水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造工程

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摘要：基于案例，闡述監(jiān)控系統(tǒng)存在AGC、AVC功能無法使用，調(diào)整時(shí)負(fù)荷偏差大；傳輸數(shù)據(jù)滯后的問題，提出監(jiān)控系統(tǒng)的改造方案，新系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則、結(jié)構(gòu)及配置、功能及效果。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)工程；監(jiān)控系統(tǒng)；數(shù)據(jù)傳輸

引言

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，其在多個(gè)領(lǐng)域都獲得了非常廣泛的應(yīng)用，促進(jìn)了社會(huì)生產(chǎn)水平的不斷提高。通過將其有效的應(yīng)用于電廠的生產(chǎn)工作中，有助于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化控制[1-5]，進(jìn)而降低了操作人員的工作強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，自動(dòng)化控制還能夠避免人為誤操作，進(jìn)而能夠避免各種事故的發(fā)生，確保各項(xiàng)生產(chǎn)工作的順利開展。因此，在當(dāng)前的新建電廠和老舊電廠的改造過程中，需要結(jié)合電廠運(yùn)行的實(shí)際情況，對(duì)其進(jìn)行信息技術(shù)改造，進(jìn)而將信息技術(shù)有效地應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)控制工作中，為電廠的長遠(yuǎn)發(fā)展建立良好的基礎(chǔ)。

1原有監(jiān)控系統(tǒng)存在的問題

葉茂水電廠現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式綜合自動(dòng)化結(jié)構(gòu)形式，既有計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制，同時(shí)又保留了中控室集控臺(tái)原有的開關(guān)設(shè)備手動(dòng)操作部分。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)下位機(jī)包括了三臺(tái)機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)控制單元#1LCU--#3LCU及公用設(shè)備現(xiàn)地控制單元#4LCU，上位機(jī)為后臺(tái)操作工控機(jī)共兩臺(tái)，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)為10M單光纖以太網(wǎng)。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)自2002年開始技改并逐一投入運(yùn)行，距今已有10年。由于監(jiān)控系統(tǒng)長期不間斷地運(yùn)行，設(shè)備元件老化及其他因素影響，系統(tǒng)故障率逐年提高，已經(jīng)危及機(jī)組的安全運(yùn)行，主要情況闡述如下：（1）前置工控機(jī)運(yùn)行時(shí)機(jī)箱容易過熱。（2）前、后臺(tái)有部分工控機(jī)都曾出現(xiàn)過硬盤損壞的情況。（3）#2機(jī)組工控機(jī)發(fā)生主板元件損壞，顯示花屏現(xiàn)象。（4）后臺(tái)工控機(jī)多次出現(xiàn)死機(jī)或系統(tǒng)程序自動(dòng)退出的現(xiàn)象。（5）工控機(jī)偶爾出現(xiàn)數(shù)據(jù)消失，無法查閱現(xiàn)象。（6）系統(tǒng)抗干擾能力低，測(cè)速及測(cè)溫信號(hào)經(jīng)常出現(xiàn)誤動(dòng)。（7）全廠共用一套同期裝置，回路復(fù)雜，維護(hù)困難，故障率高。（8）集控臺(tái)保留的原有手動(dòng)操作回路開關(guān)觸點(diǎn)氧化。（9）現(xiàn)有的機(jī)組現(xiàn)地控制單元及公用設(shè)備對(duì)實(shí)現(xiàn)全站設(shè)備自動(dòng)化有一定的局限性。（10）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸滯后，存在報(bào)警誤發(fā)等缺陷。（11）監(jiān)控系統(tǒng)本身不完善，諸如AGC、AVC功能不具備，對(duì)電網(wǎng)的發(fā)展要求有一定影響。因此，監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)改造勢(shì)在必行。

