组单元接线,220 kV为单母线带进、出线旁路接线,3回出线,2回送至恩戈 (Ngo)变电站,1回备用。通过配套建设的220 kV输变电工程,将电力输送到首都布拉柴维尔及南方负荷中心。整个刚果 (布)电网的最大负荷在140 MW左右,加上现有的穆谷古鲁 (74 MW)水电站,朱埃 (15MW)电站,可以满足整个刚果(布)的用电需要。英布鲁水电站在刚果 (布)电网中承担基荷,并具有调峰、调频功能。

英布鲁水电站建成初期,与刚果(金)电网相连。刚果(金)电网容量为500～600 MW。此时英布鲁水电站主要用于调峰。目前刚果(布)南部电网220 kV输电线路还在修复期,如果刚果 (布)电网与刚果 (金)电网断开运行,则英布鲁电站主要送电至首都布拉柴维尔,并与南部电网脱开,形成孤网运行。

由于英布鲁水电站在电网中的重要作用,计算机监控系统在系统结构、硬件配置、控制功能等各方面均采取了相应的措施,以保证机组安全、稳定运行。

1 系统结构

英布鲁电站单台机容量约占刚果 (布)电网容量的25%,其作用非常重要,经与刚果业主协商,电站监控系统采用了可靠性很高的双环网网络结构,并配以国际上著名的德国Hirschman工业以太网交换机。该系统的最大特点是:

(1)带宽大,传输速度快。整体方案采用全双工100Mbps光纤以太环网,网络实际带宽达到200 Mbps；单向传送1个1 518字节大小的帧只需要120 μ s。

(2)双网结构中,相比双总线,双环网冗余度更高,可靠性更强。如果系统中环网光纤发生故障,环形结构将在小于500 ms时间内切换成具有全部传输能力的总线结构。

(3)工业以太网平台支持SNMP简单网管协议,具有实时的网络状态监视功能。通过网管软件与上位机软件的数据交换,将实时的网络状态数据和报警集成到上位机监控系统中,从而实现了系统对网络故障的实时报警和诊断功能。

网络结构图如图1。

2 硬件配置

计算机控制系统要能安全、可靠运行,其最基本控制单元必须要有好的硬件配置做基础,为此,电站的4套机组LCU、1套公用LCU及1套开关站LCU均选用高性能PLC,包括电源模块PSY3610M；CPU模块P573634M；以太网模块ETY4103；开入模块DEY32D2K；模入模块 AEY1600；开出模块DSY32T2K；测温模块AEY414；模出模块ASY800。同时,在电源配置上采用了交直流双供24 V电源,以保证交直流任何一路有电LCU均能安全运行。此外,事故停机回路也采用了双重控制方式,一种为PLC控制,一种用常规继电器控制,以保证机组在任何时候均能可靠停机。

上位机配置了数据处理及运算功能很强的SUN2500操作员站2台,工程师站1台,HPML110工作站2台,鉴于目前刚果 (布)电网较弱,还没有形成规模,所以对外、对内系统通信共用1台HP4200通信服务器,将来视发展规模可以扩充。

3 调节功能

英布鲁电站接入系统分为2种,其一接至刚果(布)电网与刚果 (金)电网相连的大电网,其二接至刚果 (布)电网后,刚果 (布)电网脱离刚果(金)电网孤网运行。

图1 网络结构图

英布鲁电站在上述2种接入系统方式中,机组的运行方式是不同的。当刚果 (布)电网与刚果(金)电网相连时,由于电网容量较大,英布鲁电站并网后的主要作用为有功功率、无功功率调节。由调度员给定英布鲁电站应发的有功功率总量,计算机监控系统通过最优负荷计算后,给出每台机的设定值,此时调速器按目标值调节使机组输出相应的有功功率,励磁可按调度员要求采用恒无功功率调节方式或恒功率因数调节方式维持机端电压。当刚果 (布)电网孤网运行时,英布鲁电站的机组同期后,机组进入负载运行方式,作为基荷机组也要承担调频任务,以保证系统的安全运行。调速器控制系统在保证有功出力的同时,根据电网频率变化随时调整控制模式。当电网频率正常时,调速系统处于开度或功率调节模式保持恒定出力；当电网频率超差时,切换到频率调节模式进入调频方式运行。在选取适宜的永态转差系数bp及比例增益Kp参数后,使调速器能对网频变化作出灵敏的反应。英布鲁电站接入刚果 (布)、刚果 (金)相连的大电网及接入刚果 (布)孤网时,调速器的调节框图如图2、3。

4 监控系统控制功能

(1)监控系统的主控级具有 “开环控制”和“闭环控制”方式。在开环控制方式下,中控室运行人员可通过操作员工作站的人机界面手动输入控制命令或设定调节参数的给定值,对被控对象 (机组、断路器等)进行控制和调节；对于水轮发电机组,可通过操作员工作站的人机界面干预开/停机过程。在闭环控制方式下,可根据设定的条件实现自动开/停机。主控级可以实现AGC(自动发电控制)、AVC(自动电压控制)等自动控制功能。

(2)监控系统、调速器及励磁系统之间功能划分明确,又有效配合。机组的开/停机控制及最优负荷分配由监控系统完成,有功功率及频率调节由调速器完成,无功功率及电压调节由励磁系统完成。

(3)机组LCU的现地控制功能分为 “连续”(亦称 “现地自动”)和 “分步”两种操作方式。在连续操作方式下,运行人员通过LCU的人机界面手动发出开/停机命令后,LCU连续执行开/停机程序,完成相应的操作。在分步操作方式下,LCU根据运行人员的手动命令分步执行开/停机程序,逐步完成相应的操作。为便于运行人员进行机旁操作时对事故情况采取紧急措施,机组LCU盘上设有紧急停机按钮和机组进水口事故闸门紧急关闭按钮。