新疆鐵門關水電站計算機監控系統改造設計

1機組容量預測新疆鐵門關水電站位于哈薩克斯坦自治省巴音郭楞、新疆庫爾勒市以北的孔雀河上，距庫爾勒市8公里。鐵門關水電站裝機規模4×8750kW+1×10000kW。其中,1～4號機組單機容量8750kW,于60、70年代先后建成投產發電,5號機組單機容量10000kW,于2000年,投產發電。該站5臺機組均為立式混流式水輪發電機組:4臺主變壓器,110kV母線為六角形接線,35kV母線為單母線分段,電站總裝機容量45000kW,110kV出線2回,35kV出線2回,是巴州電網的主力電站之一,在電網中主要擔任調頻、調峰及事故備用等作用。2自動轉換開始準備2.1調節控制靈敏度差該站1～4號機組投產于60、70年代,實施自動化改造前,技術落后、設備陳舊、故障率高。機組勵磁系統采用勵磁機與勵磁調節器相結合的勵磁方式,設備嚴重老化,因為調節器故障影響開機的現象時有發生;機組調速系統采用T-100機械液壓調速器,由于設備使用年限較長,機械結合部位磨損嚴重,系統死區大,調節控制靈敏度差;水能動力系統除蝶閥操作采用液壓閥以外,其余均采用手動閥門,工人勞動強度高,工作效率低;機組監測表計全部為常規表計;機組的監視控制必須有多人同時值班為完成。2.2機組勵磁和轉速系統針對機組自動控制部分存在的問題,電廠相繼實施了機組勵磁系統的改造和調速系統的改造。機組勵磁系統:采用微機可控硅勵磁系統代替了原來的勵磁機;機組調速系統:采用步進式微機調速器代替了老式的機械液壓調速器。這兩套系統的改造,不僅提高了設備的技術水平和健康水平,同時為電站實施計算機監控系統改造奠定了堅實的基礎。3計算機監控系統隨著計算機技術的發展,計算機的可靠性、穩定性都已經達到比較高的水平,特別是工業控制機適應現場環境的能力很強,而且價格也比較低,經濟性越來越明顯。另一方面,國內水電廠計算機監控技術也經歷了集中監控到現在廣泛采用的國際通用全開放、分層分布式控制系統,而且計算機監控系統的技術已經成熟,產品基本定型。應該說,水電廠計算機監技術的實用性、可行性、可靠性、經濟性已經在許多電廠的運行實踐中得到了證明,外界技術條件已經具備。同時,近幾年電站在設備改造過程中非常注意技術方案、設備選型的先進性和對將來改造的可適應性,對主要輔助設備全部采用國內先進技術和產品進行了改造,現場也具備了監控改造的必要條件。另一方面,由于該廠開停機頻繁,運行方式復雜,加之設備分散,控制操作較多,要保證電站安全經濟運行,要實現“無人值班”(少人值守),就必須有一套性能良好,功能齊備的計算機監控系統。4自動化系統配置安全設計根據國內水電站計算機監控系統的控制模式和應用經驗,鐵門關電站計算機監控系統采取以下設計原則:考虎到資金的投入和電廠職工隊伍的技術水平,整個電站綜合自動化按以計算機監控為主的指導思想進行總體設計和系統配置,充分考慮和保證計算機監控系統與常規二次設備協調配合的良好性能。監控系統的整體可靠性要保證任何部件故障不能影響電站機電設備的正常運行,任何部件故障不影響監控系統整體和其他部件正常工作,監控系統應有詳細的故障記錄和自診斷功能,使整個控制系統達到:安全、可靠、方便、實用。監控系統設計滿足《水電廠計算機監控系統設備基本技術規范》要求,系統功能按滿足“無人值班”(少人值守)原則進行總體設計。4.1計算機監控系統的監視器區域(1)水輪發電機組、變壓器及其輔助設備;(2)主開關及隔離刀閘設備;(3)公用輔助設備和與公用系統設備。4.2應用程序報警系統(1)對全廠設備實現自動監視與記錄。由監控系統自動完成全廠設備(包括消防裝置)的數據采集與處理,對設備運行進行自動監視與記錄。包括狀態信息監視,模擬量信息監視,故障/事故報警記錄與顯示,趨勢記錄,重要故障和事故的語音報警。(2)實現全廠AGC、AVC的自動控制。(3)對電站設備實現智能控制和功率調節。按生產調度要求或根據電站運行方式要求,對電站設備進行智能控制操作和調節,包括機組的正常開停機、事故自動與緊急停機、機組有功/無功調節、斷路器操作、機組設備自動控制及公用設備自動控制操作等。(4)實現電站運行管理的自動化。包括運行報告和報表的自動/手動生成、顯示及打印、運行操作指導顯示、運行人員登錄/注銷等。(5)實現遠方控制、監視、管理。(6)實現數據及信息資源共享。5計算機監控系統的結構和配置5.1催化劑和監控系統鐵門關水電站計算機監控系統采用符合國際標準的開放式環境下全分布模式,并分為上位機和現地下位機兩層。