郎玉波

(廣東韶能集團股份有限公司孟洲壩發(fā)電廠，廣東 韶關(guān) 51200)

1 引言

孟洲壩發(fā)電廠位于廣東省韶關(guān)市下游12.63km處，是北江干流最上游的一個梯級電廠，正常蓄水位52.50m，靜水位為 52.00m，屬于日調(diào)節(jié)水庫，總庫容2.04億 m3，有效庫容0.069m3。孟洲壩發(fā)電廠是集發(fā)電、防洪、航運和改善生態(tài)環(huán)境為一體的綜合性低水頭大流量發(fā)電廠。廠內(nèi)裝有4臺燈泡貫流式水輪發(fā)電機組，4臺機組裝機總?cè)萘?8MW(13MW×2+11MW×2)。原有計算機監(jiān)控系統(tǒng)采用GE90－30系列PLC，可對全廠部分設(shè)備進行監(jiān)視和控制，但原計算機監(jiān)控系統(tǒng)已大部份失效，故需對計算機監(jiān)控系統(tǒng)進行升級改造，完善站內(nèi)計算機監(jiān)控系統(tǒng)的自動化功能，滿足梯級電站集中監(jiān)控、優(yōu)化運行的要求。孟洲壩發(fā)電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造的目的是完善4臺機組、升壓站的自動控制系統(tǒng)，改造電廠站級控制層，以修復(fù)和完善電廠集中控制、安全監(jiān)視系統(tǒng)，電廠優(yōu)化運行等功能的實時監(jiān)控。

2 總體結(jié)構(gòu)

孟洲壩發(fā)電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造后采用全微機監(jiān)控系統(tǒng)，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)采用分層分布的開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，即分為現(xiàn)地監(jiān)控層和中央控制層，見圖2。整個系統(tǒng)將主機工作站和可控制編程器等作為主體，通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，以及100Mbit/s快速以太網(wǎng)技術(shù)，組成開放式微機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，把測點采集、告警提示、工況記錄、邏輯判斷和動作輸出等信息通過計算機機傳遞給電廠工作人員。主控級監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò)采用光纖以太網(wǎng)與所有LCU聯(lián)接。主控級主要設(shè)備包括2臺主操作站(主機)，4臺顯示器，1臺網(wǎng)絡(luò)交換機，1臺通訊服務(wù)器，語音報警、6kVA逆變電源系統(tǒng)各1套。

按電廠分布位置和控制對象來劃分，現(xiàn)地監(jiān)控層需改造的各設(shè)備布置如下:4臺水輪發(fā)電機組各用一套LCU，開關(guān)站和公用設(shè)備共用一套 LCU，共5套LCU。機組LCU與主控級監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò)采用光纖以太網(wǎng)聯(lián)接，因公用設(shè)備控制單元布置在中控室旁的繼保室內(nèi)，故主控級監(jiān)控層與公用設(shè)備控制單元的以太網(wǎng)連接采用超5類屏蔽雙絞線。

采用GE PAC3i系列PLC作為電廠現(xiàn)地監(jiān)控層的微機系統(tǒng)，裝設(shè)于機組LCU上。LCU根據(jù)控制對象的不同又分為機組LCU和開關(guān)站及公用LCU。機組LCU主要由就地工作站、PLC數(shù)據(jù)采集控制單元、機組微機準同期裝置和逆變電源裝置組成。

圖1 孟洲壩發(fā)電廠監(jiān)控系統(tǒng)

圖2 孟洲壩發(fā)電廠監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分布

在所有LCU屏上各設(shè)置控制權(quán)限切換開關(guān)，分為主控級和現(xiàn)地級控制開關(guān)，即“遠程/檢修/現(xiàn)地”，當(dāng)開關(guān)切到“遠程”時，上位機才能實施控制和調(diào)節(jié)的命令。當(dāng)機組檢修時，切到“檢修”，主控級和現(xiàn)地級均操作無效。當(dāng)開關(guān)切到“現(xiàn)地”時，只能通過現(xiàn)地控制單元操作面板(觸摸屏)實施控制和調(diào)節(jié)的命令。當(dāng)現(xiàn)地控制單元操作面板(觸摸屏)發(fā)生故障時，不影響上位機對現(xiàn)地控制單元的控制，反之亦然。

