水电站计算机监控系统与常规控制区别与应用

摘 要：结合大河水电站计算机监控系统与常规控制区别和应用,进一步说明水电站采用自动化控制对提高水电站的安全控制、经济运行以及运行管理优越性.

关 键 词：水电站；计算机监控系统；常规

众所周知,水电站在电力系统中担负着电能输送的繁重任务,对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用.尤其是广东每年众多水力发电站的不断投入运行使水电站的安全控制、电站经济运行以及运行管理越显得更为重要,如果水电站仍依靠原来的人工操作,依靠原来水电站的旧设备,而不进行技术改造的话,必然没法满足安全、稳定和经济运行的需要,更谈不上适应现代水利水电管理模式的需求.

1.传统的水电站监控存在的缺点

1.1安全性、可靠性不能满足现代电力系统高可靠性的要求

传统的水电站大多数采用常规的设备,尤其是二次设备中的继电保护采用电磁型或晶体管装置,结构复杂、可靠性不高,本身又没有故障自诊断的能力,只能靠一年一度的整定值的校验发现问题,才进行调整与检修或必须等到保护装置发生拒动或误动后才能发现问题.

1.2供电质量缺乏科学的保证

衡量电能质量的主要指标是频率和电压.随着国民经济的持续发展,电力系统供电质量不断提高,传统的水电站,大多数不具备科学调测手段,不能满足目前发展的电力市场的需求.

1.3控制室占地面积大,增加了建筑投资

实现了综合自动化的水电站与传统的水电站相比,在一次设备方面,目前还没有多大的差别,而差别较大的是二次设备.传统的水电站,二次设备多数采用电磁式或晶体管式,体积大、笨重,因此,主控制室、继电保护室占地面积大.如果水电站实现综合自动化,则会大大减少占地面积,这对国家眼前和长远的利益都是很有意义的.

1.4不适应实时控制的要求

水电站要做到优质、安全、经济运行,必须及时掌握系统的运行工况,才能采取一系列的自动控制和调节手段.但传统的水电站不能满足及时提供运行参数的要求,没法进行实时控制,不利于水电工程的安全、稳定运行.

1.5维护工作量大,设备可靠性差,不利于提高运行管理水平和自动化水平

常规的保护装置和自动装置多为电磁型或晶体管型,例如晶体管型保护装置,其工作点易受环境温度影响,因此其整定值必须定期停电校验,每年校验保护定值的工作量是相当大的；也无法实现远方修改保护或自动装置的定值.

2计算机监控系统与常规控制的区别

常规水电站的二次设备由以下几部分组成：继电保护、自动装置、测量仪表、操作控制屏和信号屏以及远动装置（较多电站没有远动装置）.在微机化以前,上述各组成部分不仅功能不同,实现的原理和技术也各不相同,因而长期以来形成了不同专业和不同管理部门.80年代以来,由于集成电路技术和微机技术的发展,上述二次设备开始采用微机型装置.例如,微机继电保护装置、微机型自动装置、微机监控系统和微机RTU等.这些微机型装置尽管功能不同,但其硬件结构大同小异,除微机系统本身外,一般都是由对各种模拟量的数据采集回路和1/0回路组成,而且所采集的量和所控制的对象还有许多是共同的.

由于水电站采用微机装置投人运行以后,显示出许多原来电站常规的二次设备所不能具备的优越性.因此,“水电站微机装置”在近几年来便成为热门的话题,引起了有关部门的注意和重视,其优越性主要表现在如下几个方面：

a）水电站微机装置利用当代计算机的技术和通信技术,提供了先进技术的设备,改变了传统的二次设备模式,信息共享,简化了系统,减少了连接电缆,减少控制室占地面积,降低造价,改变了水电站的面貌.

b）提高了自动化水平,减轻了值班员的操作量,减少了维修工作量.

c）随着水电站复杂程度的增加（如：结合水库防洪、灌溉、供水等）,水电站与有关工程综合成调度中心,及时掌握调度中心汇总的信息以便调动工程的生产运行.

d）提高水电站的运行可控性,要求更多地采用远方集中控制、操作、反事故措施等.

e）采用少人值班管理模式,提高劳动生产率,减少人为误操作的可能.

f）全面提高运行的可靠性和经济性,虽然采用常规的继电保护和控制设备,也可实现上述一些要求,但全面满足上述要求则是微机装置需解决的问题.

3大河水电站计算机监控系统应用

大河水库（电站）工程位于漠阳江的支流西山河上,水库的控制面积438km2,总库容3.322亿m3,大河电站装机容量为2x15MW,采用韶关水轮机厂生产的HLD74-LJ-225水轮机,5-24/5500发电机,设计水头42m,设计年均利用时间2900h,多年平均发电量8700万kW-h.两台8-2000/110变压器连接大崆、大春、大圭三回出线.

为适应社会的发展,提高经济效益,大河水电厂采用北京水科院研制的开放式分层分布H9000计算机监控系统.该系统由主控层和现地控制单元层两级组成.主控级由三个工作站组成,承担不同的系统功能.其中操作员工作站两个,语音报警工作站一个.两台操作员工作站可同时工作,一个完成监视控制任务,另一个只进行正常监视.当监控工作站发生故障时,监视工作站可以升为监控站,完成监控任务.操作员工作站采用双屏显示.

