袁平路,張 捷,郭超一,郭萬森
(北京中水科水電科技開發(fā)有限公司,北京 100038)
隨著電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量和可靠性要求的不斷提高,電網(wǎng)的穩(wěn)定運行越來越重要。電力系統(tǒng)要求各廠、站時間同步,電廠內(nèi)部要求各系統(tǒng)時間同步。水電站由于其自身的特點,其時間同步系統(tǒng)不同于變電站,水電站涉及對時的設(shè)備種類多,對時距離較遠,為達到全廠時鐘的統(tǒng)一,需要建立一套全廠時鐘同步系統(tǒng)。BSS-3系列衛(wèi)星同步時鐘是北京中水科水電科技開發(fā)有限公司(中水科技)研發(fā)的時間同步裝置,可單鐘工作,也可組成雙機熱備時鐘系統(tǒng),2臺主時鐘組成雙機熱備主時鐘系統(tǒng),主時鐘通過光纖連接子時鐘,組成全廠統(tǒng)一對時系統(tǒng),目前已在上百個水電站得到了成功應(yīng)用。
伊利亞水電站位于圣保羅州與南馬托格羅索州交界的巴拉那河流域,距離圣保羅州750 km,裝有20臺17.4萬kW混流式機組,總裝機容量344.4萬kW,年均發(fā)電量151.68億kW·h。2018年中水科技與中國水電十一局以FOB方式簽訂計算機監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)備的國內(nèi)供貨合同,對伊利亞水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)進行現(xiàn)代化升級改造,監(jiān)控系統(tǒng)的對時系統(tǒng)采用自主研發(fā)的BSS-3衛(wèi)星統(tǒng)一對時系統(tǒng)[2,3]。
伊利亞水電站監(jiān)控系統(tǒng)采用中水科技公司研發(fā)的智能一體化平臺iP9000,滿足智慧電廠的核心需求,具備計算機監(jiān)控、高級軟件應(yīng)用及大數(shù)據(jù)應(yīng)用三大功能,具有標準化、通用性、可擴展性、可配置的特點。
本次改造采用現(xiàn)地層、廠站層、衛(wèi)星對時系統(tǒng)、COG集控系統(tǒng),4層設(shè)計方式;現(xiàn)地層用于采集現(xiàn)地數(shù)據(jù),控制現(xiàn)地自動化設(shè)備;廠站層用于操作員下令并監(jiān)視全廠的數(shù)據(jù);COG集控系統(tǒng)用于采集伊利亞電站的數(shù)據(jù)并進行分析,同時通過COG下令控制電站的設(shè)備;衛(wèi)星對時系統(tǒng)為現(xiàn)地層、廠站層的設(shè)備提供統(tǒng)一對時。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時可以清晰的知道事故的發(fā)生順序,用以確定事故的來源。伊利亞監(jiān)控系統(tǒng)框圖如圖1所示。
圖1 伊利亞監(jiān)控系統(tǒng)框圖
由于伊利亞電站需要對時的設(shè)備的位置比較分散,需對時的設(shè)備與時鐘的距離較遠,根據(jù)電站設(shè)備的實際分布情況,采用分層分布式時鐘系統(tǒng)方案。時鐘系統(tǒng)配置框圖如圖2所示,在服務(wù)器機房數(shù)據(jù)中心設(shè)置主時鐘A,在維護室設(shè)置主時鐘B,主時鐘A和主時鐘B通過光纖熱備組成高可靠主時鐘系統(tǒng),任何一臺主時鐘接收到GPS信號并鎖定衛(wèi)星之后,主鐘系統(tǒng)即可正常工作,輸出對時信號,兩臺主時鐘共享時間數(shù)據(jù)。每臺主時鐘采用雙電源熱備,提高了供電的可靠性。主時鐘配備高精度恒溫守時模塊,當(dāng)時鐘接收衛(wèi)星信號不良時,時鐘仍能保持高精度的時間輸出。主時鐘通過單模光纖擴展子時鐘,每子時鐘均為雙路信號接收,信號可以無縫切換。