2新建計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則

結(jié)合當(dāng)前水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，和實(shí)際工作的進(jìn)行需求，對(duì)本站的生產(chǎn)運(yùn)行方式進(jìn)行全自動(dòng)的升級(jí)改造。為了提高自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量，將采用高質(zhì)量的硬件和軟件，并配套先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，進(jìn)而為控制工作的全面進(jìn)行建立良好的基礎(chǔ)。系統(tǒng)為符合國際標(biāo)準(zhǔn)的開放分布式結(jié)構(gòu)，本系統(tǒng)具有相互可操作性，系統(tǒng)的可擴(kuò)展性及設(shè)備更新時(shí)的可移植性。系統(tǒng)可通過電站控制層的網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)器與上級(jí)調(diào)度中心進(jìn)行通信，完成對(duì)本站的遙信、遙測(cè)等所有遠(yuǎn)動(dòng)功能。新建監(jiān)控系統(tǒng)按以下主要原則設(shè)計(jì)：（1）實(shí)現(xiàn)本站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與上級(jí)調(diào)度中心之間的通信。（2）為了提高系統(tǒng)的兼容性，本系統(tǒng)將采用通用的軟件進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，并按照模塊化的方式進(jìn)行開發(fā)，進(jìn)而提高開發(fā)效率。（3）由國際標(biāo)準(zhǔn)化、結(jié)構(gòu)化的軟硬件組成，系統(tǒng)組態(tài)靈活，兼容性、擴(kuò)充性、互換性好。（4）系統(tǒng)的人機(jī)接口功能強(qiáng)，操作簡單、方便、靈活、易學(xué)。（5）系統(tǒng)的軟件采用開放性的設(shè)計(jì)思想，具有標(biāo)準(zhǔn)、開放的現(xiàn)場(chǎng)總線接口，可將通信協(xié)議不同的其他公司設(shè)備的信息接入本系統(tǒng)。（6）系統(tǒng)具備防誤操作功能和完備的自診斷、自恢復(fù)功能。（7）系統(tǒng)所有的交流和直流輸入量接入系統(tǒng)前均有完善的抗干擾措施。

