張雙景 魏國紅

（1.河南省安陽市彰武南海水庫工程管理局,安陽 455000；2.安陽市水利局萬金渠管理處，安陽 455000）

1 彰武水電站概況

彰武水電站位于河南安陽市西20公里。建于1976年7月，1981年開始并網發(fā)電，裝機容量2×800kW，站內布置800kW水輪發(fā)電機組2臺、S7-1000kVA升壓變壓器2臺、S7-100kVA廠用變壓器一臺、6kV輸電線路2路、10kV并網線路1路。電氣接線采用發(fā)電機/變壓器擴大單元接線，發(fā)電機出口電壓6.3kV，經主變升壓至10kV后并網運行。電氣二次設備原采用半導體繼電保護及水機自動操作裝置，至今已運行近30年。

目前，彰武水電站存在的主要問題是設備陳舊，保護方式落后，自動化水平低，大部分元器件目前已屬淘汰產品，且元器件老化嚴重，運行性能較差，拒動、誤動現(xiàn)象時有發(fā)生，嚴重威脅電站的安全生產經濟運行。2008年10月，彰武電站利用水庫除險加固，放干水庫期間，自籌資金對電氣二次部分進行了技術改造，2009年6月完成了水電站電氣二次設備的安裝、調試和發(fā)電運行工作，實現(xiàn)了微機綜合自動化。

2 彰武水電站監(jiān)控系統(tǒng)的設計原則

彰武水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用最新的計算機硬件、軟件和網絡技術，按全計算機監(jiān)控、微機保護進行總體設計和系統(tǒng)配置。不但要滿足發(fā)電機自動控制和安全運行的要求，而且要保證彰武水電站運行管理達到 “無人值班，少人值守”的目標。

計算機監(jiān)控系統(tǒng)的操作控制權分三級，即遠方工程師站、中控室運行操作控制臺和現(xiàn)場LCU控制屏，優(yōu)先順序為 “現(xiàn)場LCU、中控運行操作臺、遠方工程師站”。管理權限也分三級，即管理員、維護員、操作員，管理員擁有全部權限，維護和操作員擁有部分權限。權限順序為 “管理員、維護員、操作員”。

彰武水電站監(jiān)控系統(tǒng)采用開放式、分層分布式的全廠集中監(jiān)控方案。其中機組LCU控制系統(tǒng)，以可編程控制器PLC為基礎構成。電站運行操作控制臺和機組LCU之間采用總線控制方式，各現(xiàn)場控制單元通過PLC直接與總線連接。當系統(tǒng)中任何一部分設備發(fā)生故障時，系統(tǒng)整體以及系統(tǒng)內部的其他部分仍能繼續(xù)正常工作，且功能不會減少。運行操作控制臺、機組LCU和工程師站之間，可實現(xiàn)遙信、遙測、遙控和遙調等功能。

3 彰武水電站微機綜合自動化功能

彰武水電站中央控制室共有9面控制盤，其排列順序為1#勵磁調節(jié)屏，1#機組LCU屏，公用LCU屏、2#機組LCU屏，2#勵磁調節(jié)屏、1G/2G發(fā)電機保護屏、主變線路保護屏、直流饋電屏、蓄電池屏。

（1）運行操作控制臺

運行操作控制臺主要設備有聯(lián)想電腦、交直流逆變電源、語音報警裝置等。電腦經常處于運行中，負責協(xié)調和管理現(xiàn)場控制層的工作，收集發(fā)電機組有關的數(shù)據、信息并做出相應的處理和存儲，運行操作人員在主控室，通過電腦可迅速、準確、有效的完成對水輪發(fā)電機組的數(shù)據檢測、安全監(jiān)視和開、停機操作。

（2） 工程師站

工程師站由技術管理人員負責協(xié)調、指揮和管理電站的運行情況。通過對運行數(shù)據的查詢、統(tǒng)計和分析，判斷水輪發(fā)電機組的運行狀況，及時調整機組的運行參數(shù)和線路供電模式。通過電腦對運行中的機組進行操作監(jiān)視、運行監(jiān)督和事故處理指導。

（3） 現(xiàn)場控制層 （LCU）

現(xiàn)場控制層分機組LCU屏和公用LCU屏。機組LCU通過局域網與運行操作臺進行通信，根據后臺監(jiān)控系統(tǒng)的操作指令或者機組LCU的控制命令，對運行中的發(fā)電機及輔助設備進行操作控制。在公用LCU屏上可以進行同期試驗、手動、自動準同期并網操作、勵磁調節(jié)、功率調節(jié)和緊急停機操作。

（4）勵磁系統(tǒng)

