水電是電力生產(chǎn)的第二大組成部分,相對(duì)于火電而言,水能是可再生能源,具有環(huán)保效益高、無(wú)有害氣體、煙塵和灰渣,發(fā)電效率高、發(fā)電成本低廉等方面的優(yōu)勢(shì),是理想的發(fā)電模式。
作為水電站信息化、自動(dòng)化基礎(chǔ)的水電站自動(dòng)控制系統(tǒng)在整個(gè)水力發(fā)電廠的生產(chǎn)運(yùn)行中起著十分重要的作用。基于和利時(shí)公司HOLLiAS LK系列PLC的水電廠監(jiān)控系統(tǒng)采用高性能、高可靠性的控制器,結(jié)合高速以太網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)組成大型分布式控制系統(tǒng),具有配置靈活、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便的特點(diǎn),適用于新建水電站的監(jiān)控、已建水電站的監(jiān)控技術(shù)改造及梯級(jí)水電站調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)
根據(jù)控制對(duì)象,水電站自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要包括水輪發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)、開(kāi)關(guān)站控制系統(tǒng)、水電站公用設(shè)備控制系統(tǒng)、水電站閘門(mén)自動(dòng)控制系統(tǒng)等。通過(guò)開(kāi)放、模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)對(duì)水電站生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)視、采集、控制和調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組、變壓器、線路等電氣設(shè)備及全廠油、氣、水系統(tǒng)等輔機(jī)的監(jiān)控和保護(hù)功能。
基于和利時(shí)HOLLiAS LK系列PLC的水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)完整的基于高速工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)和現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的分布式水電站實(shí)時(shí)過(guò)程控制系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為三層結(jié)構(gòu):
站級(jí)監(jiān)控層:包括主備服務(wù)器、操作員工作站、工程師工作站、通訊處理機(jī)、打印服務(wù)器等設(shè)備;
通訊層:起著間隔層與站級(jí)監(jiān)控層的橋梁作用,為下發(fā)命令與上傳數(shù)據(jù)的匯集點(diǎn);
間隔層;間隔層負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)并執(zhí)行后臺(tái)發(fā)出的遙控、遙調(diào)命令,主要有機(jī)組現(xiàn)地控制單元(LCU)、公用現(xiàn)地控制單元(LCU)、開(kāi)關(guān)站現(xiàn)地控制單元(LCU)、前置通訊機(jī)等設(shè)備構(gòu)成。
另外,水電站自動(dòng)化系統(tǒng)還配備了GPS時(shí)鐘同步裝置、中文語(yǔ)音報(bào)警裝置、不間斷電源(UPS)、大屏幕投影儀、遠(yuǎn)程監(jiān)視終端、操作員控制臺(tái)等設(shè)備,用戶可根據(jù)水電廠實(shí)際監(jiān)控功能的需求情況,進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較,選用性能價(jià)格比優(yōu)越的配置方案。
系統(tǒng)功能
系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)采集水電站主要設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、參數(shù),對(duì)電站各控制點(diǎn)和監(jiān)視點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)安全檢測(cè)、越限報(bào)警、事件順序記錄(SOE)、事故故障原因分析、事故語(yǔ)音報(bào)警等功能。本系統(tǒng)方案可以實(shí)現(xiàn)站內(nèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、自動(dòng)發(fā)電控制和自動(dòng)電壓控制,實(shí)現(xiàn)水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)順序起停控制、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)等重要電氣設(shè)備的投切操作以及其他自動(dòng)控制功能。同時(shí),可以實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)調(diào)聯(lián)網(wǎng),接受調(diào)度指令,由電站的監(jiān)控系統(tǒng)完成閉環(huán)自動(dòng)控制功能。監(jiān)控系統(tǒng)作為整個(gè)電廠的控制核心,除完成電廠的監(jiān)控功能外,還擔(dān)負(fù)著網(wǎng)調(diào)以及水情測(cè)報(bào)、工業(yè)電視等系統(tǒng)的通訊功能。
上位監(jiān)控功能
