【正文】 考核系統(tǒng)可用性 (率 )的計算表達(dá)式為： A=[可使用時間247。 單元級 LCU的 MTBF大于 16000h。 (1)狀態(tài)和報警點(diǎn)采集周期：≤ ls： ． (2)模擬量采集周期；電量≤ 1s，非電量 (包括溫度量 )≤ 5s； (3)事件順序記錄點(diǎn) (SOE)分辯率：≤ lms； 50 (4)LCU接受控制命令到開始執(zhí)行的時間小于 1S； (5)供事件順序記錄使用的時鐘同步精度高于所要求的事件的分辨率。 LCU最重要功能就是控制調(diào)節(jié)操作，而機(jī)組的開停機(jī)操作來 49 源于流程框圖，在開發(fā)流程框圖時，根據(jù)電站多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，并參照了有關(guān)設(shè)計技術(shù)規(guī)程及電站的《運(yùn)行規(guī)程》，設(shè)計的機(jī)組順序控制流程框圖，它不但符合水電站的實(shí)際條件，能夠滿足各類操作的需求，并有完善可靠的防誤閉鎖和動作判斷，操作過程中的每一步操作，均設(shè)置啟動條件或以上一步操作成功為條件，僅當(dāng)啟動條件具備后，才解除對下一步操作的閉鎖，允許下一步操作。 40 41 42 43 44 45 46 47 48 第 4章 冉家壩水電站計算機(jī) 監(jiān)控系統(tǒng)的 設(shè)計特點(diǎn)及調(diào)試結(jié)果 4． 1機(jī)組 LCU的設(shè)計特點(diǎn) 從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計看， LCU的硬件配置、流程圖設(shè)計、編程語言選擇、用戶界面開發(fā)等一系列過程都依據(jù)面向?qū)ο蟮睦砟?、原理和技術(shù)，給運(yùn)行人員帶來使用和維護(hù)上的極大方便，它在結(jié)構(gòu)、功能、技術(shù)、實(shí)現(xiàn)方法上都有所創(chuàng)新，主要體現(xiàn)在以下幾個方面： 1．以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計 現(xiàn)地控制級采用以太網(wǎng)，具有強(qiáng)大的通信功能，采用數(shù)字信號進(jìn)行通信，因而可實(shí)現(xiàn)一對電線上傳輸多個信號，同時又為多個設(shè)備提供電源，現(xiàn)場設(shè)備以外不再需要A／ D、 D／ A轉(zhuǎn)換部件，這樣減少了大量導(dǎo)線和連接附件，提高 了系統(tǒng)的可靠性和抗干擾能力，降低了設(shè)計安裝和調(diào)試費(fèi)用。 8．空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)停機(jī)功能塊 FC8，它的任務(wù)是在 OBI接到上位機(jī)或觸摸屏的空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)停機(jī)令時被調(diào)用。所以 FC1在 OBI中被無條件調(diào)用。只要 PLC通電， 在沒有錯誤的情況下，存在 OBI塊中的程序可以無條件的運(yùn)行， CPU將連續(xù)不斷的循環(huán)處理這些程序。提供了標(biāo)準(zhǔn)的開發(fā)界面使得工程的開發(fā)更有效率，同時還提供了工業(yè)控制領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)如： XML， COM／ DCOM,OPC， ActiveX，她還支持 WEB功能，如內(nèi)建 WEB服務(wù)器，可以使任何人都可以訪問實(shí)時的過程數(shù)據(jù)。 所有系列 9030CPUs都能用 logicmaster9030軟件編程和組態(tài)。 3． 6． 8機(jī)組發(fā)電態(tài)到停機(jī)態(tài) 機(jī)組在發(fā)電態(tài)， PLC接收到機(jī)組發(fā)電態(tài)到停機(jī)態(tài)運(yùn)行操作命令時，依次執(zhí)行發(fā)電轉(zhuǎn)空載、空載轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn)、空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)停機(jī)流程，待發(fā)電機(jī)落錠落下后復(fù)歸相關(guān)命令，機(jī)組自動迸入停機(jī)態(tài)，在此過程中出現(xiàn)任何故障報警并退出。機(jī)組空載態(tài)到發(fā)電態(tài)流程框圖如圖 3一 12所示。 機(jī)組空轉(zhuǎn)態(tài)判斷：發(fā)電機(jī)斷路器在分閘位置，導(dǎo)葉接力器在空載及以上位置，機(jī)組轉(zhuǎn)速大于 90％ Ne，發(fā)電機(jī)電壓小于 lO％ Ue． 機(jī)組空載態(tài)判斷：發(fā)電機(jī)斷路器在分閘位置，導(dǎo)葉接力器在空載及以上位置，機(jī)組轉(zhuǎn)速大于 90％ Ne，發(fā)電機(jī)電壓大于 80％ ue。 在 LCU中，配置一臺交流采集裝置用以測量發(fā)電機(jī)組的有功功率、無功功率、三相電流、三相電壓、頻率、功率因素等各種數(shù)據(jù)，通過 MODBUS總線將數(shù)據(jù)送給 LCU，可省卻大量的變送器，抗干擾能力強(qiáng)。