每面勵磁屏上安裝有PWL-2C型微機勵磁調節(jié)器兩臺，A機B機，一臺運行一臺備用，50kVA環(huán)氧干式變壓器兩臺。操作單元采用7.7英寸觸摸屏，簡體中文顯示各種運行狀態(tài)，操作直觀、簡便，能準確地了解勵磁系統(tǒng)的運行情況。通過勵磁調節(jié)器上的RS-485接口，與電站整體計算機監(jiān)控系統(tǒng)緊密連為一體。具有恒流、恒壓、恒功率因數(shù)等多種勵磁方式，在恒發(fā)電機電壓的運行方式中，可跟蹤電網電壓自動起勵。

（5）1G/2G發(fā)電機保護測控屏

發(fā)電機組保護有：差動保護、后備保護和失磁接地保護。

a）發(fā)電機差動保護裝置

發(fā)電機差動保護裝置為DMP320B5F，通過通訊與站綜合自動化系統(tǒng)的差動數(shù)據交換，實現(xiàn)對機組保護測控裝置的管理與控制，完成發(fā)電機斷路器的控制和信號采集。

b）發(fā)電機后備保護測控裝置

發(fā)電機后備保護測控裝置型號為DMP321B5F，主要功能有：三段式復合電壓電流保護、過負荷保護、高頻、低頻保護、過電壓、低電壓保護。

c）發(fā)電機失磁接地保護

發(fā)電機失磁接地保護裝置型號為DMP323B5F，主要功能有：失磁保護、轉子一點接地保護、勵磁低電壓保護、控制回路異常告警。

（6）主變/線路保護測控系統(tǒng)

主變壓器保護裝置為DMP321B5B后備保護，母線測量保護為DMP317B5，6.3kV機關線、近區(qū)線和10kV并網線采用了DMP311B5線路保護。該保護具有良好的中文液晶顯示畫面，可以在畫面中檢查、修改過電壓、低電壓、低頻解列等保護參數(shù)。當軟件工作不正常時，保護裝置通過自復位電路自動恢復正常工作，同時保護裝置還具有就地/遠方操作某個斷路器的功能。

（7）直流電源系統(tǒng)

為確保彰武水電站繼電保護、微機監(jiān)控系統(tǒng)、事故照明系統(tǒng)的安全、可靠，淘汰了原來的直流盤，選用了由愛默生網絡能源有限公司生產的智能高頻開關電力操作電源，GZDW220/160Y直流電源屏有交流輸入部分、整流部分、降壓部分、直流輸出饋電部分、監(jiān)控和絕緣監(jiān)測部分組成。

電站利用三相交流穩(wěn)壓電源向兩個HD22010-3充電模塊供電，N+1供電模式，充電模塊將三相交流電轉化為220V直流電，經隔離二極管隔離后輸出。一方面給電池充電，另一方面通過合閘回路和控制回路給負載提供正常的直流電源。

（8）MTC電站綜合自動化后臺監(jiān)控系統(tǒng)軟件

水電站采用長沙華能MTC電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)對水輪發(fā)電機組進行監(jiān)控，該軟件具有良好的實時性、穩(wěn)定性、可靠性、和保密性。

MTC監(jiān)控軟件系統(tǒng)主要包括實時畫面監(jiān)控報警、歷史數(shù)據查詢、實時數(shù)據服務器、歷史數(shù)據服務器和通訊管理。

數(shù)據查詢管理軟件是一個對水電站的歷史數(shù)據進行查詢、統(tǒng)計的模塊，其主要功能是實現(xiàn)對當前運行的數(shù)據庫以及歷史保存數(shù)據庫的數(shù)據查詢、統(tǒng)計、分析，并輸出相應的報表和圖形，為后期數(shù)據的處理提供相應的處理幫助。

4 微機綜合自動化在彰武水電站的應用效果分析

4.1 差流檢測

彰武水電站1#發(fā)電機組在技改試運行期間，差動保護曾多次動作，差流越限報警。檢測發(fā)電機三相比例差動動作電流，IAC為0.08，IBC為1.32，ICC為0.06。保護定值為1.03。IBC差動電流超標，差動保護動作引起事故停機。經全面檢查后發(fā)現(xiàn)，1#發(fā)電機出口電流互感器TA接線錯誤,C相長期處在反相序運行狀態(tài)，更正后1#發(fā)電機三相比例差動動作電流，IAC為0.08，IBC為0.06，ICC為0.06，三相差動電流基本平衡，機組恢復正常運行，徹底改變了1#機組多年來運行不穩(wěn)，易發(fā)事故跳閘的難題。對運行中的發(fā)電機組進行三相差動電流實時檢測是以前的繼電保護無法做到的。