现地控制单元（LCU）采用90/30PLC.全厂共设三套现地控制单元（LCU）,包括二台机组LCU、一台公用LCU.机组LCU配有独立同期装置、机组顺控装置、温度巡检装置,公用LCU配有一套同期装置和电量综合变送器.在LCU脱机运行时,可独立实现对电厂主设备控制、监控和调节.系统主控级各站与现地控制单元的递接采用开放式总线型以太网,网络通讯介质：

3.1现地控制单元现地控制单元LCU通过PLC可编程控制器,完成对设备数据采集与处理功能,并通过网络向主控级上传实时数据,其中包括：

3.1.1机组：①机组电气量采集；②机组温度量采集；③机组非电采集；④机组电气、机械保护报警量采集；⑤机组辅助设备模拟量、状态量、报警量采集；⑥机组累计发出的有功电度和无功电度.

3.1.2开关站：①电气量采集；②开关状态量采集；③电气保护报警量采集；④累计发出有功电度和无功电度.

3.1.3公用设备（包括400V厂用电系统、高压气机、碟阀油压装置、油水风系统、消防系统等）：①电气量采集；②压力数据采集；③设备状态量采集；④电气、机械保护报警量采集；⑤水位信号的采集.

3.2主控级功能

监控系统主控级自动定时地周期地采集单元控制级各LCU的有关过程参数（如模拟量、开关量、状态量等）并存人数据库,对采集的数据进行分析和处理,对电站单元控制级各机组LCU发出控制命令,实现中控室集中监控及管理.

3.2.1运行监视及事件报警

a）定时更新全站实时数据库,在上位机显示运行监视图、操作接线图等各种画面以及趋势曲线一览表等.实时显示设备的运行数据和状态,通过上位机显示使操作人员以可清晰的监视全站的运行状态、操作过程和报警信息.

b）对各LCU采集的数据进行模拟量越限比较,超限采用二级制,对开关量的状态变化进行分析,对异常情况进行报警处理,发出声响、报警打印,自动弹出事故提示,画面闪光及变色打印事故追忆等,便操作人员能及时发现并处理事故.

C）对运行设备和各种数据进行归档、统计,形成运行日志,维护数据库并形成日报表、月报表,还可以对各种报表进行定时打印、召唤打印和历史打印.

d）通过事故追忆分析事故原因.事故追忆功能是指监控对象发生事故时,监控系统能按照事先设定的要求和记录格式：对事故发生前后一段时间内与事故相关的一些重要参量的测值进行自动记录、归档,为事故分析提供历史数据.

3.2.2系统界面及操作

a）计算机监控系统采用图形人机对话方式,操作人员可以通过控制台上的功能键盘和鼠标与计算机进行信息交换,调用各种画面监视设备运行工况,启动打印记录,修改越限值,拷贝需要的画面等,并对监控对象进行调节与控制.

b）全厂电气接线图,发电机组监视图,显示机组的开、停机状态,断路器和隔离开关的分、合闸状态,各电气设备的实时电压、电流、有功、无功值,1号、2号厂变、厂用母线I段,厂用母线Ⅱ段,及厂用母线至各配电开关柜的接线,能显示断路器、隔离开关的分合闸状态及厂用变压器低侧电流,厂用变压器有功、无功、厂用低压母线低压值,以及能够显示机组的各种非电量参数,包括导叶开度、上游水位、下游水位、净水头等.

c）机组开停机过程监视图,能分步显示开停机流程框图,显示机组开停机过程中发电机组有功,无功,机端电压,定子电流,及励磁电流、电压实时数值,及断路器,灭磁开关,调速器等投切状态及控制方式,并且能发出开停机（计算机控制时）,调带功率、频率等指令.

全厂供排水系统图、全厂油系统图、全厂压缩空气系统图、全厂水力监测系统图、全厂负荷系统图,显示了全厂的运行工况.

3.3计算机监控的效果

3.3.1操作安全性

a）计算机监控系统正常运行时,对设备的操作均有闭锁条件和确认菜单对话框,运行人员只有在条件满足并通过确认后才能执行,这样,减少人为误操作,提高运行的可靠性.b）本系统设有分级管理,运行人员使用前必须先注册,经确认后才能操作.同时,计算机会自动记录操作时间和操作人姓名,这样就能避免无关人员操作设备造成事故.

3.3.2控制安全性

a）选用高性能的硬件,合理配置系统,选用成熟的组态软件,采取正确的控制方式,并把一些安全防范设于每道控制程序之中.把常规由运行人员把关的问题现由计算机把关,具有相当严谨的监视,判断和防误闭锁功能,对保证设备安全运行起到重大作用.

b）在事故处理方面由于计算机监控系统详细记录开关设备状态,电气模拟量、继电保护动作的情况,时间分辨高,并有事故追忆软件,对分析事故、查找事故原因迅速除故障起到很大的作用.

3.4经济运行方面

3.4.1与常规监控方式比较起来,计算机监控系统采用集中监控.设备控制操作简单,免去常规操作繁锁的操作步骤,减少人为操作错误,提高设备运行可靠性.减轻运行人员的劳动强度,节约人力资源,降低经营成本.

3.4.2采用微机同期装置,并网速度快,减少水资源浪费.

4.结语

大河水电站通过计算机监控系统实施以来,实现了对电站的自动监控、自动监视与调节,明显提高电站的自动化管理水平和安全运行水平；H9000监控装置的开停机、并网、电机出力等操作自如,电站实现了经济运行,年发电量达到原设计效果.

我省中小水电站总装机近500万kW,中小水电站作为我省水利水电的半壁河山,更应适应当今科技发展步伐,装备一流设备装置.总之,水电站实现微机自动化可以全面地提高水电站的技术水平和运行管理水平,使其能适应现代化水电运营的需要.

作者简介

林智海（1978—）,男,民族：汉族.大学本科毕业,自动控制工程师.从事水电站自动化微机监控研究工作.