另外， GEFanuc開發(fā)了 RTU主模塊，HE693RTM705。 CMM模塊有 3個發(fā)光二極管指示工作狀態(tài)而勿需實(shí)際接線。 經(jīng)比較， LCU的主控制器選用 GE的 90— 30PLC。模擬量主要指電壓、電流、轉(zhuǎn)速以及功率等電氣信號量，壓力、流量、水位、油位、溫度等非電氣信號量及有功、無功電度等脈沖信號，它們通過轉(zhuǎn)速繼電器裝置、傳感器、交流采集裝置等送入 PLC，由 PLC直接采集和控制；溫度量通過掛在現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)的溫度巡檢裝置進(jìn)行采集和控制。 3． 4． 1 主控制器 PLC的選擇 a、 PLC的選擇原則 PLC機(jī)型的選擇要以滿足系統(tǒng)功能需要為宗旨，權(quán)衡利弊，以免造成投資和設(shè)備資源的浪費(fèi)，機(jī)型的選擇主要從以下幾個方面來考慮： (1)根據(jù)控制對象所需的輸入／輸出點(diǎn)數(shù)選擇機(jī)型 根據(jù) LCU的功能，確定 PLC控制系統(tǒng)的 I／ O總點(diǎn)數(shù)，再按實(shí)際所需總點(diǎn)數(shù)的 15％～20％留出備用量后確定所需 PLC的點(diǎn)數(shù)。 3． 3． 5 數(shù)據(jù)通信 LCU的通信包括二部分： 作為監(jiān)控系統(tǒng)光纖以太網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)與 廠站級 進(jìn)行通訊，向上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)采集和事 件信息，并接受其下行的控制命令。采用多點(diǎn)開關(guān)量并行采集，然后轉(zhuǎn) 換為相應(yīng)模擬量數(shù)值。監(jiān)控系統(tǒng)采用中斷方式迅速響應(yīng)這些動作信號并以毫秒級的時間分辨率進(jìn)行記錄。 通過對國內(nèi) LCU現(xiàn)狀及 LCU配置模式的分析來看，目前現(xiàn)地控制單元均以 PLC可編 程序邏輯控制器為基礎(chǔ)， PLC以其高可靠性、編程方便、配置靈活等優(yōu)點(diǎn)在邏輯控制方面有無可比擬的優(yōu)越性。 3． 2． 2 控制面板和 PLC直接聯(lián)網(wǎng) 結(jié)構(gòu)如圖 32所示，當(dāng)對水電站的可靠性要求較高時，通過設(shè)置控制面板，在機(jī)組控制單元發(fā)生故障時仍能對機(jī)組進(jìn)行機(jī)旁的自動操作，系統(tǒng)的可靠性提高，但由于增加了常規(guī)控制系統(tǒng)，系統(tǒng)投資比較大，二次接線復(fù)雜?，F(xiàn)場變送器輸出統(tǒng)一采用 4— 20mA電流輸出到 PLC的模擬量輸入模塊。 3)負(fù)荷控制：有功功率和無功功率的具體調(diào)節(jié)。 2． 3． 4 冉家壩水電站廠站級與單元控制級功能的分配 14 本監(jiān)控系統(tǒng)為分層分布式結(jié)構(gòu)。 (7)LCU共 4套， 2套機(jī)組 LCU、 2套公用開關(guān)站 LCU，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)對象的監(jiān)控。具有語音報警、測試等功能。 2． 3． 2冉家壩水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 冉家壩水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用符合開放系統(tǒng)國際標(biāo)準(zhǔn)的、開放式環(huán)境下全分布計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。 (3)監(jiān)控系統(tǒng)高度可靠，與電站安全運(yùn)行密切相關(guān)的設(shè)備采用雙重化配置，監(jiān)控系 11 統(tǒng) 本身的局部故障不影響現(xiàn)場設(shè)備的正常運(yùn)行。當(dāng)條件許可時，最好采用全開放、分布式監(jiān)控系統(tǒng)。分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)一般分為二個層次：上面一層稱為上位機(jī)，下面一層以發(fā)電機(jī)組為單元，將數(shù)據(jù)采集與控制集成到一臺微機(jī)或 PLC裝置中，構(gòu)成了 LCU。對于徑流式水電站，水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可使電站機(jī)組按上游水 位調(diào)節(jié)機(jī)組出力，實(shí)現(xiàn)簡易優(yōu)化運(yùn)行。水電站升壓站電氣設(shè)備的保護(hù)分為出線保護(hù)和主變壓器保護(hù)，有的還有母線保護(hù)。 4．嘗試探討小水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的硬軟件可靠性問題，提出抗干擾措施。 3．提高供電質(zhì)量 冉家壩水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)系統(tǒng)分配給的總負(fù)荷，由廠內(nèi) AGC經(jīng)過經(jīng) 6 濟(jì)運(yùn)算后將計算所得的單臺機(jī)組的負(fù)荷分配值通過串行通信口直接下達(dá)給調(diào)速器的控制裝置，將機(jī)組出力調(diào)整至目標(biāo)值，從而使機(jī)組即快又穩(wěn)地滿足 AGC的負(fù)荷分配要求和調(diào)節(jié)精度。 