微机综合自动化在槽门滩水电站的应用

　　摘要：介绍了槽门滩水电站综合化技术设计，分析了小型水电站实施微机综合自动化技术取代常规二次保护的优越性，并取得良好效益。
　　关键词：电站,微机综合自动化
　　1前言
　　20世纪是现代科技和信息技术高速发展的时期，如电子技术、计算机应用技术已广泛地应用于国民经济建设的各个领域，并取得了很好的经济效益。目前，国内许多电厂（站）正朝使用微机综合自动化技术而实现“无人值班”或少人值守的方向不断迈进，并取得了可喜的经验和成果。浏阳市地处湖南省山区，河流众多，雨量充沛，拥有丰富的水力资源，近年来全市在小水电建设方面取得了很大成绩。由于种种原因,浏阳市小型水电站多采用简单的控制保护装置：如熔断器，单一的过电流保护或采用机电型的保护装置，人工操作，个别的采用集控台，应用先进技术甚少。因此，农村小型水电站存在运行水平低，经济效益不高，安全事故频繁，运行人员多、素质低等问题。如何减少电站的运行人员，提高运行水平，增加电站的技术含量与经济效益，微机综合自动化技术在得到应用是当前小型水电站急需解决的问题。
　　浏阳市槽门滩水电站于2006年建成投运并网发电,该电站微机综合自动化的成功应用,是浏阳市新建小水电站的第一家,经过三年多的运行,已显现出了其优越性,结合该电站的实际情况,现就微机综合自动化在小型水电站的应用问题作一浅析探讨。
　　2电站基本情况
　　槽门滩水电站位于浏阳市枨冲镇，为浏阳河梯级开发电站，属径流式水电站，电站装机容量为3×1600kw，水轮机型号：ZDT03-250，发电机型号：SFW1600-40/3300，发电机出口电压6.3KV，电站升压站设1台6300KVA主变，出线1回35KV线路，针对槽门滩电站建设工期短、见效快；电站远离城市，可持续性特点。从控制投资规模、提高供电可靠性、供电质量考虑采用先进技术设备，以减少一次性投资和长期运行费用，本站采用长沙华能公司生产的MTC-3型水电站微机综合自动化系统，以实现少人值守的需要。
　　3MTC-3型水电站综合自动化系统系统概述
　　MTC-3型水电站综合自动化系统采用分层分布式结构。分层控制结构方式是将整个控制系统按控制的性质、复杂的程度和组织结构分成不同的层，各层完成各自的功能，各层之间用通信联系（功能控制层尚受现地控制层的继电控制）。凡对整个系统有全局性的影响，需要广泛协调的监控功能由上一层来完成，而局部性的监控功能则由相关的下一层来完成，下一层除了承担分配给它的功能外，还接受上一层的指导和制约。MTC-3型水电站综合自动化系统应用先进的微机技术具有微机保护功能、微机遥测功能，微机遥信功能、微机遥控功能，实现水电站综合自动化系统的监测、控制、保护及通讯管理等。
　　4槽门滩水电站MTC-3型水电站综合自动化系统配置方案
　　MTC-3型水电站微机综合自动化系统上位机层与现地控制层有多种方案可供设计时选择，1现地控制单元配工控机以太网，本方案对各现地控制单元接入工控机通讯接口板，工控机通过以太网与上位机系统连接，这种方案的优点是上位机故障时，所有现地控制单元可独立运行，缺点是造价高；2、现场总线网，本方案对各现地控制单元通过现场总线接入上位机，其优点是成本低，但网络性能较低。槽门滩水电站属于容量较小且投资较少的水电站，根据水电站实际监控功能的需求情况，进行技术经济性能综合比较，选择性能价格比优越的配置方案。我们采用现场总线网的配置方案（见下图），为增强系统的可靠性在本方案上增加触摸屏。
　　
　　4.1系统结构
　　槽门滩水电站采用以计算机监控保护为主、简化常规控制为辅的监控方式，组成电站微机综合自动化系统。槽门滩水电站综合自动化系统采用分层分布的开放式控制结构，网络采用现场总线结构。
　　自动化系统结构分为三层：
