淺談水電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)在紅旗水力發(fā)電廠的應(yīng)用

　　摘要：紅旗水力發(fā)電廠于2002年進(jìn)行技術(shù)改造，技改工程歷時(shí)30天，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試后，通過了72小時(shí)連續(xù)試運(yùn)行，系統(tǒng)的各項(xiàng)功能符合設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)正式投入運(yùn)行。2003年12月，通過了省水利廳的驗(yàn)收。現(xiàn)將綜合自動(dòng)化系統(tǒng)簡(jiǎn)介如下。

        紅旗水力發(fā)電廠位于黔東南州鎮(zhèn)遠(yuǎn)縣涌溪鄉(xiāng)境內(nèi)的舞陽河上，屬州內(nèi)舞陽河流域梯級(jí)開發(fā)的6級(jí)電廠，于1981年投產(chǎn)發(fā)電，總裝機(jī)容量4×3600KW。電廠采用的電磁繼電器保護(hù)系統(tǒng)由于投運(yùn)年限長(zhǎng)、技術(shù)落后、設(shè)備老化、已嚴(yán)重影響電廠及電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。電廠于2002年進(jìn)行技術(shù)改造，以湖南紫光測(cè)控有限公司研制的DCAP—3500型水電站自動(dòng)化系統(tǒng)取代老系統(tǒng)。技改工程歷時(shí)30天，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試后，通過了72小時(shí)連續(xù)試運(yùn)行，系統(tǒng)的各項(xiàng)功能符合設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)正式投入運(yùn)行。2003年12月，通過了省水利廳的驗(yàn)收。現(xiàn)將綜合自動(dòng)化系統(tǒng)簡(jiǎn)介如下。
　　
　　一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　
　　綜合自動(dòng)化系統(tǒng)采用基于現(xiàn)場(chǎng)總線的分層分布、開放式可配置結(jié)構(gòu)，整個(gè)電廠在物理上分為兩層：電廠控制層和現(xiàn)地控制保護(hù)層。
　　
　　電廠控制層計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)（或稱為上位機(jī)系統(tǒng)）由一臺(tái)工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、一臺(tái)打印機(jī)構(gòu)成。上位機(jī)系統(tǒng)主要用于電廠綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的組態(tài)、維護(hù)，電廠運(yùn)行的監(jiān)視、操作、信息管理、優(yōu)化控制，全廠的事件事故記錄，事故報(bào)警，畫面顯示，報(bào)表打印及機(jī)組、開關(guān)站和公用輔助設(shè)備的遠(yuǎn)方操作控制。
　　
　　現(xiàn)地控制保護(hù)層由紫光公司自主開發(fā)的DCAP—3500系列數(shù)字式保護(hù)測(cè)控單元及裝置、德國西門子S7—300可編程控制器（PLC）和一體化工作站等智能微機(jī)裝置組成。電廠控制層與現(xiàn)地控制保護(hù)層采用網(wǎng)絡(luò)通訊。DCAP—3500系列保護(hù)測(cè)控單元可根據(jù)對(duì)象分散或集中組屏布置（本方案為集中組屏方案），它們可完成對(duì)各自對(duì)象的數(shù)據(jù)采集、繼電保護(hù)和自動(dòng)控制的功能。水輪發(fā)電機(jī)組的順序控制由所配備的PLC完成。
　　
　　為實(shí)現(xiàn)“無人值班（少人值守）”的要求，全廠各公用輔機(jī)（如高、低壓氣機(jī)、集水井）采用PLC進(jìn)行控制，各單元信號(hào)以接點(diǎn)方式送至公用PLC，實(shí)現(xiàn)全廠設(shè)備計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)方監(jiān)控。
　　
　　二、設(shè)備配置
　　
　　1、電站控制層設(shè)備配置
　　
　　電站控制層設(shè)備有系統(tǒng)主機(jī)兼操作員工作站、廠長(zhǎng)工作站、工程師兼培訓(xùn)工作站、通信工作站、語音報(bào)警工作站、打印機(jī)和UPS電源等，其軟件配置有系統(tǒng)軟件、基本軟件、應(yīng)用軟件及工具軟件。
　　
　　2、機(jī)組現(xiàn)地控制單元（LCU）設(shè)備配置
　　
