信東河二級電站改造工程微機綜合自動化應用
興寧市水電管理處
王國洪2023年 5 月 6 日
信東河二級電站改造工程微機綜合自動化應用
興寧市水電管處王國洪
摘要：信東河水電站計算機監控系統的設計、配置、功能及特點，**了微機綜合自動化技術在中小型水電站的應用，以實現電站的遙控、遙調、遙信和遙測等遠動功能。從而達到電站的少人值守的目的。
關鍵詞：微機綜合自動化系統配置監控功能
1 前言
二十一世紀是資訊時代，隨著科學技術的不斷進步和自動化程度的日益提高，微機綜合自動化在電力生產中得到了廣泛的應用。經濟還比較落後，科技不甚發達，微機綜合自動化技術只在幾個大型水電站得到應用，而在中小型水電站的應用受到了制約。也於2023年12月改造微機投運併網發電，而該電站微機綜合自動化的應用，經過一年多的執行，已顯現出了其優越性，結合該電站的實際情況，現就微機綜合自動化在水電站的應用問題作一****。
2 電站概況
羅浮鎮位於興寧市的北部山區,距市區74公里,東江河上游的東部。地處東經115°34′,北緯24°31′。北與江西省尋鄔縣接壤,西及西南與龍川縣相接,東南與羅崗鎮相鄰。
設計水頭80m,最大水頭100m，裝機容量為3×500kw二級電站1500kw電站**機容，通過35kv輸電線路併入興寧電網。
3 計算機監控系統的配置
3.1 電站控制層配置
電站控制層裝置設在**控制室，由主機操作員工作站、通訊工作站、主控制台、語音報警裝置、ups電源等組成。
電站控制層負責協調和管理各現地控制層的工作；收集有關資訊並作相應處理和儲存；迅速、準確、有效地完成對本站被控物件的安全監視和控制。操作員可以在主控制室通過人機介面對資料庫和畫面**修改，進行人工設定、設定監控狀態、修改限值、事故處理指導和恢復操作指導等功能，並可下傳至lcu。監控命令輸出只有監控主機取得控制權的工作執行，作為另一台工作站只作監測、資料通訊而無控制輸出，兩機可互相跟蹤，系統軟體根據監控主機的執行和通訊、硬體、軟體等狀態，進行跟蹤判別，一旦出現異常，系統自動給出切換訊號，由另一台工作站代替主機的工作，同時給出主機故障提示，主機修復啟動後，自動監測轉到主機並將資料輸入，並重新處於監控狀態。
3.2 現地控制層（lcu）配置
現地控制層分機組lcu和公共lcu兩部分，由人機介面終端（液晶觸控螢幕）、智慧型i/o控制器、i/o模組、輸出繼電器、準同期裝置、溫度測量裝置、轉速訊號測量裝置、數字式測量儀表和交直流雙供電源等裝置組成。
機組lcu監控範圍包括水輪機、發電機、進水口主閥和機組附屬裝置。現地控制層負責對水輪發電機組、電氣一次裝置及公用裝置等實時監控，通過工業以太網路實現各現地控制層與全站控制層連線交換資訊，實現現地裝置的監控及資料共享。當電站控制層因故退出執行時，現地控制層可以獨立執行而不受影響。
微機保護裝置、轉速、溫度巡檢、調速器、勵磁系統等裝置通過現地lcu與乙太網聯接，實現相應引數的監視和控制。部分沒有通訊介面的裝置則通過現地控制單元的i/0模組實現裝置的控制和狀態檢測。
3.3 通訊網路及裝置配置
網路結構形式採用工業乙太網，網路通訊介質為多模光纖和遮蔽雙交電纜線。網路傳輸採用modbus協議，網路傳輸速率為9600mbit/s，節點數可達340個，網路上的任一節點可以實時向網路上其它節點和網路上傳送資訊，某一節點故障，自動從網路上退出，不影響網路上的其它節點傳輸資訊。
網路系統完成電站控制層各工作站之間和來自現地控制層（lcu）的全部資料的傳輸和各種訪問請求。其網路協議符合國際標準化組織osi模型。具有良好的開放性。