　　1、上位机层：根据槽门滩水电站的规模、特点、在系统中的作用、地位、功能要求等，电站控制层设备设在中央控制室,由主机操作员工作站的后台监控系统组成，以全中文WINDOWS2000XP以上版本作为系统平台，面向对象、全模块化、标准数据库结构，软件采用堆叠模块组成，各模块独立完成相应功能，编程易扩展、易组态、全开放。采用界面友好的“互动型”操作系统，单台主机组网，可远传调度的立体结构模式；通讯灵活，支持多种规约，并提供驱动开发接口，扩展新规约简单方便。
　　软件组成：
　　A、系统软件：
　　(1)组态软件：可连接各单元模块，自动识别其类型、配置等相应资源，利用工具包各类软件，可由用户自动生成各种画面、报表等信息。
　　(2)功能软件：画面显示功能、参数设置功能、操作控制功能、与调度系统、GPS、直流系统、电子式电能表等的通讯功能及时间顺序记录（SOE）功能，系统自动诊断功能。
　　B、应用软件：
　　（1）数据采集与处理软件；（2）系统管理软件；（3）人机联系软件；（4）权限管理软件；（5）历史数据软件；（6）扩展通讯软件；（7）自诊断软件。
　　硬件平台：主机（PⅣ3.0GMHZ/1G内存/160G硬盘/声卡/键盘/鼠标/音箱）显示器：21＂高分辨彩色显示器；宽行打印机：LQ-1900K；UPS电源：1000VA；电脑工作台一张。
　　2、现地控制层
　　现地控制层的配置依槽门滩水电站的特点按被控对象设置机组LCU屏3块、开关站及公用设备LCU屏1块、机组保护屏3块等。
　　机组LCU和升压站及公用设备LCU,由人机界面终端(液晶触摸屏)、PLC可编程控制器、准同期装置、温度测量装置、转速信号测量装置、数字式测量仪表和简易常规控制、保护、信号设备（如剪断销信号装置、手动操作开关、信号灯等，用于常规手动控制与监测）等组成。机组LCU监控范围包括水轮机、发电机、进水口闸门和机组附属设备，负责对水轮发电机组、电气一次设备及机组附属设备等实时监控；开关站及公用设备LCU公用设备监控范围包括升压站的主变、厂用变、电气一次设备、全站公用设备等实时监控，负责对升压站电气设备等实时监控，完成对全站公用设备的监视、控制。
　　各保护单元全部采用微机保护，均采取集中组屏方式放于中央控制室，各保护单元相对独立，能独立完成其保护功能，具有满足现场要求的发电机、变压器、水轮机、送电线路、厂用变等设备的保护功能，控制和保护单元均有独立的PLC构成，采用一对一结构，每个回路有独立的PLC完成，并通过通信接口向后台监控系统传送保护信息。[!--empirenews.page--]
　　3、功能控制层：完成发电和输电的水轮发电机、变压器、断路器、调速设备、励磁系统、闸门、各种传感器、油气水设备等，都是水电站的现场设备。
　　4.2通讯网络及设备配置
　　通信网络是计算机监控系统区别于常规系统的最明显的标志之一，同时采用通信网络，可以节省大量电缆，但要求是通信网络必须安全、可靠。MTC-3系统在水电站采用以太网(ETHERNET)和现场总线两种基本测控网络，槽门滩水电站采用现场总线测控网络。网络通信介质为屏蔽双交电缆线，通信频带宽，能以较高速率传送，节点数可达300个以上,网络系统完成电站各控制层之间和来自现地控制层(LCU)的全部数据的传输和各种访问请求，网络上的任一节点可以实时向网络上其它节点和网络上发送信息,某一节点故障,自动从网络上退出,不影响网络上的其它节点传输信息，并有良好的可扩展性、灵活性和安全性。
　　5计算机监控的功能
　　5.1控制功能
　　MTC-3计算机监控系统能对全站主要机电设备进行监测和控制。主计算机实现报表统计数据处理，历史数据表、厂内有功发电控制（AGC），自动电压控制（AVC），报表打印等功能。
　　系统对采集数据进行处理后的显示器（CRT）显示实时图形，各种报表，系统自诊断信息及报警和事件的发布。
　　计算机监控系统能控制机组启动，自动准同期并网发电、停机状态转换，控制公用设备自动启动，断路器自动准同期合闸，断路器分闸。
　　调节组机功有功率和无功功率，调节主变有载调压器分接头。