　　機(jī)組現(xiàn)地控制器（LCU）的設(shè)備有一體化工作站、可編程程序邏輯控制器（PLC）、溫度測(cè)量裝置、同期裝置、轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置等。
　　
　　3、此外還有其他設(shè)備配置，如保護(hù)測(cè)控單元設(shè)備、調(diào)速器裝置設(shè)備、勵(lì)磁調(diào)節(jié)控制裝置設(shè)備、公用輔機(jī)控制單元設(shè)備等。
　　
　　三、系統(tǒng)的主要功能
　　
　　DCAP—3500水電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)功能多且全面，現(xiàn)在僅介紹電站控制層的主要功能。
　　
　　1、數(shù)據(jù)采集與處理
　　
　　數(shù)據(jù)分電氣模擬量（如電流、電壓、功率等），非電氣模擬量（如溫度、壓力等）、脈沖量（如有功、無功電度）、一般開關(guān)量（如開關(guān)位置、導(dǎo)葉位置）和中斷開關(guān)量（如機(jī)組過速、溫度過高、保護(hù)動(dòng)作等）五種。其中電氣量和非電氣量、開關(guān)量采集時(shí)間≤1S，溫度量≤10S，脈沖量采集連續(xù)無延遲，事件順序分辨率≤10MS,控制響應(yīng)時(shí)間≤1S。對(duì)采集的數(shù)據(jù)作必要的預(yù)處理后，存于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，供給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)畫面顯示，制表打印和完成各種計(jì)算、控制等特定功能使用。
　　
　　2、電廠安全運(yùn)行監(jiān)視
　　
　　安全運(yùn)行監(jiān)視包括狀態(tài)變化監(jiān)視、越限監(jiān)視、趨勢(shì)分析和監(jiān)控系統(tǒng)異常監(jiān)視。
　　
　　安全運(yùn)行監(jiān)視是綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的重要功能之一，綜合自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)視電站各類設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)，當(dāng)它們發(fā)生異常、運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生變更或參數(shù)超越設(shè)定值等時(shí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)即時(shí)報(bào)告值班人員進(jìn)行處理，同時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，以便分析查驗(yàn)。值班運(yùn)行人員可通過設(shè)在中控室的監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)接口設(shè)備，監(jiān)視全廠的生產(chǎn)過程和設(shè)備運(yùn)行情況，顯示和打印各種運(yùn)行參數(shù)。
　　
　　系統(tǒng)安全監(jiān)視功能包括如下部分：事件順序記錄、故障報(bào)警記錄、參數(shù)越限報(bào)警與記錄、電氣主設(shè)備操作記錄、事故追憶、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合信息記錄、實(shí)時(shí)監(jiān)視、語音報(bào)警、遠(yuǎn)方診斷維護(hù)功能、模擬光字牌。
　　
　　3、電站設(shè)備的操作與控制調(diào)節(jié)
　　
　　（1）、運(yùn)行人員可以通過操作控制菜單，選擇控制對(duì)象然后選擇操作性質(zhì)，系統(tǒng)提示確認(rèn)。當(dāng)運(yùn)行人員確認(rèn)后，自動(dòng)彈出過程監(jiān)控畫面，供運(yùn)行人員了解過程的執(zhí)行情況。通過計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)操作控制的設(shè)備有：
　　
　　①、機(jī)組的操作控制
　　
　　②、斷路器、隔離開關(guān)投切操作
　　
　　③、勵(lì)磁系統(tǒng)的操作控制
　　
　　④、直流系統(tǒng)的操作控制
　　
　　⑤、輔助設(shè)備的操作控制
　　
　　（2）發(fā)電機(jī)組的控制調(diào)節(jié)
　　
