【正文】 ，自動發(fā)電控制 (AutomaticGeneration Control，簡稱 AGC),自動電壓控制 (Automatic Voltage Control，簡稱 AVC)，電站機組、變壓器、線路等各種運行設備參數(shù)的在線監(jiān)視，越限參數(shù)報警、記錄，歷史參數(shù)查詢，事故追憶，報表打印，完成監(jiān)控系統(tǒng)設備的自檢，是實現(xiàn)對整個電站所有設備進行控制、測量、監(jiān)視和保護的自動控制系統(tǒng)。在新建的 大型水電站，較多地采用了水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)，中小型水電站或已運行的許多老電站則采用常規(guī)自動控制設備居多，技術稍先進的中小型電站，或在常規(guī)自動控制系統(tǒng)的基礎上加上計算機功能控制單元，或用計算機功能控制單元改造常規(guī)自動控制系統(tǒng)，或在常規(guī)自動控制系統(tǒng)的基礎上加上計算機監(jiān)測系統(tǒng)。 b．智能化 計算機和網(wǎng)絡技術的高速發(fā)展，使人工智能技術得到了迅速發(fā)展，人工智能技術在機器人、汽車及其他領域得 到了廣泛應用。組態(tài)化的軟件主要是指上位工控機和前置工控機的軟件。電站以一回 220kV線路接入城口縣 22OkV變電所， 22OkV電壓側采用 單母線擴大接線方式。 1． 3 本論文的主要內容 本論文針對我國小水電站豐富，自動化水平低的特點，在考察、分析了國內外水電站 (廠 )典型計算機監(jiān)控系統(tǒng)的應用經(jīng)驗的基礎上，依據(jù)國家電力公司目前對水電站(廠 )計算機監(jiān)控系統(tǒng)的有關規(guī)定，吸取他們先進的系統(tǒng)設計思想，針對冉家壩水電站運行監(jiān)控的技術特點，立足于工程實際，主要完成如下幾方面工作。上述內容中，有部分是水電站常規(guī)自動控制系統(tǒng)同樣具有的，有部分內容是水電站采用計算機監(jiān)控后增加的。水電站設備的運行狀態(tài)、運行參數(shù)的自動記錄、打印的內容有：整個水電站的運行狀態(tài)、運行參數(shù)，水電站機組的運行狀態(tài)、運行參數(shù)，水電站升壓站的運行狀態(tài)、運行參數(shù)，水電站廠用電設備的運行狀態(tài)、運行參數(shù)。機組測量、調節(jié)、控制、保護屏構成機組當?shù)乜刂茊卧?LCU；升壓站、線路、同期、公用設備測量控制保護屏構成升壓站、線路、公用設備當?shù)乜刂茊卧?LCU：水工測量、控制構成水工現(xiàn)地控制單元 LCU。 基于對象技術的分布式監(jiān)控系統(tǒng) 基于面向對象技術的分布式監(jiān)控系統(tǒng)，從系統(tǒng)設計、編程語言選擇到用戶界面等一系列過程，都依據(jù)面向對象的理念、原則和技術標準，都給用戶使用和維護帶來極大方便。 (3)采用分層控制方式時，對控制設備和信息傳輸設備的要求可適當降低，需要傳送的信息量減少，敷設的電纜也大大減少，主計算機的負擔也減輕，這些均導致監(jiān)控系統(tǒng)設備投資的減少。軟件模塊化、結構化，使系統(tǒng)更能適應功能的增加和規(guī)模的擴充。 主機同時供運行值班人員使用，具有圖形顯示、全廠運行監(jiān)視和控制功能、發(fā)操作控制命令、作定制修改、設定與變更工作方式等功能。主要任務是完成語音報警功能、 OnCall功能。 a．系統(tǒng)軟件 國內監(jiān)控系統(tǒng)軟件通常選用較為成熟的 UNIX和 WlNDOWS2021／ NT兩種操作系WIND0WS2021操作系統(tǒng)按客戶／服務器方式設計，搶先式多任務，可移植性，可用于多種硬件平臺。