【正文】 有功和無(wú)功功率的組合變送 器。 3． 4． 6 交流采樣裝置的冗余配置 數(shù)據(jù)采集處理是計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)一項(xiàng)重要基礎(chǔ)，交流采集裝置是一個(gè)智能的多功 27 能交流 信號(hào)采集處理裝置，將一條線路的 PT、 CT信號(hào)直接接入后通過(guò)高速運(yùn)算產(chǎn)生其它所需參量 (功率、電度、頻率、功率因數(shù)等 )，通過(guò) PLC的通信方式送給 LCU，響應(yīng)俠、精度高。 3． 4． 4 測(cè)溫裝置的選擇 采用南瑞公司生產(chǎn)的 SJ一 200C型微機(jī)溫度巡檢／保護(hù)裝置，此裝置可接入二、三線制測(cè)溫電阻達(dá) 48路，支持多種測(cè)溫電阻，自動(dòng)調(diào)校零點(diǎn)及增益，免調(diào)校。 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(luò)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。 可編程軟件 系統(tǒng) 90一 30可選編程軟件可以是梯形圖邏輯、 SFC、“ C”或者狀態(tài)邏輯。PCM模塊中用 MegaBasic程序能實(shí)現(xiàn) RTU主通訊協(xié)議。主一主／從系統(tǒng)中的啟動(dòng)裝置；從一主／從系統(tǒng)中的響應(yīng)裝置；對(duì)等一啟動(dòng)和響應(yīng)到另一對(duì)等裝置。 SNP和 SNPX GE Fanuc開發(fā)的系列 90通訊協(xié)議 (SNP)是一個(gè)專用通訊協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)下列通訊：主在主／從系統(tǒng)中的啟動(dòng)裝置 ；從 在主／從系統(tǒng)中的響應(yīng)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(qū)動(dòng)軟件和源程序便于用戶開發(fā)。通過(guò)再啟動(dòng)／復(fù)位按鈕，將模塊設(shè)為初始狀態(tài)而不需要關(guān)斷電源。一個(gè)口為 RS232口，一個(gè)口可由用戶配置為 RS232口或 RS485口，用25針 D型連接器連接，電纜的一端用 25針直角連接器，另一端是雙頭 25針連接器，可接兩根單獨(dú)的電纜。 特殊模塊 特殊模塊包括熱電偶模塊、 RTD模塊、毫伏／應(yīng)變儀模塊、順序事件記錄模塊、隔離模擬量模塊、帶調(diào)制解調(diào)器的通訊模塊和一個(gè)氣動(dòng)閥輸出模塊。 分布式 I／ 0通信模塊 系列 90— 30有許多通信 選項(xiàng)，包括以太網(wǎng)、 Genius、 Series90協(xié)議 (SNP)和ModbusRTU。其中機(jī)組 LCU配置如表 3— 1： (2)GE Fanuc 90— 30 PLC 各模塊說(shuō)明 電源模塊 系列 90一 30電源模塊依照 CPU的性能分為單電源、故障安全電源和容錯(cuò)電源。有些廠家具有數(shù)據(jù)采集和控制軟件產(chǎn)品，這些軟件包提供的軟件和 9030PLC之間的結(jié)合天衣無(wú)縫， 許多操作接口使用 SNP通訊協(xié)議與具有內(nèi)裝接口的系列 90— 30PLC進(jìn)行通訊。另外系列 90— 30PLC有功能很強(qiáng)的特殊模塊可供選擇，包括軸定位模塊，高速計(jì)數(shù)器 24 模塊， BASIC和 C語(yǔ)言協(xié)處理器模塊及 Genius通訊模塊，具有豐富的開關(guān)量 I／ O和模擬量 I／ O，簡(jiǎn)化啟動(dòng)和故障自診以及容易與其他品牌 PLC、設(shè)備通訊的特性。 90— 30系列 PLC是 GE Fanuc系列 PLC的一員，提供最先進(jìn)的編程特性，易于組態(tài)，便安裝，獨(dú)有的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)開辟了一條性能價(jià)格比較高的工業(yè)控制途徑。 經(jīng)過(guò)對(duì)單臺(tái)機(jī)組 J監(jiān) 測(cè)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(jì)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)。監(jiān)控系統(tǒng)能以中斷方式迅速響應(yīng)這些信號(hào)并做出一系列必要的反應(yīng)及自動(dòng)操作；非中斷型開入量信號(hào)是指除中斷型開入量信號(hào)以外的那部分開入量信號(hào)，包括各類故障信號(hào)、斷路器及隔離開關(guān)的位置信號(hào)、機(jī)組設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)、手動(dòng)自動(dòng)方式選擇的位置信號(hào)等。 b、 PLC型號(hào)的選擇 (1)監(jiān)控點(diǎn)的選擇 在進(jìn)行機(jī)組監(jiān)控點(diǎn)的選擇時(shí)，根據(jù)監(jiān)控點(diǎn)性質(zhì)的不同分為開入量、開出量和模擬量。 (3)校驗(yàn)電源的容量。 (2)根據(jù)控制對(duì)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(wú)特殊功能要求估計(jì) PLC的性能。 圖 3— 7可編程控制器的結(jié)構(gòu)示意圖 冉家壩水電站單機(jī)容量為 70MW， 對(duì)于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求非常高，所以， LCU的結(jié)構(gòu)采用冗余結(jié)構(gòu)。 PLC及其有關(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。 3． 4 冉家壩水電站機(jī)組及公用 LCU的硬件設(shè)計(jì) 水電站現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境相對(duì)較差，現(xiàn)場(chǎng)具有較大的電磁干擾、振動(dòng)和潮濕，因此，要求LCU的硬件應(yīng)具有高可靠性、防塵、防振、抗震和抗電磁干擾等性能，滿足無(wú)入值班 22 的要求，冉家壩水電站機(jī)組 LCU單元主控制器選用 PLC。 作為現(xiàn)地控制單元，實(shí)現(xiàn)和微機(jī)勵(lì)磁、調(diào)速、保護(hù)等設(shè)備的通信。 采取必要的邏輯判斷以減少誤認(rèn)事故并誤啟動(dòng)事故停機(jī)流程的可能。 3． 3． 4 事故停機(jī)處理 機(jī)組 LCU在事故停機(jī)的完成手段上主要有以下幾方面的技術(shù)： 由 LCU的 I／ O模塊直接對(duì)采集到的事故信息進(jìn)行響應(yīng)和處理，執(zhí)行相應(yīng)的事故停機(jī)流程。 3． 3． 2 安全運(yùn)行監(jiān)視 狀態(tài)監(jiān)視和事件報(bào)警． 越復(fù)限檢查和梯度越限檢查和報(bào)警 控制命令執(zhí)行中可在面板顯示操作全過(guò)程及操作受阻部位 電站設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)視和參數(shù)顯示 3． 3． 3 控制和調(diào)節(jié) a．控制和操作類型 LCU能接受當(dāng)?shù)鼗騺?lái)自上位機(jī)的命令，完成對(duì)下述被控設(shè)備的操 作： 21 機(jī)組 LCU：各種機(jī)組狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，機(jī)端斷路器的控制，有功、無(wú)功負(fù)荷調(diào)節(jié)； 開關(guān)站及公用設(shè)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(shè)備的操作。 對(duì)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(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。 d．?dāng)?shù)碼量 數(shù)碼量信號(hào)主要指水位 BCD碼輸入量。 對(duì)脈沖量的處理包括硬件及軟件濾波、脈沖累加、數(shù)據(jù)有效合理性判斷、標(biāo)度變換、檢錯(cuò)糾錯(cuò)處理，經(jīng)格式化處理后存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。 對(duì)開關(guān)量信號(hào)的處理包括光電隔離、硬件及軟件濾波、基準(zhǔn)時(shí)間補(bǔ)償、數(shù)據(jù)有效性合理性判斷、啟動(dòng)相關(guān)量處理功能 (如啟動(dòng)事件順序記錄、事故報(bào)警、自動(dòng)推出畫面及自動(dòng)停機(jī)等 )，最后經(jīng)格式化處理后存入數(shù)據(jù)庫(kù)。 普通開關(guān)量是指 SOE開關(guān)量以外的各類故障信號(hào)、報(bào)警信號(hào)、隔離開關(guān)位置、設(shè)備狀態(tài)等。 SOE開關(guān)量指事故、斷路器分合及重要繼電保護(hù)的動(dòng)作信號(hào)。 對(duì)模擬量信號(hào)的處理包括回路斷線監(jiān)測(cè)、數(shù)字濾波、誤差補(bǔ)償、數(shù)據(jù)有效性合理性判斷、標(biāo)度換算、梯度計(jì)算、越復(fù)限判斷及越限告警，最后經(jīng)工程及格式化處理后存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。 a．模擬置 模擬量分為電氣模擬量、非電氣模 擬量及溫度量。 圖 3— 6 主輔冗余型 LCU示意圖 3． 3 冉家壩水電站對(duì)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(guò)此功能對(duì)電站的主輔設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行參數(shù)及測(cè)量值進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、工程量化，存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，作為系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控、告警、控制、制表，計(jì)算和處理的依據(jù)。