計算機監控系統不會因任何乙個元器件發生故障而引起系統的誤操作。網路成熟可靠，符合國際標準。
3.4 系統軟體配置
(1) 系統軟體：採用中文版的美國微軟windows nt 軟體，具有良好的實時性、穩定性、可靠性，nt系統管理保密性好。用於作業系統，它管理整個計算機系統的所有資源，包括cpu、儲存器、外部裝置等，提供其它軟體與系統資源的介面，是其它軟體執行的環境。
(2) 應用軟體：採用fix7.0開發軟體、3d圖形軟體和plc程式設計軟體，用於程式的編輯、編譯、軟體連線等。
具有良好的人機介面和全開放特性。它是可以執行多種通訊協議的監控軟體，與網上有不同通訊協議的裝置交換資料，其資料庫生成、監控畫面、控制流程、報表等配置靈活，使用和維護方便。
3.5 繼電保護系統的配置
採用美國abb公司生產的微機綜合繼電保護裝置。發電機、變壓器和線路保護裝置均有8個開關量輸入和7個開關量輸出，乙個用於變化自檢的轉換接點輸出。輸入與輸出可以邏輯程式設計用於控制斷路器的分合閘或者發訊號。
有多種通訊協議可供選擇，abb2000r型微機保護選用modbus plus通訊協議，可以通過該協議向系統傳送和儲存保護內測量記錄的資料。
保護的配置整定：對於保護裝置的使用，首先要進行配置整定，輸入相關引數，保護裝置通過這些引數進行保護功能和測量功能的計算，配置整定可以通過前面板的mmi或者ecp軟體進行操作。
微機保護裝置還有故障錄波，故障、執行和操作記錄，測量等功能。接入保護裝置的輸入訊號和保護裝置內所有資料都有資料可能通過網路介面傳送到網路上的其它裝置內。
4 計算機監控的功能
4.1 監控畫面功能
（1）電氣主接線狀態畫面
畫面顯示電氣主接線所有開關的狀態，發電機出口的電氣和勵磁引數，主變壓器高、低壓側的電氣引數，35kv線路出口的電氣引數，6kv 和35kv母線的電氣引數，廠用變壓器的電氣引數，電氣主接線上所有開關的分、合閘操作按鈕狀態。主接線的執行狀態和操作均在該畫面上進行。當執行引數超出正常範圍或開關跳閘時，相應的數值和開關顏色變化，語音裝置報警。
（2）機組工藝系統狀態畫面
畫面顯示機組及其氣、水、油等主要裝置的狀態引數，主要裝置的操作按鈕。當氣、水、油等引數超出正常範圍或裝置故障時，相應的數值和裝置圖形顏色變化，語音裝置報警。
（3）監控系統執行狀態畫面
畫面顯示監控系統繼電保護、plc和測量裝置的工作狀態和引數。
（4）電站所有需要監測的各種引數的實時和歷史曲線圖、棒型圖畫面。
（5）各種執行和管理報表及**畫面。
（6）電站的平面圖、動畫等顯示。
4.2 遠動功能
由監控系統的主工作站實現，並留有擴充套件能力。需要向電力系統排程機關傳送和接收資料，實現排程機關對本電站的遙測、遙信、遙控和遙調，實時接收排程命令，向排程機關傳送水電站實時執行工況、執行引數等資訊。
4.3 資料採集和處理功能
（1）電站控制層：自動實時採集和處理來自各現地控制層及排程系統的資料。主要包括：
機組、主變、母線、35kv線路、廠用電、調壓井閘門及全廠公用系統的電氣模擬量、非電氣模擬量、脈衝量、開關量的採集，對這些資料進行處理，包括越限處理、報警處理及事故追憶處理，處理後的資料以一定的格式存入實時資料庫，形成實時資料庫和歷史資料庫，以備系統呼叫和隨時查詢，並對監視的模擬量、開關量、脈衝量進行統計分析計算（含變位、越限等）作為歷史資料存入歷史資料庫，並作為報表輸出的主要資料**。當出現異常事件記錄和出現事故時，計算機監控系統根據目前的情況自動作出處理。