因此在系統(tǒng)總體功能分配上，數(shù)據(jù)采集和控制操作的主要功能均由 LCU完成 。 6)機組壓力油罐油壓、油面自動控制，包括根據(jù)壓力油壓力 ()控制啟動壓力油泵， )控制兩臺壓油泵的自動 切換啟 停和壓力油罐內油面高度的自動控制。 3)開關狀態(tài)量，包括機組出口開關、發(fā)電機滅磁開關 （ FMK） 、勵磁轉換開關 LZK、機組導水葉主令控制器開度位置接點、來自機組轉速信號器的接點等。 a．單機型 LCU 單機型 LCU是目前應用最廣的配置方式之一，是由一套單 CPU及其 I／ 0模件構成的主控制器，以及所需的其它輔助設備組成的，如圖 3— 4所示。 a．模擬置 模擬量分為電氣模擬量、非電氣模 擬量及溫度量。 對開關量信號的處理包括光電隔離、硬件及軟件濾波、基準時間補償、數(shù)據(jù)有效性合理性判斷、啟動相關量處理功能 (如啟動事件順序記錄、事故報警、自動推出畫面及自動停機等 )，最后經(jīng)格式化處理后存入數(shù)據(jù)庫。 3． 3． 2 安全運行監(jiān)視 狀態(tài)監(jiān)視和事件報警． 越復限檢查和梯度越限檢查和報警 控制命令執(zhí)行中可在面板顯示操作全過程及操作受阻部位 電站設備的狀態(tài)監(jiān)視和參數(shù)顯示 3． 3． 3 控制和調節(jié) a．控制和操作類型 LCU能接受當?shù)鼗騺碜陨衔粰C的命令，完成對下述被控設備的操 作： 21 機組 LCU：各種機組狀態(tài)的轉換，機端斷路器的控制，有功、無功負荷調節(jié)； 開關站及公用設備 LCU：斷路器、隔離刀閘和接地刀閘的分、合操作；站用電和輔助設備的操作。 3． 4 冉家壩水電站機組及公用 LCU的硬件設計 水電站現(xiàn)場環(huán)境相對較差，現(xiàn)場具有較大的電磁干擾、振動和潮濕，因此，要求LCU的硬件應具有高可靠性、防塵、防振、抗震和抗電磁干擾等性能，滿足無入值班 22 的要求，冉家壩水電站機組 LCU單元主控制器選用 PLC。 (3)校驗電源的容量。 90— 30系列 PLC是 GE Fanuc系列 PLC的一員，提供最先進的編程特性，易于組態(tài)，便安裝，獨有的創(chuàng)新結構開辟了一條性能價格比較高的工業(yè)控制途徑。 分布式 I／ 0通信模塊 系列 90— 30有許多通信 選項，包括以太網(wǎng)、 Genius、 Series90協(xié)議 (SNP)和ModbusRTU。 SNP和 SNPX GE Fanuc開發(fā)的系列 90通訊協(xié)議 (SNP)是一個專用通訊協(xié)議，可實現(xiàn)下列通訊：主在主／從系統(tǒng)中的啟動裝置 ；從 在主／從系統(tǒng)中的響應裝置； SNP在 CCM模塊上支持顯示和在線修改數(shù)據(jù)，不支持編程或軟件組態(tài)， GE Fanuc提供 SNP驅動軟件和源程序便于用戶開發(fā)。 26 3． 4． 2 觸摸屏的選擇 LCU采用的 SIEMENS MP370觸摸屏，適合惡劣環(huán)境下使用，支持 TCP／ IP網(wǎng)絡互連通訊，具有高可靠性、防塵、防震、抗電磁干擾等優(yōu)良性能。具體如下： 開機執(zhí)行過程有三種： ①開機 空轉 并網(wǎng)自動帶負荷； ②開機 空載 并網(wǎng)自動帶負荷； ③開機 并網(wǎng)自動帶負荷 停機執(zhí)行過程有： ①發(fā)電 空載 正常停機狀態(tài) ② 發(fā)電 空轉 正常停機狀態(tài) ③ 發(fā)電 正常停機； ④ 發(fā)電 事故停機必須跳滅磁開關、關蝶閥； ⑤ 發(fā)電 緊急停機必須關蝶閥或快速閘門 )。 3． 6． 