主輔冗余型 LCU由于經(jīng)濟(jì)靈活，可靠性高，輸入輸出 19 回路較為簡(jiǎn)單，各控制器生產(chǎn)廠家的主流 PLC均能實(shí)現(xiàn)這種配置模式，因此在許多大中型水電站的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中得到的廣泛的應(yīng)用。當(dāng)任一 PLC出現(xiàn)故障都不影響 LCU對(duì)機(jī)組的持續(xù)監(jiān)控，可靠性得到了極大的提高，但由于投資成本較大，輸入輸出回路較為復(fù)雜，目前主要在大型機(jī)組應(yīng)用。 a．單機(jī)型 LCU 單機(jī)型 LCU是目前應(yīng)用最廣的配置方式之一，是由一套單 CPU及其 I／ 0模件構(gòu)成的主控制器，以及所需的其它輔助設(shè)備組成的，如圖 3— 4所示。 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。 3． 2 LCU的結(jié)構(gòu)模式 目前，水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的現(xiàn)地控制單元硬件設(shè)備有下列幾種結(jié)構(gòu)模式： 3． 2． 1 一體化工控機(jī)直接聯(lián)網(wǎng) 結(jié)構(gòu)如圖 31所示，這種模式的 LCU通過(guò)工控機(jī)來(lái)完成復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理和與底層通信等功能，它的缺點(diǎn)是當(dāng)工控機(jī)故障時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致 LCU失去與 廠站級(jí) 的聯(lián)系，系統(tǒng)的可靠性會(huì)降低。 16 通訊功能：包括與站級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的通訊和與調(diào)速器、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器等的通訊，采用 MODBUS或硬接線方式。 3)開關(guān)狀態(tài)量，包括機(jī)組出口開關(guān)、發(fā)電機(jī)滅磁開關(guān) （ FMK） 、勵(lì)磁轉(zhuǎn)換開關(guān) LZK、機(jī)組導(dǎo)水葉主令控制器開度位置接點(diǎn)、來(lái)自機(jī)組轉(zhuǎn)速信號(hào)器的接點(diǎn)等。 2)溫度量，包括機(jī)組各軸瓦、冷卻器熱風(fēng)溫度。 數(shù)據(jù)采集： 1)模擬量，包括機(jī)組電氣量 (如定子電壓、轉(zhuǎn)子電壓、定子電流、勵(lì)磁電流、功率因數(shù)、頻率、有功功率、無(wú)功功率、有功電量、無(wú)功電量等 )和非電氣量 (如機(jī)組各部油位、油壓、風(fēng)壓、冷卻水壓力、壓力差等 )。 8)風(fēng)閘控制 .9)低周波自動(dòng)啟動(dòng)控制 。 6)機(jī)組壓力油罐油壓、油面自動(dòng)控制，包括根據(jù)壓力油壓力 ()控制啟動(dòng)壓力油泵， )控制兩臺(tái)壓油泵的自動(dòng) 切換啟 停和壓力油罐內(nèi)油面高度的自動(dòng)控制。 4)水機(jī)保護(hù)：機(jī)組軸承、軸瓦等部分溫度過(guò)高、機(jī)組操作壓力油油壓過(guò)低、機(jī)組過(guò)速等的事故停機(jī)、跳機(jī)組出口開關(guān)等。 2)開停機(jī)控制： 正常開停機(jī)和事故停機(jī)。 每臺(tái)機(jī)組設(shè)置一臺(tái) LCU，接收操作員站指令或現(xiàn)地指令控制本臺(tái)機(jī)組，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的開關(guān)量、模擬量及部分溫度量輸入信號(hào)，執(zhí)行并監(jiān)測(cè)控制序列。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 。由廠站級(jí)和現(xiàn)地控制級(jí)組成，現(xiàn)地控制級(jí)設(shè)兩臺(tái)機(jī)組 LCU和一套開關(guān)站和公 用設(shè)備 LCU。在選型時(shí)主要考慮其應(yīng)用的成熟度，接口的開放性及人機(jī)界面漢化程度，現(xiàn)在IFIX、 WinCC都有漢化版本在國(guó)內(nèi)均有出售，故選用 WinCC組態(tài)軟件。 b．組態(tài)軟件 工業(yè)控制組態(tài)軟件種類很多，國(guó)外有名的組態(tài)軟件有： IFIX、 WinCC、 Intouch、Logix5000等。 a．系統(tǒng)軟件 國(guó)內(nèi)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(wù)器方式設(shè)計(jì)，搶先式多任務(wù)，可移植性，可用于多種硬件平臺(tái)。 LCU選用GE的 90__30PLC構(gòu)成現(xiàn)地控制單元。