e．控制無人化 5 無人值班電站有時也被稱之為一人操作電站，即只需一個值班員就可進(jìn)行電站的開停機(jī)控制、運(yùn)行操作，這些操作完成后，自動控制系統(tǒng)就可自動控制電站設(shè)備運(yùn)行，當(dāng)電站自動控制系 統(tǒng)具有遠(yuǎn)方遙控功能時，可由一人在遠(yuǎn)方進(jìn)行遙控操作。將多媒體 技術(shù)用于水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)也就具備了聽、說、看、寫的能力。 a．網(wǎng)絡(luò)化 水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的快速發(fā)展也是立足于計 算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，在水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，有上位機(jī)、現(xiàn)地控制單元等各種各樣的計算機(jī)及計算機(jī)控制裝置，若它們不形成網(wǎng)絡(luò)，則這些計算機(jī)及裝置只能獨(dú)立運(yùn)行，不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，不 4 能充分發(fā)揮出計算機(jī)控制系統(tǒng)的優(yōu)越性，只起到了代替常規(guī)自動控制設(shè)備的作用。 因此，水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的性能大大優(yōu)于常規(guī)的自動控制系統(tǒng)，所以又被稱為水電站計算機(jī)綜合自動化系統(tǒng)，既適用于新建電站使用，也適用于老電站對自動控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造。 1 題 目： 水電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn) 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 學(xué) 號： 姓 名： 袁 能 吉 指導(dǎo)教師： 林國松 學(xué)習(xí)中心： 四 川 大 學(xué) 網(wǎng) 絡(luò) 教 育 學(xué) 院 2021 年 12 月 24 日 2 第一單 概述 1． 1 水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)概 述 進(jìn)入 90年代后，國內(nèi)外在水電站自動控制上普遍采用計算機(jī)監(jiān)控技術(shù)，或利用計算機(jī)控制系統(tǒng)與電站常規(guī)控制系統(tǒng)相結(jié)合對水電站設(shè)備進(jìn)行控制，或利用計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)直接對水電站設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。 1． 1． 1 水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展概況 在歐美等一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家，水電站計算機(jī)監(jiān)控技術(shù)發(fā)展較快，也較先進(jìn)，自 80年代起，許多水電站實(shí)現(xiàn)了無人值班或少人值班，提高了水電站設(shè)備運(yùn)行的可靠性，降低了水電站運(yùn)行費(fèi)用。因此，水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)勢必向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。故而人性化也是水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向之一。水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)向無人化方向發(fā)展，其最大的優(yōu)點(diǎn)就是極大地減少了電站運(yùn)行人員，減少了電站的運(yùn)行費(fèi)用，減少了電站的投資。這種以數(shù)字量的形式傳送控制信號，不但取消了“發(fā)電機(jī)負(fù)荷遙調(diào)接口裝置”，而且從根本上避免脈沖調(diào)節(jié)方式存在的缺點(diǎn)，提高機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)品質(zhì)和供電質(zhì)量。 7 第二章 水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 總體方案設(shè)計 2． 