1 機組停機態(tài)到空轉態(tài) PLC接收到機組停機備用到空轉運行操作時，若開機條件滿足后先發(fā)提鎖錠命令，待鎖錠拔出后給調速器發(fā)開 機令，轉速達到 95％ Ne以上復歸開機令，機組自動開至空轉態(tài)；若開機條件不滿足或鎖錠未拔出及轉速未達到 95％ Ne的情況下延時報警并退出。 32 3． 6． 5機組空載態(tài)到空轉態(tài) 機組在空載態(tài)， PLC接收到機組空載態(tài)到空轉態(tài)運行操作命令時，發(fā)逆變滅磁令給勵磁調節(jié)器，判發(fā)電機電壓至 20％額定電壓后復歸空載轉空轉等命令，機組自動進入空轉態(tài)；若判斷發(fā)電機電壓大子 20％額定電壓時延時報警并退出。 35 當 PLC檢測到機組轉速達到 150％ Ne或事故低油壓動作的信息時，同時啟動緊急停機電磁閥、事故配壓閥、落快速門、分 9B及分 FMK，執(zhí)行空載轉停機流程即依次調用空載轉空轉流程和空轉轉停機流程，機組自動進入停機態(tài)。 logicmaster9030含有全部所需的開發(fā)，編輯，打印，文件程序上裝或下裝，監(jiān)視，在線或離線改變，程序保持和組態(tài)。 ME功能： 創(chuàng)建與 PLC邏輯和信息相關的文件夾 組態(tài) PLC硬件 創(chuàng)建和編輯變更表 創(chuàng)建，編輯和監(jiān)視執(zhí)行的梯形圖邏輯 創(chuàng)建編輯 Motion程序 創(chuàng)建 Control StationNT／ CE控制面板 (軟件 PLC)的組態(tài)工程 創(chuàng)建 Quick Panel(觸摸屏 )組態(tài)工程 創(chuàng)建 View StationNT／ CB顯示面板 (緊湊型 PC)的組態(tài)工程 允許通過 Web方式進行遠程登錄 3． 7． 2 應用程序的設計 38 根據(jù)冉家壩水電站水輪發(fā)電機組的實際工作情況， LCU的主控制器 PLC選擇了模塊化編程方法。 中斷模塊： CPU的操作系統(tǒng)可以根據(jù)不同的事件自動調用其他的一些中斷程序，如： 硬件中斷模塊 OB40：發(fā)生硬件中斷 (事故 )時被調用； 診斷中斷模塊 OB81：后備電池失效時被調用； 診斷中斷模塊 0885：模塊有缺陷時被調用； 診斷中斷模塊 0886：擴展設備或 DP從站故障時被調用； 同步中斷模塊 08122：訪問一個錯誤或不存在的模塊時被調用。 4．空載 轉發(fā)電功能塊 FC4。 11．水機警告信號功能塊 FCII，它的任務是接到水機警告信息后將其保持并點亮觸摸屏上的相應光字，可以人為復歸， FC11功能塊在 OBI中是被無條件調用的。監(jiān)控系統(tǒng)采用 PLC作為現(xiàn)地控制單元，其優(yōu)點是可靠性高，硬件安裝方便，現(xiàn)場抗干擾性強。 4．模塊化設計 軟件設計時充分利用模塊化編程，根據(jù) LCU的一些功能 (如停機轉空轉、空轉轉空載、停機轉發(fā)電、發(fā)電轉空載等順控操作 )， 按照不同的功能分別編成相關的功能塊，實現(xiàn)軟件的模塊化編程，減少各個模塊問的相互依賴，使整個程序清晰明了。 (2)人機接口響應時間調用新面面的時間：全圖形顯示不大于 2s；在已顯示的畫面上實時數(shù)據(jù)刷新時問從數(shù)據(jù)庫刷新后算起不大于 2s；操作員發(fā)出執(zhí)行命令到控制單元回答顯示的時間不超過 2s；報警或事件產(chǎn)生到畫面字符顯示和發(fā)出音響的時間不超過2s． (3)主控級控制功能的響應時間 有功功率聯(lián)合控制功能執(zhí)行周期為 3slmin可調：無功功率聯(lián)合控制功能執(zhí)行周期為 3s3min可調；自動經(jīng)濟運行功能處理周期為 530min可調；主控級自動 控制命令執(zhí)行的響應時間即從控制命令發(fā)出到單元級控制點執(zhí)行該控制命令的時間不得超過1． 