　　计算机监控系统操作方式有远方/现地两种，远方方式：由操作人员在中控室操作员工作站发出命令；现地方式：由操作人员在现地控制单元操作面板上发出命令。
　　5.2保护功能
　　水轮机保护：机组过速、调速器油压过低，轴承温度过高和事故剪断销作用于跳闸、灭磁和停机、调速器油压降低和轴承温度升高作用于信号。
　　发电机电气保护：差动保护；CT断线闭锁和失磁作用于跳闸、灭磁、停机，过电流；过电压；转子一点接地；定子一点接地；PT断线作用于信号。
　　主变压器保护有：差动速断保护；CT断线闭锁；复合电压闭锁过电流和过电压、重瓦斯作用于跳闸；过负荷；轻瓦斯和零序。
　　线路保护有：带时限方向过电流保护和过流速断保护作用于跳闸；过负荷作用于信号。
　　5.3机电设备运行参数监测
　　所有机电设备的主要运行模拟量和状态开关量参数均由微机系统进行实时检测记录，存入其数据库，并经处理后供显示。这些参数包括：
　　①电量参数：发电机的三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、频率、有功电量；发电机转子的电流、电压；35KV出线线电压和相电压；直流母线电压；站用交流对地电压；主变低压侧三相电流、有功功率、无功功率、有功电量、无功电量等。
　　②非电量参数：主变压器温度、调速器油压、定子铁芯温度，上导、下导、水导轴承温度等。
　　③机电设备运行状态参数：机组断路器开关状态、水轮机及发电机电气保护开关量状态、主变压器开关量状态、事故和故障信号状态、主变断路器开关状态，油、汽、水系统状态、励磁系统和调速器工作状态等。
　　5.4其它功能：
　　监控计算机主要功能是对电站全部自动化装置进行全面监控协调和管理，对各自动化装置发出指令及接收各自动化装置回送的数据，并进行记录、处理、显示、打印：
　　①实时显示电气主结线和运行工况流程。
　　②趋势显示及记录：对机组、主变的重要运行参数，如负荷、温度等作历史记录、存档，并以趋势曲线显示，以便分析短时间状态变化和长时间变化趋势。
　　③报警处理：保护动作和运行参数越限，实时推出报警画面，并伴有事故或故障信号显示及音响。
　　④事故、故障、保护动作开关量等事件发生的时间顺序记录。
　　⑤按年、月、日班进行日志打印制表。
　　⑥统计管理功能。
　　6应用效果
　　（1）减少了运行值班人员，可向无人值班过渡。
　　（2）改善了运行人员的劳动强度。运行人员利用鼠标点击操作台上的彩色显示器提示的菜单，就可完成操作控制，实现自动记录、打印，大大改善了运行人员的劳动强度。
　　（3）自动检测并调节运行参数，提高了电能质量。
　　（4）继电保护判断准确率达100%。如果水轮发电机组、电气设备发生故障，发生的位置、故障的类型在微机彩色显示屏上就可形象直观地准确显示，避免了常规保护需通过人工检查的方法才能判断的麻烦。
　　（5）微机控制设备比常规控制设备体积小、占地少、节约了土地使用面积。
　　（6）使用该装置后增加了电站的出力，提高了变压器经济运行水平，减少了电站的电力损耗。
　　（7）降低了电站的年运行费用，降低了电站的发电成本，提高了电站的经济效益。
　　7结束语
　　槽门滩水电站采用具有先进技术和较完备功能的微机综合自动化设计，在选型时注重产品质量，考察运行实绩以及厂家是否具有良好的售后服务。在投产运行后不仅可以满足电站目前运行的控制、监视、测量和报警等要求,也为电站今后发展留有余地,有很好的灵活性、兼容性、扩充性和互换性,既减少一次性投资，又减少运行维护，实现减员增效的效果。
　　参考文献
　　[1]水电站综合自动化北京:中国电力出版社1998
　　[2]中华人民共和国行业标准—农村电气化标准DL407—91
　　[3]水力发电厂自动化设计技术规范，DL/T5081-1997

《微机综合自动化在槽门滩水电站的应用》

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