上位機(jī)系統(tǒng)各控制系統(tǒng)和設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)間的通訊介質(zhì)為超五類屏蔽雙絞線， PLC通過(guò)光纖和光纖收發(fā)器與網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)相連，以增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)抗干擾能力，所有上位機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸 速率為100Mbps，現(xiàn)地控制單元的數(shù)據(jù)傳輸 速 率為 l0Mbps。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 配置： DELL 工作站 英特爾 P42． 4GHz 內(nèi)存： 512MB／硬盤 80GULTRAATAloo／ CDROM ‘ 網(wǎng)卡： 100MB網(wǎng)卡 *2／聲卡 顯示器： 20寸 TFT 鍵盤、鼠標(biāo)、電源線、音箱 (4)打印機(jī) 設(shè)置打印機(jī) 2臺(tái)，完成各種信息及報(bào)表打印以及計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的其他打印服務(wù)功能；打印方式以召喚打印為主，定時(shí)打印為輔； 13 主要性能要求： 最小打印速度： 16PPM， 66MHzRISC處理器： 打印分辨率： 1200dPi： 打印方式：激光式： 打印紙尺寸： A3\A4 內(nèi)存： 4MB (5)不間斷 UPS電源 配置電力系統(tǒng)不間斷電源構(gòu)成電源系統(tǒng)，供電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主控級(jí)使用；電源配置單獨(dú)采用逆變電源。主要任務(wù)是完成語(yǔ)音報(bào)警功能、 OnCall功能。 (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(jí)電站及二級(jí)電站的通信接口。配置聲卡、音箱和語(yǔ)音軟件，設(shè)置語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)作為電站監(jiān)控系統(tǒng)的一部分，對(duì)電站故障和事故發(fā)語(yǔ)音報(bào)警，提醒運(yùn)行人員。 采用雙機(jī)，互為冗余熱備，切換無(wú)擾動(dòng)。 主機(jī)同時(shí)供運(yùn)行值班人員使用，具有圖形顯示、全廠運(yùn)行監(jiān)視和控制功能、發(fā)操作控制命令、作定制修改、設(shè)定與變更工作方式等功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 21。 (10)所有的系統(tǒng)軟件以及應(yīng)用軟件具備版本升級(jí)以及開發(fā)延續(xù)的能力。 (7)人機(jī)界面采用全中文顯示，功能強(qiáng) ，操作方便，簡(jiǎn)潔、靈活，便于二次開發(fā)； (8)在保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性等技術(shù)指標(biāo)的同時(shí)，系統(tǒng)可維護(hù)性好。軟件模塊化、結(jié)構(gòu)化，使系統(tǒng)更能適應(yīng)功能的增加和規(guī)模的擴(kuò)充。系統(tǒng)各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足 DL／T5781995《水電廠計(jì)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)投入運(yùn)行后，使全站運(yùn)行管理達(dá)到無(wú)人值班 (少人 值守 )。 2． 3 冉家壩水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 2． 3． 1冉家壩水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則和功能要求 根據(jù)電力工業(yè)部頒發(fā)的關(guān)于《水 電廠“無(wú)人值班” (少人值守 )的若干規(guī)定》 (電安生【 1996】 484號(hào)中提出的在水電站中逐步推行“無(wú)人值班，少人值守”管理模式的要求，借鑒國(guó)內(nèi)外其它電廠監(jiān)控系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)并針對(duì)冉家壩電站的整體情況，系統(tǒng)功能滿足“無(wú)人值班，少人值守”的原則進(jìn)行總體配置，整個(gè)電站的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則如下： (1)監(jiān)控系統(tǒng)本著安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的原則，按無(wú)人值班 (少人值守 )原則進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。 (3)采用分層控制方式時(shí)，對(duì)控制設(shè)備