XDPS-400系統(tǒng)在抽水蓄能電站的應(yīng)用

　　■概述
　　
　　近年來隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的突飛猛進(jìn),電力供需矛盾日益突出，峰谷差越來越大，為此抽水蓄能電站的建設(shè)被越來越重視。*，電力的生產(chǎn)和消費(fèi)是同步完成的，當(dāng)用電量少時(shí)，電力負(fù)荷處于低谷，發(fā)電廠發(fā)出的電大于用戶需要，電力系統(tǒng)有剩余電能，當(dāng)用電高峰時(shí)，電廠發(fā)出的電又無法滿足用戶的需要，抽水蓄能電廠可利用水庫(kù)的蓄水，在高峰時(shí)發(fā)電，為電網(wǎng)輸送電能，在低谷時(shí)從下庫(kù)抽水送往上庫(kù)，從而吸收多余的電能，起到削峰填谷，平衡峰谷電量差的作用。
　　
　　以安徽響洪甸蓄能電站為例，電站裝有2臺(tái)55MW可逆式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)110MW。在用電低谷時(shí)2臺(tái)機(jī)組可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)抽水，以消耗電網(wǎng)剩余能量，在用電高峰時(shí)，兩臺(tái)機(jī)組同時(shí)發(fā)電，以供給電網(wǎng)能量。這樣兩臺(tái)55MW機(jī)組，實(shí)際可以為電網(wǎng)提供220MW的調(diào)峰電量，為電網(wǎng)的調(diào)峰能力提供物質(zhì)手段。同時(shí)由于水電廠的啟動(dòng)迅速，一般從靜止到啟動(dòng)完成帶上滿負(fù)荷時(shí)間為3～5分鐘，因?yàn)槌樗钅茈娬具€承擔(dān)著在電網(wǎng)故障的緊急情況下為電網(wǎng)提供啟動(dòng)電源，因而抽水蓄能電站對(duì)于電網(wǎng)的穩(wěn)定、安全的運(yùn)行有著越來越大的作用。抽水蓄能電站的安全可靠運(yùn)行直接關(guān)系到整個(gè)電網(wǎng)的可靠運(yùn)行。
　　
　　抽水蓄能電站一般處于偏僻的山區(qū)，利用當(dāng)?shù)氐匦螚l件來建設(shè)上庫(kù)和下庫(kù)，抽水蓄能電站一般采用少人值守方式，僅有少數(shù)維護(hù)人員負(fù)責(zé)設(shè)備安全巡視。日常的電站啟動(dòng)和運(yùn)行均依賴于全廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的操作實(shí)現(xiàn)。全廠的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)本身的穩(wěn)定性和可靠性決定了整個(gè)蓄能電站的運(yùn)行穩(wěn)定和可靠性。
　　
　　響洪甸抽水蓄能電站原有的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是由其它廠家提供的基于GE9030PLC平臺(tái)的一套監(jiān)控系統(tǒng)。PLC模塊類型較單一（只有常規(guī)的AI,DI,DO等模塊），故對(duì)于溫度量及電氣量均需要裝設(shè)變送器和設(shè)備（如溫度巡儀等），增加了二次設(shè)備及接線，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與這些設(shè)備的接口增多造成了整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性下降。PLC的組態(tài)修改及維護(hù)均需到當(dāng)?shù)剡M(jìn)行，而整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)分別布置在地下廠房到升壓站控制室的全廠區(qū)間內(nèi)，因而維護(hù)及調(diào)試十分不便。由PLC構(gòu)成的整個(gè)系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)個(gè)獨(dú)立的單元子系統(tǒng)，各單元子系統(tǒng)間無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)及信息的共享及交換，因而對(duì)于抽水蓄能機(jī)組的某些工況（需要在幾個(gè)LCU間進(jìn)行信息交換）的實(shí)現(xiàn)十分困難。