3新建計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能配置

由于過去的監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式，系統(tǒng)的全部數(shù)據(jù)都集中在計(jì)算機(jī)中，一旦計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障，數(shù)據(jù)庫將會(huì)丟失，系統(tǒng)的監(jiān)控功能也會(huì)丟失。另外由于計(jì)算機(jī)更新?lián)Q代的速度很快，即使是現(xiàn)在非常先進(jìn)的設(shè)備，隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，其整體性能將會(huì)逐漸降低，并且配套的元器件也會(huì)出現(xiàn)各種不同程度的故障，進(jìn)而會(huì)影響電廠各項(xiàng)工作的順利進(jìn)行。同時(shí)，由于設(shè)備處于不斷淘汰的過程中，其配件會(huì)相應(yīng)消失，這就給系統(tǒng)的正常維護(hù)造成不小的阻礙，這些問題正是葉茂水電廠當(dāng)面所遇到的，需要予以充分的關(guān)注，并采取有效的改善控制措施。因此，為了解決上述面臨的難題，國際上推出了開放分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)也是目前水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中最先進(jìn)的系統(tǒng)，能夠?yàn)楦黜?xiàng)管理工作的高效進(jìn)行提供可靠保障。本系統(tǒng)中的所有節(jié)點(diǎn)都配備有節(jié)點(diǎn)運(yùn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)庫、控制以及執(zhí)行程序等，進(jìn)而能夠大大提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。同時(shí)，節(jié)點(diǎn)的獨(dú)立運(yùn)行還能避免相互之間的影響，進(jìn)而提高系統(tǒng)的可靠性。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造后滿足以下主要功能：（1）監(jiān)視控制：水輪發(fā)電機(jī)組的起動(dòng)、停止、同期并列，發(fā)電、運(yùn)行方式的轉(zhuǎn)換；功率、頻率和電壓的調(diào)整；10kV、110kV線路斷路器、主變壓器、廠用變壓器高壓側(cè)斷路器的控制；電站綜合自動(dòng)裝置的投入、切除和整定值的改變；電站上、下游水位、水頭、閘門位置及攔污柵壓差的測(cè)量與監(jiān)視。（2）自動(dòng)檢測(cè)：需要檢測(cè)的設(shè)備包括機(jī)組及其輔助設(shè)備、變電和開關(guān)設(shè)備、電站的公用設(shè)備、水工建筑物等，檢測(cè)的電量有電流、電壓、功率、電能、頻率、功率因數(shù)等，非電量有溫度、轉(zhuǎn)速、液位、壓力、流量、振動(dòng)等。（3）自動(dòng)操作：機(jī)組的自動(dòng)操作，要求自動(dòng)按照預(yù)定的順序完成機(jī)組自動(dòng)開機(jī)到并網(wǎng)、停機(jī)等操作；電站公用設(shè)備包括壓縮空氣系統(tǒng)、技術(shù)供水系統(tǒng)、滲漏排水系統(tǒng)、直流電源系統(tǒng)、廠用電系統(tǒng)等；全廠性操作，如報(bào)警信號(hào)系統(tǒng)、遠(yuǎn)動(dòng)、通信系統(tǒng)，開關(guān)設(shè)備的操作等。（4）自動(dòng)控制：勵(lì)磁和調(diào)速器控制。（5）自動(dòng)保護(hù)：當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障后，例如定子溫度超過正常運(yùn)行的溫度上限、油槽中的油溫過高以及機(jī)組冷卻水源無法連續(xù)供應(yīng)等，控制系統(tǒng)就能檢測(cè)到異常情況，并向后臺(tái)的控制人員發(fā)出報(bào)警信號(hào)，能夠第一時(shí)間對(duì)故障采取有效的控制措施，將損失降到最低。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造后完成的基本任務(wù)如下：（1）實(shí)現(xiàn)機(jī)組的自動(dòng)起、停、自動(dòng)并網(wǎng)和帶負(fù)荷。（2）根據(jù)電力系統(tǒng)的要求，自動(dòng)改變機(jī)組的運(yùn)行工況和自動(dòng)投入備用機(jī)組。（3）進(jìn)行有、無功功率、頻率和電壓的調(diào)節(jié)。（4）完成水力機(jī)械系統(tǒng)的安全監(jiān)視與保護(hù)。（5）實(shí)時(shí)采集電站主要設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、參數(shù)，對(duì)電站各控制點(diǎn)和監(jiān)視點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)安全檢測(cè)、越限報(bào)警、事件順序記錄、事故、故障原因提示。（6）具有靈活、友好的人機(jī)接口界面以及各種運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和報(bào)表的生成。（7）實(shí)現(xiàn)全廠優(yōu)化的自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）和自動(dòng)電壓控制（AVC）。（8）實(shí)現(xiàn)水輪發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)順序起、?？刂频?；斷路器、隔離刀閘等重要電氣設(shè)備的投、切操作以及輔助設(shè)備的自動(dòng)控制監(jiān)視功能等。（9）實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備、直流系統(tǒng)的監(jiān)視功能。（10）實(shí)現(xiàn)廠房通風(fēng)系統(tǒng)、閘門控制系統(tǒng)的監(jiān)視功能。

4結(jié)語

葉茂水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通過系統(tǒng)全面的改造升級(jí)后，系統(tǒng)整體的運(yùn)行效率得到明顯提升，并且能夠在惡劣的工作環(huán)境中始終保持穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)，能夠適應(yīng)多種不同工作環(huán)境的要求。同時(shí)，自動(dòng)化的監(jiān)控運(yùn)行，還能夠大大減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，進(jìn)而為電廠帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益，為電廠的可持續(xù)發(fā)展建立良好的基礎(chǔ)。

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作者：劉東 單位：廣西水利電力建設(shè)集團(tuán)有限公司