　　監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)預(yù)定的原則或運(yùn)行人員實(shí)時(shí)輸入的命令進(jìn)行機(jī)組正常啟動(dòng)與停機(jī)，斷路器跳合、隔離開關(guān)分合等順序操作。同時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)可由運(yùn)行人員或遠(yuǎn)方調(diào)度的給定值或增減命令進(jìn)行機(jī)組出力的手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)節(jié)。具體分為以下幾個(gè)方面：
　　
　　①自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）
　　
　　②、自動(dòng)電壓控制（AVC）
　　
　　③、運(yùn)行人員操作臺(tái)控制
　　
　　4、綜合參數(shù)統(tǒng)計(jì)、計(jì)算、分析
　　
　　計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)時(shí)采集的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行周期、定時(shí)或召喚計(jì)算分析，形成各種計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫與歷史數(shù)據(jù)庫，幫助運(yùn)行人員和管理人員對(duì)電廠設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行全面監(jiān)視與綜合管理。
　　
　　5、打印記錄
　　
　　系統(tǒng)打印功能分為隨機(jī)打印、定時(shí)自動(dòng)打印和召喚打印三種。
　　
　　6、屏幕顯示
　　
　　彩色屏幕實(shí)時(shí)顯示廠內(nèi)主系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，主設(shè)備的操作變化過程，事故和故障以及有關(guān)參數(shù)。顯示的主要畫面有以下幾類：?jiǎn)尉€圖類、曲線圖類、棒圖類、報(bào)警畫面類、操作指導(dǎo)畫面類、表格類。
　　
　　7、事故處理指導(dǎo)和恢復(fù)操作指導(dǎo)
　　
　　在設(shè)備出現(xiàn)故障或事故時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)能及時(shí)提供事故處理和恢復(fù)正常運(yùn)行的指導(dǎo)性意見，運(yùn)行人員可按指導(dǎo)性意見操作，使設(shè)備盡快恢復(fù)正常。
　　
　　四、系統(tǒng)運(yùn)行情況及效益
　　
　　紅旗水力發(fā)電廠綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的投運(yùn)，使運(yùn)行管理、安全監(jiān)測(cè)、自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)化。
　　
　　1、實(shí)現(xiàn)了電廠運(yùn)行“無人值班”（少人值守），提高了電廠運(yùn)行的自動(dòng)化管理水平，減輕了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。
　　
　　2、系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行設(shè)備的每一項(xiàng)操作均實(shí)行嚴(yán)格的安全條件檢查和安全分析判斷，在操作控制流程中嚴(yán)密把關(guān)，從而防止了由于各種因素引起的誤操作，增強(qiáng)了運(yùn)行設(shè)備操作的安全可靠性。
　　
　　3、人機(jī)接口功能強(qiáng)，操作控制簡(jiǎn)潔、方便、靈活。
　　
　　4、系統(tǒng)與上級(jí)調(diào)度中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)功能。
　　
　　5、系統(tǒng)中AGC、AVC經(jīng)濟(jì)運(yùn)行功能的投運(yùn)，對(duì)電廠的節(jié)能增發(fā)、電廠的經(jīng)濟(jì)效益和電網(wǎng)電能質(zhì)量的提高起到了積極作用。例如，現(xiàn)在機(jī)組同期是又快又準(zhǔn)，在發(fā)出開機(jī)命令之后，只在一分鐘，機(jī)組就能帶上預(yù)定負(fù)荷。
　　
　　6、事故處理安全可靠、快速準(zhǔn)確。
　　
　　綜上所述紅旗電廠進(jìn)行綜合自動(dòng)化改造后，全面提高其自動(dòng)化運(yùn)行水平和管理水平，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)節(jié)能增發(fā)，也有助于提高地方電網(wǎng)的自動(dòng)化水平和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。