　　
　　■系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　
　　響洪甸蓄能電廠的業(yè)主經(jīng)過仔細(xì)考察和反復(fù)論證，決定采用新華分布式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)XDPS-400改造原有的監(jiān)控系統(tǒng)。響洪甸蓄能電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)配置如下圖所示。　　整個(gè)系統(tǒng)采用分層（分為廠級(jí)控制系統(tǒng)和現(xiàn)地控制層）、分布式（各LCU采用就地布置）結(jié)構(gòu),以冗余以太光纖自愈環(huán)網(wǎng)為核心分別連接2套機(jī)組LCU，開關(guān)站LCU公用系統(tǒng)LCU以及廠級(jí)控制部分。監(jiān)控對(duì)象覆蓋2臺(tái)可逆式水輪發(fā)電機(jī)組及輔機(jī)系統(tǒng)，開關(guān)站220KV線路開關(guān)主變等設(shè)備以及公用系統(tǒng)（滲漏泵，檢修泵，廠用電系統(tǒng)等），涉及整個(gè)蓄能電站的各部分子系統(tǒng)。
　　
　　每套LCU以分布式處理單元DPU為核心，DPU對(duì)下采用以太網(wǎng)方式與XDPS系列卡件通訊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和轉(zhuǎn)換，同時(shí)利用DPU內(nèi)置符合IED1131-1的組態(tài)器根據(jù)控制對(duì)象的不同實(shí)現(xiàn)控制策略和邏輯處理功能。DPU對(duì)上通過冗余以太網(wǎng)與廠級(jí)系統(tǒng)及其它LCU的DPU實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和交換，同時(shí)通過以太網(wǎng)維護(hù)工程師可以實(shí)現(xiàn)對(duì)DPU遠(yuǎn)程組態(tài)和組態(tài)邏輯在線調(diào)試和修改，極大的方便了系統(tǒng)的調(diào)試，DPU除具有上述功能外，還具有內(nèi)置規(guī)約庫(kù)，可方便的與各種設(shè)備通訊，在此次工程中與直流屏數(shù)據(jù)的采集就是通過DPU內(nèi)置的規(guī)約庫(kù)，采用通訊方式實(shí)現(xiàn)的。
　　
　　新華XDPS-400系統(tǒng)卡件類型豐富，除常規(guī)的AI,AO,DI,DO卡件，還根據(jù)電氣監(jiān)控的特點(diǎn)開發(fā)。有交流采樣卡、同期卡、備自投卡、溫度采集卡等。因而在此次改造過程機(jī)組定子電壓，電流及升壓站的電氣量采集通過將CT,PT二次信號(hào)直接接到交流采樣卡，不用電量變送器，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的接線；同時(shí)所有的溫度信號(hào)直接接到XDPS-400的溫度采集卡，舍棄了原有溫度巡檢儀，不僅簡(jiǎn)化了系統(tǒng)接線，而且由于減少了中間環(huán)節(jié)，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)響應(yīng)性。
　　
　　廠級(jí)控制系統(tǒng)布置在集控室和工程師維護(hù)機(jī)房，在集控室布置有2臺(tái)雙屏操作員站，實(shí)現(xiàn)對(duì)全廠各系統(tǒng)的監(jiān)控和操作。在LCU上有遠(yuǎn)方/就地切換開關(guān)，實(shí)現(xiàn)LCU就地操作和廠級(jí)系統(tǒng)操作之間的權(quán)限閉鎖。在工程維護(hù)機(jī)房布置有歷史站實(shí)現(xiàn)，歷史數(shù)據(jù)采集和報(bào)表生成功能；工程師工作站負(fù)責(zé)完成整個(gè)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)維護(hù)和組態(tài)；通信工作站實(shí)現(xiàn)與中調(diào)之間的信息交換。同時(shí)廠級(jí)系統(tǒng)交換機(jī)上預(yù)留了遠(yuǎn)程工作站的接口，一旦響洪甸蓄能電站的光纜鋪設(shè)到位，便可接入遠(yuǎn)程工作站，實(shí)現(xiàn)在合肥遠(yuǎn)程操作響洪甸蓄能電站機(jī)組的啟停。