3 計算機監(jiān)控系統(tǒng)功能

系統(tǒng)按電站的“無人值班，少人值守”的原則設(shè)計，配備數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)共享功能。其主要目標(biāo)為:實現(xiàn)廠內(nèi)安全生產(chǎn)、自動監(jiān)測和閉環(huán)控制，提高電廠安全運行能力，實現(xiàn)電廠統(tǒng)一調(diào)度管理和整個系統(tǒng)銜接，改善運行、檢修職工運行、維修條件及提高電廠電能生產(chǎn)的產(chǎn)值和質(zhì)量，最終提高電廠的經(jīng)濟效益。

3.1 主控級實現(xiàn)的主要功能

3.1.1 控制和調(diào)節(jié)功能

電廠運行人員在上位機通過液晶顯示器(LCD)向現(xiàn)地控制單元發(fā)出各種控制和調(diào)節(jié)命令，監(jiān)視各項操作的全過程，在必要時可以改變操作的執(zhí)行。在執(zhí)行操作過程中，液晶顯示器(LCD)將顯示各主要階段進行的操作過程:命令菜單上已完成的命令為綠色;當(dāng)前執(zhí)行的步驟為紅色，當(dāng)步驟完成后，相對應(yīng)的圖標(biāo)將變?yōu)榫G色，在操作一覽表上可看到操作結(jié)果或失敗原因。

3.1.2 事件報警和運行監(jiān)視功能

系統(tǒng)定時從LCU采集斷路器、隔離開關(guān)、全站機組、變壓器、母線、公用設(shè)備、閘門等生產(chǎn)設(shè)備的運行狀態(tài)和參數(shù)，實時更新數(shù)據(jù)庫。在LCD上顯示操作結(jié)線圖、運行監(jiān)視圖等各種畫面，以及各種一覽表、趨勢曲線、測點索引等，定時刷新畫面上的運行數(shù)據(jù)和設(shè)備狀況，還有語音報警功能。使運行人員實時監(jiān)視全廠生產(chǎn)過程的運行、操作狀態(tài)過程和報警信息更為方便。

3.1.3 運行指導(dǎo)、管理和統(tǒng)計報表功能

包括主系統(tǒng)操作指導(dǎo)，開、停機操作指導(dǎo)，廠用電系統(tǒng)操作指導(dǎo)畫面及各類提示信息等。

3.2 現(xiàn)地級實現(xiàn)的主要功能

在計算機監(jiān)控系統(tǒng)中，現(xiàn)地級機組控制單元作為一個智能終端，可以直接監(jiān)視和控制機組的運行，但也可作為獨立的裝置單獨運行。

3.2.1 數(shù)據(jù)采集及處理功能

包括狀態(tài)開關(guān)量、中斷開關(guān)量、交流模擬量、一般模擬量、溫度量的采集與處理。根據(jù)機組運行的需要，可設(shè)置以上模擬量高高限(HH)、高限(H)、低低限(LL)、低限(L)報警值，改造后系統(tǒng)提供越復(fù)限報警及處理功能。

3.2.2 控制與操作功能

機組現(xiàn)地控制單元通過LCU觸摸屏操作面板或上位機的輸入命令，執(zhí)行操作。機組LCU都是通過輸出繼電器的空接點去動作各個機組的現(xiàn)場設(shè)備，分別作用于各個現(xiàn)地設(shè)備輸入點:如電路的斷路器、剎車制動與機組潤滑油的電磁閥、機組冷卻風(fēng)機、漏油泵、潤滑油泵、高壓頂起油泵的電動機啟動裝置等。

3.2.3 準同期功能

機組現(xiàn)地控制單元柜內(nèi)裝設(shè)的微機準同期裝置靈敏度高，保證發(fā)電機在無相差的情況下并入電網(wǎng)。

3.2.4 機組的有功和無功調(diào)節(jié)功能

改造后的現(xiàn)地控制單元對機組有功、無功的調(diào)節(jié)是以上位機或LCU控制面板設(shè)置的有功、無功設(shè)定值，使勵磁調(diào)節(jié)器和調(diào)速器自身按PID規(guī)律對機組的勵磁電壓和導(dǎo)葉開度進行調(diào)節(jié)，使機組按給定的有功和無功數(shù)值運行。