系統(tǒng)上位機(jī)能自動(dòng)完成水電站實(shí)時(shí)狀態(tài)的采集與處理、實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)的采集與處理、監(jiān)控、對(duì)被控對(duì)象運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)、報(bào)警及事故記錄、順序事件記錄、遙控記錄、電站歷史數(shù)據(jù)狀態(tài)的查詢、報(bào)表處理與打印、事故追憶、計(jì)算統(tǒng)計(jì)、實(shí)時(shí)顯示電站設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)、語(yǔ)音報(bào)警等功能;能直接與同步裝置通訊并讀取時(shí)鐘值,對(duì)全站各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行整點(diǎn)自動(dòng)校時(shí),使整個(gè)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的時(shí)鐘保持一致,保證事故追憶的準(zhǔn)確性;能按水位或給定有功無(wú)功負(fù)荷曲線運(yùn)行;能與電力調(diào)度中心進(jìn)行通信,完成電站與電力調(diào)度通信功能。
數(shù)據(jù)管理
系統(tǒng)上位機(jī)可對(duì)當(dāng)?shù)乜刂茊卧杉鱽?lái)的各種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)如模擬量(機(jī)組、主變和線路的U、I、F、P、Q、cosφ、電度、油氣水壓力等)、開(kāi)關(guān)量(斷路器位置、事故信號(hào)、工作狀態(tài)信號(hào)等)、溫度等各種物理量,分別進(jìn)行數(shù)字濾波及工程單位換算、邏輯正確性判斷等處理,然后將其分為遙測(cè)量(YC)、遙信量(YX)、電度量(YM)等數(shù)據(jù),放入相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)文件中,以供不同的畫(huà)面用于實(shí)時(shí)顯示、事件和操作的提示;系統(tǒng)軟件的掃描模塊定時(shí)對(duì)畫(huà)面的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)刷新,并在每個(gè)整點(diǎn)時(shí)刻將所接收的所有數(shù)據(jù)存入硬盤(pán)保存。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),每天將在上位機(jī)的硬盤(pán)上留下帶有日期的數(shù)據(jù)文件,這些數(shù)據(jù)文件將存入歷史數(shù)據(jù)庫(kù),用于運(yùn)行參數(shù)、狀態(tài)的查詢。數(shù)據(jù)量可達(dá)10年或根據(jù)用戶的要求確定。
動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)控制調(diào)節(jié)
系統(tǒng)可根據(jù)水庫(kù)水位和一定的數(shù)學(xué)模型計(jì)算出發(fā)電機(jī)的最佳出力,并將該數(shù)據(jù)和命令一起送給當(dāng)?shù)貑卧划?dāng)?shù)貑卧鶕?jù)收到的數(shù)據(jù)和命令自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的有功及無(wú)功出力至給定值,從而完成動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié);調(diào)節(jié)后系統(tǒng)將形成遙控量(YK)、遙調(diào)量(YT)數(shù)據(jù)文件,這些文件也帶有日期標(biāo)志,保存在硬盤(pán)上的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中用于查詢。
自動(dòng)發(fā)電運(yùn)行(AGC)
自動(dòng)調(diào)功運(yùn)行。調(diào)功方式直接控制機(jī)組,全廠總有功給定及全廠日負(fù)荷曲線給定三種方式運(yùn)行。在后兩種方式下,計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)廠內(nèi)AGC。
自動(dòng)機(jī)組起停控制。
自動(dòng)有功功率調(diào)節(jié)。
遙控操作
系統(tǒng)可對(duì)發(fā)電機(jī)開(kāi)停機(jī)、發(fā)電機(jī)斷路器、主變斷路器、線路斷路器、廠變斷路器等設(shè)備進(jìn)行遙控操作,并實(shí)時(shí)監(jiān)視遙控操作的整個(gè)過(guò)程。
事故故障報(bào)警及追憶
系統(tǒng)在水電站發(fā)生事故、故障時(shí),在顯示器上立即推出事故提示信息,將事故、故障發(fā)生的位置通知值班員;系統(tǒng)與當(dāng)?shù)乜刂茊卧狶CU能快速準(zhǔn)確地處理事故、故障,并自動(dòng)將事故前及事故后一段時(shí)間的有關(guān)數(shù)據(jù)和事故發(fā)生的時(shí)間記錄下來(lái),形成事故追憶記錄。事故追憶記錄能以數(shù)據(jù)和圖表的形式顯示和打印,供分析使用。
事件順序記錄
系統(tǒng)能將水電站所有設(shè)備發(fā)生的事件如各種越限及復(fù)限信號(hào)、事故信號(hào)、故障信號(hào)、遙控操作等具體內(nèi)容按一定的事件順序詳盡地記錄下來(lái),形成數(shù)據(jù)文件,以便于隨時(shí)查詢、打印。
事件趨勢(shì)記錄分析
系統(tǒng)能將水電站所有的溫度測(cè)點(diǎn)如定子溫度、軸承溫度、主變壓器油溫等參數(shù)進(jìn)行趨勢(shì)分析,當(dāng)溫度趨勢(shì)變化速率超過(guò)設(shè)定值時(shí)將發(fā)出告警信號(hào)。
系統(tǒng)還提供了定時(shí)打印、召喚打印、事故打印、屏幕打印等多種打印方式。利用上位機(jī)的打印功能,可隨時(shí)打印各種所需的信息。
系統(tǒng)自診斷
系統(tǒng)具有故障自檢及容錯(cuò)處理功能,并將自診斷報(bào)告錄入數(shù)據(jù)庫(kù)。監(jiān)控系統(tǒng)能自動(dòng)測(cè)試各個(gè)當(dāng)?shù)貑卧现悄茉O(shè)備和整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)的健康狀況,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題自動(dòng)屏蔽故障部位并報(bào)警;當(dāng)故障消除后能自動(dòng)消除屏蔽點(diǎn),具有自恢復(fù)及復(fù)執(zhí)功能,并支持遠(yuǎn)程診斷功能。