（2）機組現地層lcu：自動實時採集和處理發電機、水輪機、勵磁及調速裝置、機組附屬裝置的電氣模擬量、非電氣模擬量、脈衝量、開關量，主要裝置執行工況診斷處理，並以一定的格式存入實時資料庫，對各類資訊進行資料封裝後存放在現地控制單元的儲存單元中，並上傳電站控制層。
①直接採集的訊號有：
電氣量：發電機定子電壓、電流，勵磁電流、電壓、頻率、有功功率、無功功率和功率因數等。
開關量：發電機斷路器位置、繼電保護電氣事故訊號、故障分類訊號；勵磁系統工作方式設定、滅磁開關位置、故障訊號；調速器工作方式設定、故障訊號；油壓裝置壓力、油位訊號；油幫浦執行方式、設定訊號、執行狀態訊號；機組各溫度訊號、轉速位置訊號、導葉開度位置訊號、接力器鎖錠投切訊號、制動閘塊位置訊號、制動氣壓位置訊號、剪斷銷剪斷訊號、油槽油位訊號；進水口閥門位置訊號、機組冷卻水訊號；水機保護動作訊號等。
脈衝量：發電機有功電能、無功電能等。
②通訊採集的訊號資料有：
機組各部位溫度、測溫電阻斷線及裝置故障，以及有關機組軸溫溫度訊號和控制、狀態和報警資訊。勵磁系統、調速器系統、同期系統、發電機及主變和線路微機保護裝置的通訊。
4.4 綜合引數統計、計算與分析功能
計算機監控系統根據實時採集到的資料進行週期、定時或召喚計算與分析，形成計算資料庫與歷史資料庫，幫助執行人員對電廠裝置的執行進行全面監視與綜合管理，可及時發現故障徵兆，提高機組執行的安全性。對現成的計算資料列出作為實時資料處理，存入相應的實時資料庫和歷史資料庫，進行越限報警、啟動相關處理程式等操作。
（1）溫度量分析計算
lcu週期獲得溫度測量裝置採集的溫度資料，進行預處理，並作計算後將資料存入lcu資料庫，實現全系統資料共享，可顯示、製表列印。
①溫度最高值、最低值：溫度畫面的實時值現示和歷史曲線現示。②溫度變化趨勢分析：
實時和歷史變化曲線。③溫度越限追憶記錄：歷史變化曲線。
④正常值與實測值的比較分析：溫度畫面中溫度現示值變色，正常溫度為白色、報警溫度為紅色、停機溫度為黃色。
（2）電量累積計算
計算機監控系統對全廠有功電度量、無功電度量進行週期分項分時累加，並存入資料庫，供顯示並製表列印。
①單台發電機的發電有功、無功電量累加。②單回送電線路的送電有、無功電量累加。③全廠發電機總發電量累加，全廠線路總送電量累加。④全廠總廠用電量累加。
（3）裝置執行統計計算
對機組、斷路器、機組油壓裝置等重要動力裝置，以及間歇執行的輔助裝置的執行工況（包括啟動次資料、執行時間、間歇時間等）進行統計，對繼電保護及自動裝置動作情況進行統計。
4.5 定值管理功能
計算機監控系統對所有定值作統計，定值修改、變更情況統計，並存入資料庫，以備查詢。
4.6 生產報表功能
計算機監控系統進行電氣量引數報表，非電氣化量引數報表，溫度、日發電量、廠用電量統計報表，生產綜合統計報表等。
4.7 安全執行監視及事件報警功能
（1）主要裝置安全執行實時監視
，包括狀態變化監視、越限檢查、過程監視、歷史趨勢分析和監控系統異常監視。
①越限檢查：主要針對主機定子電流、油溫、冷卻水壓力、定子線圈和鐵心的溫度計及其它被監視引數，檢查裝置異常狀態並發出報警。
②過程監視：監視機組開停機條件、開停機程序、狀態轉換過程的順序及轉換時間等，並上送至電站控制層。監視機組各種執行工況的轉換過程所需要的操作步驟，在發生過程阻滯時，顯示阻滯原因，並由機組現地控制單元將機組轉換到安全狀態。
（如開機、停機、冷卻水狀況等）
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