3.2.5 人機接口功能

機組現(xiàn)地控制單元柜內(nèi)配置觸摸顯示操作面板(GE Fanuc/Quick Panel View)作為人機交互的平臺。工作人員通過觸摸屏操作面板可以進行機組輔助設(shè)備的開啟、停止，斷路器分閘、合閘，機組的開啟、停止，有功、無功增減的給定等多種操作。操作中如果有不合法或錯誤的命令，根據(jù)LCU內(nèi)置程序的邏輯判斷將拒絕控制命令的執(zhí)行。對于合法的命令，LCU將顯示控制命令的過程及最終結(jié)果。

3.2.6 診斷功能

機組現(xiàn)地控制單元具自檢功能，能對LCU的各控制單元及本身的硬件進行全面的自我檢驗，并能夠根據(jù)檢驗結(jié)果采取相關(guān)和相應(yīng)的各種保護性措施，防止出現(xiàn)各種不良結(jié)果。同時向主機報告診斷結(jié)果，根據(jù)自診斷記錄，維護人員可以了解LCU裝置工作是否良好，處理異常情況。

3.2.7 通信功能

機組現(xiàn)地控制單元與微機保護裝置、主控級監(jiān)控層、勵磁裝置、調(diào)速器的通信。

3.3 現(xiàn)地公用LCU實現(xiàn)的主要功能

公用和開關(guān)站LCU的控制與操作，數(shù)據(jù)采集與處理、通信、自診斷、人機接口等方面的基本功能，與機組LCU大致相同。

公用LCU的主要控制流程包括:故障、事故音響處理流程;主變110kV高低壓側(cè)斷路器控制流程;廠用變高低壓側(cè)斷路器控制流程。

4 結(jié)語

計算機監(jiān)控系統(tǒng)的原理就是現(xiàn)地LCU通過接收現(xiàn)地傳感器的信號作為既定邏輯控制流程的啟動條件，實現(xiàn)設(shè)備的安全自動控制，并將采集的信號和經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)信息上傳給上位機，對設(shè)備狀態(tài)信息、環(huán)境信息、人工指令、報警信息、統(tǒng)計數(shù)據(jù)等分類處理用于顯示、報警、記錄等一系列過程。

經(jīng)過南珠公司的技術(shù)改造后，發(fā)電廠增加了上位機控制單元，更換改造了現(xiàn)地LCU控制柜，主要解決的問題有以下幾點。

(1)通過上位機集中控制單元，全場的運行狀況可以直觀顯示出來，遠程集中控制、語音報警、全廠自動事件記錄、數(shù)據(jù)記錄、報表等功能得以實現(xiàn)。

(2)完善機組剎車控制系統(tǒng)，完善對機組各個輔機設(shè)備的狀態(tài)、故障、權(quán)限采集，完善機組各種自動化元件的狀態(tài)采集，消除了動作信號次序混亂的問題并且使得各設(shè)備間兼容性得到改善。使得機組控制基本達到自動化。

(3)全廠出線、母線、機組等電氣參數(shù)的采集。

(4)機組電氣安全判定與限制等功能通過這次改造得以實現(xiàn)。

(5)增加現(xiàn)地觸摸屏顯示單元，將同期功能從公用設(shè)備中分離出來實現(xiàn)現(xiàn)地功能獨立化，并且實時顯示機組的各種運行參數(shù)、實現(xiàn)機組負荷自動跟蹤、數(shù)字化給定等功能。

(6)在機組現(xiàn)地控制單元加裝了機組緊急和輔助停機回路，確保機組在非正常情況或危急情況下能迅速安全停機。

該計算機監(jiān)控系統(tǒng)試運行2年來情況良好，系統(tǒng)可靠、操作維護方便、顯示畫面直觀，各項功能、性能指標(biāo)滿足設(shè)計需求，為提高全網(wǎng)電能質(zhì)量作出新的貢獻。同時，滿足了水電廠現(xiàn)代化運行與管理的要求，減少機組事故率和降低了生產(chǎn)過程中的勞動強度，提高了系統(tǒng)可靠性，并取得了較好的經(jīng)濟效益。

［1］呂振中.計算機控制技術(shù)與系統(tǒng)［M］.北京:中國電力出版社，2000

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