1 水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能要求分析 水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能要求實(shí)時、準(zhǔn)確 、有效的完成對本電站被控對象的安全監(jiān)控，包括：數(shù)據(jù)采集及處理功能；安全運(yùn)行監(jiān)視功能及事件報警：事故追憶：控制和操作功能；自動發(fā)電控制 (AGC)、自動電壓控制 (AVC)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行功能；定值、報表的生成與打印功能；設(shè)備運(yùn)行統(tǒng)計記錄及生產(chǎn)管理功能；遠(yuǎn)動通訊功能：畫面顯示功能：人機(jī)接口；時鐘同步；軟件開發(fā)及維護(hù)功能：系統(tǒng)自診斷與自恢復(fù)功能；冗余容錯功能；其它輔助功能 。 4．水電站設(shè)備的監(jiān)測 水電站設(shè)備的監(jiān)測內(nèi)容一般有：水電站機(jī)組的監(jiān)測、水電站升壓站電氣設(shè)備的監(jiān)測 、 水電站進(jìn)水口攔污柵及上下游水位的監(jiān)測、水電站輔助設(shè)備的監(jiān)測、廠用電的監(jiān)測等。 8．水電站的事故處理 水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的事故處理內(nèi)容主要分為機(jī)組事故處理和升壓站電氣設(shè)備事故處理，也還有水電站其他設(shè)備的事故處理。由于各臺機(jī)組的信息由各臺機(jī)組控制單元進(jìn)行處理，就不必敷設(shè)許多電纜將信息送到一處集中處理，可以節(jié)省相應(yīng)的投資，整個系統(tǒng)的可靠性也得到顯著的提高。 分層分布式控制方式有下列優(yōu)點(diǎn)： (1)凡是不涉及整個系統(tǒng)性質(zhì)的監(jiān)控功能，可安排在較低層實(shí)現(xiàn)，這不僅加速了控制過程的實(shí)現(xiàn)，即提高了響應(yīng)性能而且減輕了控制中心的負(fù)擔(dān)，減少了大量的信息傳輸，也提高了系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足 DL／T5781995《水電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)基本技術(shù)條件》的規(guī)定； (4)系統(tǒng)主要硬件設(shè)備采用進(jìn)口原裝設(shè)備。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 21。 (2)通信工作站 完成與站內(nèi)其他系統(tǒng)的通訊，并預(yù)留與市調(diào)、地調(diào)、一級電站及二級電站的通信接口。 LCU選用GE的 90__30PLC構(gòu)成現(xiàn)地控制單元。由廠站級和現(xiàn)地控制級組成，現(xiàn)地控制級設(shè)兩臺機(jī)組 LCU和一套開關(guān)站和公 用設(shè)備 LCU。 4)水機(jī)保護(hù)：機(jī)組軸承、軸瓦等部分溫度過高、機(jī)組操作壓力油油壓過低、機(jī)組過速等的事故停機(jī)、跳機(jī)組出口開關(guān)等。 2)溫度量，包括機(jī)組各軸瓦、冷卻器熱風(fēng)溫度。 17 3． 2． 3 觸摸屏和 PLC直接聯(lián)網(wǎng) 結(jié)構(gòu)如圖 33所示，由于 PLC直接接入以太網(wǎng)，在機(jī)旁設(shè)置觸摸屏 作為 人機(jī)界面，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)組的現(xiàn)地監(jiān)視與控制，這種配置方式已成為機(jī)組 LCU結(jié)構(gòu)的主流模式，得到了廣泛的應(yīng)用。 圖 3— 6 主輔冗余型 LCU示意圖 3． 3 冉家壩水電站對于機(jī)組及公用 LCU的功能要求 3． 3． 1 數(shù)據(jù)采集與處理功能 LCU通過此功能對電站的主輔設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行參數(shù)及測量值進(jìn)行實(shí)時采集、工程量化，存入實(shí)時數(shù)據(jù)庫，作為系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)控、告警、控制、制表，計算和處理的依據(jù)。 普通開關(guān)量是指 SOE開關(guān)量以外的各類故障信號、報警信號、隔離開關(guān)位置、設(shè)備狀態(tài)等。 對數(shù)碼量的處理包括光電隔離、數(shù)字濾波、碼制變換、數(shù)據(jù)有效合理性判斷、標(biāo)度變換等，經(jīng)格式化處理后存入實(shí)時數(shù)據(jù)庫。 作為現(xiàn)地控制單元，實(shí)現(xiàn)和微機(jī)勵磁、調(diào)速、保護(hù)等設(shè)備的通信。 (2)根據(jù)控制對象的特殊要求選擇機(jī)型 要根據(jù)系統(tǒng)的功能了解 PLC有無特殊功能要求估計 PLC的性能。 經(jīng)過對單臺機(jī)組 J監(jiān) 測點(diǎn)的分配，包括中斷開入量、非中斷開入量、開出量、模擬量、溫度量等，機(jī)組監(jiān)控點(diǎn)統(tǒng)計為：開入量為 66點(diǎn)；開出量為 32點(diǎn)；中斷開入量為16點(diǎn)；模入量為 2點(diǎn)。其中機(jī)組 LCU配置如表 3— 1：