4.2 數(shù)據查詢

2009年10月，在利用數(shù)據查詢管理軟件對水電站的歷史數(shù)據進行查詢、統(tǒng)計、分析時發(fā)現(xiàn)：6kV母線頻率在46.5～55Hz之間做不規(guī)則上下波動，最大顯示為80Hz，檢查發(fā)電機轉速是在額定轉速下穩(wěn)定運行，調速器開度無異常抽動現(xiàn)象，10kV并網系統(tǒng)頻率在50Hz穩(wěn)定運行,無異常波動，但是，S7-1000kVA升壓變壓器溫度異常報警，運行噪聲增大，6kV母線移相電容器有時發(fā)出滋滋的尖叫聲。經多次供、停電檢查和頻率統(tǒng)計分析后，發(fā)現(xiàn)斷開近區(qū)供電線路，頻率波動現(xiàn)象消失，變壓器運行噪音和溫度降低，6kV母線頻率、電壓恢復正常。查閱有關資料；顯示80Hz，代表的意義為供電線路存在諧波干擾。諧波干擾使6kV線路供電電壓忽高忽低，在5.8～6.9kV之間上下波動，嚴重影響了電站的供電質量，多次造成機關線路、近區(qū)線低電壓或過電壓跳閘，使機關不能正常辦公，企業(yè)無法正常生產，電站日停電時間高達6小時，少供電量3200kW,經濟損失1.6萬元，用電企業(yè)處于半停產狀態(tài)，每天損失幾十萬元。電站對6kV近區(qū)供電線路進行諧波治理后，供電頻率穩(wěn)定在50Hz,電壓6.10kV，線路保護裝置異常過電壓、低電壓跳閘現(xiàn)象消失，滿足了用電需求，提高了供電質量，減少了停電次數(shù)，挽回了經濟損失。

我站原有的保護系統(tǒng)是無法檢測到諧波干擾信號的，綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)使電站便捷、準確地查明了供電質量不高產生的原因。

4.3 自動化操作

發(fā)電機組運行時會存在機組的發(fā)電量小于機關和近區(qū)用電量的特殊情況。當10kV并網系統(tǒng)出現(xiàn)事故甩負荷，如人工操作不及時，容易發(fā)生機組事故停機，造成全站停電。使用微機綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)后，當10kV并網線路發(fā)生事故甩負荷時，電腦會根據機組運行情況，自動進行并網轉單機操作，當檢測到6kV母線電壓降為85V，或周波低于48.5Hz，延時2秒，自動跳開近區(qū)線路斷路器，使發(fā)電機組只帶機關線路穩(wěn)定運行，當檢測到6kV母線周波低于46.5Hz，延時5秒，自動跳開機關線路，只帶廠用S7-100變壓器運行，避免了因操作不當，造成全站停電、機組事故停機現(xiàn)象的發(fā)生。現(xiàn)在利用電腦進行并網轉孤網運行時，值班人員只需密切關注機組的運行情況，進行簡單的輔助性操作，簡化了操作程序，降低了操作難度，提高了操作速度，保證了安全運行。

4.4 微機保護

2010年5月12日9時，10kV并網線路電壓突然升至12.3kV,升壓幅度為額定電壓的1.23Ue，大于1.1Ue過電壓保護值。6kV機關和近區(qū)線路上的DMP311B5保護裝置迅速動作，自動跳開了相應的斷路器，發(fā)出 “過電壓保護動作”報警信息。保護裝置若不及時跳閘，將使機關和近區(qū)供電線路的220V電壓升高到270V以上，有可能燒壞大量電腦、電視等用電設備，造成重大的經濟損失。依靠先進的微機自動化保護裝置使電站避免了一次過電壓沖擊。

5 結語

自2009年6月長沙華能MTC電站綜合自動化監(jiān)控系統(tǒng)投入運行以來，1年多的運行實踐證明：彰武水電站微機自動化的技術改造是成功的。該監(jiān)控系統(tǒng)開停機操作流程化、程序化、密碼化，操作簡便，容易掌握。依靠遙信、遙測信號對運行中機電設備的技術參數(shù)進行及時、安全、可靠的監(jiān)視，全面了解電站的運行情況。發(fā)生故障時自動報警提示故障原因，有利于及時排除故障，減少停機時間。10kV并網線路事故時，自動進行孤網運行操作；機組發(fā)生事故時，能自動實施停機保護，防止事故擴大保證設備安全。

微機自動化，提高了彰武水電站的運行管理水平，提升了職工的業(yè)務技能。在保證安全生產的前提下，減少了運行值班人員，改善了工作環(huán)境，降低了勞動強度，提高了工作效率。

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