　　
　　■系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能
　　
　　改造后的響蓄電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)集測(cè)量、控制、通訊和管理等功能為一體的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。它具備有以下功能：
　　
　　1數(shù)據(jù)采集功能
　　
　　監(jiān)控系統(tǒng)采集電流、電壓、頻率、雙向有功功率、無功功率等電氣運(yùn)行參數(shù)，采集油、氣、水系統(tǒng)流量、水位、導(dǎo)葉開度等模擬量；
　　
　　采集開關(guān)輸入和輸出量；
　　
　　采集各種脈沖量、數(shù)字量。脈沖量主要指有功及無功電度量、機(jī)組過水流量、冷卻水流量等。數(shù)字量信號(hào)指水位等輸入量。
　　
　　2數(shù)據(jù)處理功能
　　
　　監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理功能主要是：
　　
　　將所采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息等量首*行合理性、有效性等判別，屏蔽無效信息，然后對(duì)有效數(shù)據(jù)分類及進(jìn)行各種規(guī)定計(jì)算，形成各種曲線、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、生成各種系統(tǒng)畫面、輸出顯示畫面、事故報(bào)警等。
　　
　　①統(tǒng)計(jì)及計(jì)算：
　　
　　統(tǒng)計(jì)和計(jì)算的主要內(nèi)容有：溫度量特征值統(tǒng)計(jì)計(jì)算、電站運(yùn)行安全實(shí)時(shí)監(jiān)視統(tǒng)計(jì)。
　　
　　參數(shù)越限報(bào)警記錄統(tǒng)計(jì)、事故順序記錄統(tǒng)計(jì)、故障狀態(tài)變化顯示記錄統(tǒng)計(jì)、趨勢(shì)分析、設(shè)備運(yùn)行記錄及生產(chǎn)管理統(tǒng)計(jì)、電廠發(fā)電運(yùn)行記錄統(tǒng)計(jì)、主要電氣設(shè)備動(dòng)作及運(yùn)行記錄、操作記錄、定值變更記錄、事故及故障統(tǒng)計(jì)記錄、參數(shù)越、復(fù)限統(tǒng)計(jì)記錄、電量累加、損耗累加、廠用電率累加、效率計(jì)算等。
　　
　　②數(shù)據(jù)輸出
　　
　　根據(jù)統(tǒng)計(jì)和計(jì)算的結(jié)果生成各類菜單、電氣接線圖顯示值、機(jī)組及輔機(jī)設(shè)備的狀態(tài)模擬圖值、各類棒圖、各類曲線圖、各類運(yùn)行報(bào)表、操作及事故處理指導(dǎo)、系統(tǒng)操作指南等。
　　
　　③打印功能
　　
　　操作人員可通過鼠標(biāo)或鍵盤選擇或召喚各種打印功能，進(jìn)行報(bào)表打印、各類事故報(bào)警打印和事故追憶打印、畫面的拷貝等。
　　
　?、軋?bào)警
　　
　　監(jiān)控系統(tǒng)具有完善的報(bào)警功能。根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果，對(duì)運(yùn)行設(shè)備出現(xiàn)的異常和事故即時(shí)報(bào)警，并可實(shí)現(xiàn)對(duì)操作順序和事故的追憶。也能對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備本身的故障、自檢錯(cuò)誤等進(jìn)行報(bào)警。
　　
　　3數(shù)據(jù)通信
　　
　?、倥c上級(jí)調(diào)度的通信
　　
　　滿足上級(jí)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)電廠的四遙功能。將電廠的有關(guān)數(shù)據(jù)和信息送往調(diào)度，同時(shí)接收上級(jí)調(diào)度下達(dá)的各種命令。
　　