5s。采用制造廠提供的合格的備件來更換故障組件。但對于重復性故障。 51 4． 2． 3可維修性 可維修性參數(shù)平均修復時間 (MTTR)由制造單位提供，當不包括管理輔助時間和運送時間，一般考慮在 0． 5小時的范圍內。 (5)雙機 (工作站 )切換時間：雙機熱備用，切換時保證無擾動、實時數(shù)據(jù)不丟失、實時任務不中斷。 PLC梯形圖編程軟件具有公開、直觀、簡單、可編寫的特點，易于現(xiàn)場技術人員學習掌握和 做必要的修改。 LCU具有硬件和軟件自診斷功能和顯示功能，即使上位計算機發(fā)生故障，仍可通過 LCU上的觸摸顯示屏等設備對水輪發(fā)電機組和輔助設備進行現(xiàn)場操作和監(jiān)視：為了現(xiàn)場調試的方便或某些特殊情況下， LCU脫離中控室運行， LCU留有與便攜式工作站通信的接口。 13．溫度巡檢測量功能塊 FCl3，它的任務是將溫度巡檢儀測量的溫度量通過計算，轉化為可讀量并一一對應的顯示在觸摸屏上， FCl3功能塊在 OBI中是被無條件調用的。 5．停機轉發(fā)電功能塊 FC5，它的任務是在 OBI接到上位機或觸摸屏的停機轉發(fā)電令時被調用。通過調用命令調用其它功能塊，即子程序。這些塊相當于主循環(huán)程序的子程序。 編程軟件特點：在線和離線繼電器梯形圖程序開發(fā)；在線顯示，更改，常規(guī)顯示和參數(shù)值；完成程序注釋，名稱，別名和注釋；簡易菜單驅動軟件具有圖像放大功能；刪除和粘貼功能；內裝 PID功能；四級加密口令；熱鍵和廣泛有效的幫助；符號參數(shù)程序設計；完成通訊設置包括調制解調器控制；組態(tài)存檔或保存在一個文件中；常態(tài)打印能力；能在 Pc與 PLC和其它計算機之間完成數(shù)據(jù)傳輸； PLC和 CPU故障診斷顯示以監(jiān)視和清除故障；運行／停止方式 控制。 當 PLC檢測到機組轉速達到 115％ Ne(主配拒動 )或轉速達到 140％ Ne或緊急停機按鈕動作的信息時，同時啟動緊急停機電磁閥、事故配壓閥、分 9B及分 FMK(，最后執(zhí)行 36 空載轉停機流程即依次調用 空載轉空轉流程和空轉轉停機流程，機組自動進入停機態(tài)。 33 3． 6． 6機組空轉態(tài)到停機態(tài) 機組在空轉態(tài)， PLC接收到機組空轉態(tài)到停機態(tài)運行操作命 令時給調速器發(fā)停機令，待發(fā)電機轉速降低至 25％ Ne、導葉在空載開度以下時啟動制動電磁閥；延時 90S后判斷機組制動風閘在落下位置后復歸制動電磁閥和停機令并給風閘反向給風，延時30S后撤去反向給風，待轉速小于 lO％ Ne、導葉全關時啟動落鎖，鎖錠落下后復歸落鎖令，機組自動進入停機態(tài)；在轉速未達到 25％ Ne、導葉未全關等情況下延時報警并退出。 29 圖 310 機組停機轉空轉流程框圖 3． 6． 2 機組 空轉 態(tài)到空 載 態(tài) 機組在空轉態(tài)， PLC接收到機組空轉態(tài)到空載態(tài)運行操作時，發(fā)投勵磁起勵命令給勵磁調節(jié)器，待發(fā)電機電壓達到 80％ Ue后復歸投勵磁等命令，機組自動進入空載狀態(tài)；在電壓未達到 80％ Ue的情況下延時報警并退出。在機組順序控制操作程序設計中一般考慮：在操作人員發(fā)出機組操作命令后， PI． ,C可以自動按預 先設定的流程完成全部的操作，也可以在操作人員干預下進行單步操作；停機命令優(yōu)先于發(fā)電命令，并在開機過程中，空轉態(tài)、空載態(tài)、