兩層之間采用100m快速光纖以太網總線,具有較高的傳輸速率和良好的抗電磁干擾能力。上位機系統設備包括用于監視和操作并兼做主機的操作員工作站2套(Alpha500au工作站,21”彩色顯示器(1600×1200),雙屏顯示,Rru64UNIX操作系統)、用于系統運行維護和管理的工程師工作站1套(CompaqAP200,Tru64UNIX操作系統)、一個與調度自動化系統和電廠MIS系統(管理信息系統)通訊的通訊工作站兼語音報警工作站(HPVei8PIII/500,WINDOWSNT4.0操作系統)。配一套GPS作為系統內部上、下位機之間及與調度自動化系統同步的控制時鐘。下位機由每臺機組一個現地控制單元(LCU)和開關站、全廠公用設備公用的一個控制單元組成。每臺現地控制單元出一臺控機(CONTEC430P—體化工控機,WindowsNT4.0操作系統)、一臺可編程控制器(GE90-30)和相關的交流采樣裝置(ACM3300)、溫度巡檢儀(WXY-IV)、微機同期裝置(WX-98)組成。下位機系統各LCU通過多模光纖接入監控系統局域網,上位機系統各工作站通過屏蔽雙絞線接入監控系統局域網。電站配一套UPS,作為上位機系統的工作電源。5.3機組rtu采集為滿足機組和公用設備的監視與控制功能,監控系統采集和監視的各種數據、狀態量如下:(1)每臺機組RTU采集:模擬輸入量32點(其中,模擬輸入電量11點、模擬輸入非電量16點、模擬輸入溫度量6點),中斷輸入開關量27點,掃查輸入開關量92點,輸出開關量43點,機組溫度巡檢量27點。(2)公用系統RTU采集:模擬輸入量11點,開關輸出量59點,中斷輸入開關量62點,掃查輸入開關量314點。本方案中,作用于機組保護停機的溫度量直接接入PLC的RTD模塊,作用于一般報警監視的溫度量由溫度巡監控裝置采集,公用系統的電流、電壓等電氣模擬量由相應的交流采樣裝置負責采集。溫度巡檢裝置與交流采樣裝置將采集到的信號,通過PLC配置RS232通訊接口板輸入RTU。這樣的配置方案,提高了系統的可靠性和集成度,省去了大量的變送器,降低了系統整體造價。6計算機監控系統的功能6.1數據及系統授權管理數據采集與處理、綜合計算、安全監視、指令操作與調節、自動控制(AGC、AVC、AFC、EDC)、生產統計、運行日志與報表打印、運行指導、操作票顯示、編輯和打印、模擬仿真培訓、人機聯系、系統通信、系統自診斷與自恢復、系統數據庫、系統時鐘同步、防誤操作功能、系統的授權管理。6.2lcu的現地監控功能機組現地控制單元的功能:根據鐵門關水電廠的實際情況,下位機系統五臺機組各設置一臺LCU,公用系統及開關站設置一臺LCU,共設置六臺LCU。每臺LCU均是一套完整的計算機控制系統。與系統聯網時,作為監控系統的一部分,實現系統指定的功能。而當與系統脫離時,則能獨立運行,實現LCU的現地監控功能。(1)機組LCU的主要功能:各種數據采集與預處理功能、數據通訊與網絡通訊功能、現地數據庫管理功能、運行工況的轉換、事件順序記錄功能、LCU現地人機聯系功能、系統硬件及軟件診斷與自恢復功能、時間同步功能、開/停機、發電/調相工況轉的順序控制功能、自動準同期并網、水力機械保護(瓦溫、振動、擺度、過速、水壓、油壓)等功能。(2)公用及開關站LCU主要功能:各種數據采集與預處理功能、數據通訊與網絡通訊功能、現地數據庫管理功能、運行工況的轉換、事件順序記錄功能、LCU現地人機聯系功能、系統硬件及軟件診斷與自恢復功能、時間同步功能、斷路器的投切控制功能、公用設備的投切操作功能、自動準同期功能。6.3思路之一:容易,應用好,能較好解決機組并網速度和成功率等問題該系統具有控制方式先進、自動化程度高、運算速度快、現場硬件設施完善,軟件功能強大、完備,人機界面清楚,易于運行人員現場操作,界面人性化、通俗易懂,可靠性高、實用性強等特點。同時,具有較好的備用和保護功能,能很方便地進行開停機操作、運行工況轉換及單步操作等工作,特別是微機自動準同期裝置的投入,使機組并網速度和成功率大大提高,有效解決了原來存在的手動準同期并網速度慢、并網沖擊大等問題。計算機監控系統的投入,使電廠的機組控制、勵磁系統、調速系統、輔助設備、公用設備自動化通過網絡通訊有效的結合起來,真正做到了整個生產過程的自動化,減輕了勞動強度,提高了生產效率。7治療熔噴系統的特點鐵門關水電站計算機監控系統采用北京水科院自控公司推出的H9000系統,系統的配置及功能較為全面和完善,采用了國內外的最新技術,系統具