　?、诒O(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部電站級(jí)與現(xiàn)地控制單元計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信。
　　
　　計(jì)算機(jī)之間的主要通信內(nèi)容有：數(shù)據(jù)采集、傳送操作控制命令及通信診斷。其要求是速度快、數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)、安全可靠性高。
　　
　　③與其它計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的通信。
　　
　　與廠外其它系統(tǒng)（機(jī)組狀態(tài)檢修、水電數(shù)字仿真中心、MIS等）的通信；與廠區(qū)其它系統(tǒng)（泄洪閘門、進(jìn)水口閘門等）可進(jìn)行通信。
　　
　　4自動(dòng)控制與調(diào)節(jié)功能
　　
　　響蓄電站監(jiān)控系統(tǒng)可通過操作員工作站對(duì)廠內(nèi)兩臺(tái)電動(dòng)發(fā)電機(jī)組、廠內(nèi)公用系統(tǒng)、220kV升壓站設(shè)備及SFC機(jī)組啟動(dòng)裝置進(jìn)行遠(yuǎn)方和現(xiàn)地監(jiān)控。實(shí)現(xiàn)遙控、遙調(diào)，滿足無人值班，少人值守的監(jiān)控要求。
　　
　　響蓄電站控制分為電站級(jí)和現(xiàn)地控制單元級(jí)兩級(jí)，可以互相進(jìn)行切換。監(jiān)控主機(jī)設(shè)在中控室，電站運(yùn)行操作分為中控室操作和現(xiàn)地操作。運(yùn)行時(shí)各級(jí)操作地點(diǎn)之間設(shè)置了閉鎖，任何時(shí)候，只有一級(jí)作為有效操作地點(diǎn)，有效操作地點(diǎn)可以在兩級(jí)操作地點(diǎn)之間切換，現(xiàn)地操作優(yōu)先權(quán)zui高。
　　
　　監(jiān)控系統(tǒng)可通過操作員工作站上的圖形界面、歷史記錄、報(bào)警、趨勢(shì)圖等對(duì)控制與調(diào)節(jié)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視。
　　
　　可對(duì)整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行自診斷。自診斷可診斷到卡件級(jí)，I/O卡件可診斷到各輸入、輸出通道。
　　
　　響蓄電站監(jiān)控系統(tǒng)能根據(jù)電站當(dāng)前的運(yùn)行情況和遠(yuǎn)方或當(dāng)?shù)氐目刂泼?、預(yù)定的步驟，對(duì)電站設(shè)備進(jìn)行諸如斷路器、隔離開關(guān)及接地刀閘的分、合操作，設(shè)備的開、停、啟、閉操作，有功功率，無功功率調(diào)節(jié)以及對(duì)電動(dòng)發(fā)電機(jī)組的二十多種工況進(jìn)行順序控制等。
　　
　　■投運(yùn)效果
　　
　　響蓄電站監(jiān)控系統(tǒng)從2004年5月15日開始投運(yùn)，投運(yùn)以來系統(tǒng)運(yùn)行安全、穩(wěn)定；軟件平臺(tái)功能豐富，使用維護(hù)方便；運(yùn)行操作、畫面調(diào)用縮放自如、簡(jiǎn)便靈活；報(bào)警可聲、光、報(bào)表同時(shí)推出，及時(shí)、方便、效果良好；操作可適應(yīng)各種不同的運(yùn)行方式，靈活、對(duì)象準(zhǔn)確；發(fā)電工況、水泵工況啟動(dòng)自如；各種停機(jī)方式安全、可靠。
　　
　　實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明:XDPS-400作為一套在火電領(lǐng)域有著大量應(yīng)用業(yè)績(jī)的國(guó)產(chǎn)DCS系統(tǒng),其可靠的硬件平臺(tái)、豐富的I/O類型、強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通訊能力和數(shù)據(jù)處理能力、豐富靈活的軟件工具，完夠滿足水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的需要,提高水電站自動(dòng)化的水平，為進(jìn)一步提高水電站的管理水平提供物理基礎(chǔ)。