伊利亞電站監(jiān)控系統(tǒng)共有25臺擴展時鐘,在現(xiàn)地控制單元U1~U20每處安裝一臺二級時鐘,共18臺,其中U3,U17未配置二級時鐘,每臺擴展時鐘配置脈沖對時接口12路,串口4路,直流IRIB-B接口8路,NTP接口6路。開關(guān)站、公用現(xiàn)地LCU每處安裝一臺二級時鐘共7臺,配置脈沖對時接口12路,串口4路,NTP對接口12路,交流B碼8路給現(xiàn)地設(shè)備對時。時鐘系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。
圖2 伊利亞電站時鐘系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
伊利亞電站監(jiān)控系統(tǒng)需要對時的設(shè)備包括,上位機監(jiān)控系統(tǒng)的計算機,下位機PLC,另外時鐘系統(tǒng)還要給多功能數(shù)字故障記錄儀、保護繼電器、振動監(jiān)測系統(tǒng)、計量系統(tǒng)等提供對時信號。上位機監(jiān)控系統(tǒng)采用NTP對時方式,將計算機的IP和NTP服務(wù)器的IP設(shè)置在同一網(wǎng)段,在計算機的配置文件里面指定NTP服務(wù)器的IP地址,系統(tǒng)會定時更新時間。NTP服務(wù)器支持客戶端/服務(wù)器模式,廣播模式。保護設(shè)備采用IRIG-B碼對時方式,碼元標準采用B000格式,只要對時接口電平兼容,設(shè)備即可正常對時。
主時鐘與二級時鐘采用IRIG-B碼傳輸數(shù)據(jù),由于巴西的一些城市會采用夏令時,要求時鐘的時間根據(jù)當(dāng)?shù)氐臅r間運行夏令時功能,IRIG-B碼含有夏令時預(yù)告等標志位,當(dāng)主時鐘進行夏令時切換時,可以提前預(yù)告,讓擴展時鐘能夠及時進行時間調(diào)整,保證了全廠時間的一致性。
IRIG-B碼具有對時精度高,時間信息量豐富的優(yōu)點,適用于對時精度較高的場合。IRIG-B碼調(diào)光輸出模塊用來擴展二級時鐘,采用單模光纜傳輸數(shù)據(jù)。直流IRIG-B碼電口輸出分為TTL電平信號和485差分電平信號,模塊有8路信號輸出,各路之間采用光耦隔離,保證了輸出穩(wěn)定可靠。IRIG-B碼AC模塊輸出信號為1KHz的正弦波,高電平峰峰值為10V,低電平峰峰值為3.3V,幅度比從3:1到6:1可調(diào),8路變壓器隔離輸出,IRIG-B碼模塊的外觀如圖3所示。
圖3 IRIG-B碼對時模塊
NTP網(wǎng)絡(luò)模塊也稱NTP服務(wù)器,一般應(yīng)用于電力系統(tǒng)的局域網(wǎng)計算機對時,有單網(wǎng)口和雙網(wǎng)口兩種。局域網(wǎng)內(nèi)計算機對時,應(yīng)設(shè)置NTP服務(wù)器的IP地址,與計算機在同一網(wǎng)段,NTP模塊的IP地址在其網(wǎng)段應(yīng)是唯一的。NTP服務(wù)器的IP地址可使用中水科技提供的專用配置軟件配置。計算機側(cè)的對時客戶端可以安裝專門的軟件,或者采用Windows系統(tǒng)自帶的NTP服務(wù),Linux系統(tǒng)需啟動NTP服務(wù)進程。NTP模塊的外觀如圖4所示。
圖4 NTP對時模塊
脈沖對時模塊為空接點對時和有源脈沖對時兩種,空接點對時模塊輸出12路,每通道可根據(jù)需要分別設(shè)置為秒脈沖或分脈沖。有源脈沖模塊,每個模塊輸出8路,輸出電壓為24 V或5 V,依據(jù)現(xiàn)場需求,各路輸出信號均采用光耦隔離。脈沖模塊的外觀如圖5所示。
圖5 脈沖對時模塊
iP9000計算機監(jiān)控系統(tǒng)在伊利亞水電站投入運行后,提高了電站運行的經(jīng)濟效益和安全運行的水平,使電站的自動化程度全面提升。對時系統(tǒng)采用分層分布式時鐘系統(tǒng)方案,不僅解決了監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的對時問題,同時完成了現(xiàn)場其他系統(tǒng)的設(shè)備對時服務(wù),時鐘系統(tǒng)的穩(wěn)定運行,為其他系統(tǒng)提供了準確的時標,進一步保證了電廠的安全生產(chǎn)。