白石窑水电厂计算机监控系统技术改造

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  【摘 要】介绍白石窑水电厂计算机监控系统技改过程,简要进行经验总结。
  【关键词】计算机监控;技术改造;成效
  0.概述
  白石窑电厂A厂监控系统原设计是以常规控制为主、计算机监测监控为辅,自1997年发电投运以来,经过了两次不同程度的完善,一次是自动化元件的技改,一次是下位机及公用设备的技改。但因原设计的思想是以常规控制为主、监控为。为了适应现代水电厂安全运行的需要实行计算机监控完善技改工作,提供机组控制的智能化,确保发电机组的安全高效运行,是非常必要的,也是电网对发电设备的要求,也是节约能源和水电站经济运行的需要。
  1.计算机监控系统的概述
  1.1设计原则
  白石窑水电站计算机监控系统现改造1~4#机组的自动控制系统,并改造电站A厂厂级控制层,以实现电站集中控制,安全监视,电站优化运行等功能为目的的实时监控。以电站四台水轮发电机组及辅助设备,两台主变,一座110KV的开关站以及A厂公用设备等为监控对象,系统结构采用分层分布的开放式系统结构,由主控层和现地控制层组成。
  计算机监控系统按“无人值班,少人值守”原则设计。系统既有一定的先进性,又有较高可靠性和实用性,满足设计时先进,运行时不落后的基本要求,系统有较强的升级换代能力。整个系统一次规划设计,分步实施。系统均符合以下要求:
  (1)技术的先进性。系统结构与配置结合国际最新计算机硬件产品,软件产品,快速的网络交换技术,实时工业控制产品与未来发展,充分利用计算机领域的先进而成熟的技术,保证系统的实际应用水平在今后的10年内不落后。
  (2)系统的开放性。系统主要硬件设备选型应符合计算机技术发展迅速的特点,采用全分布开放式系统。
  (3)系统的安全性。系统应是标准化的成熟产品,功能完善并模块化,并具完备的确保硬件及软件的安全性措施,防止监控系统硬件或软件的故障或缺陷对现场设备的危害。
  (4)功能的完善性。本系统按电站的“无人值班,少人值守”的原则设计,整个系统采用全计算机控制方式,配备完善的应用功能,特别是与地调、MIS信息管理系统及其他计算机系统的数据通信、数据共享功能。满足梯级电站集中监控、优化运行的特点。
  (5)抗干扰能力。系统网络采用光纤技术,避免了不同设备之间的电信号连接。现场信号也采用光电隔离或其他隔离措施。
  (6)系统的友善性。人机接口功能强,操作方便,采用面向对象的全汉化界面。应向用户提供完善的开发支持软件系统。
  (7)充分利用PLC的高可靠性及逻辑方面的优点,保证机组的各种工况下的安全转换及顺序控制。由PLC完成全厂的控制与调节,保证全厂发电运行可靠。LCU在脱离电站主控级的情况下,仍能保证机组安全运行。
  (8)现地手动操作与控制。为满足与机组检修后同步投运的安全可靠要求。机组现地控制单元具有部分设备状态现地显示及必要的常规操作功能,使运行人员在机旁能完成机组投运或调试的操作,并且现地控制等级优先,以保证电站在PLC故障或任何自动控制失灵的情况下的安全停机。
  (9)系统的各项性能指标均达到或超过部颁布DL/T578-95“水电站计算机监控系统基本技术条件”的要求。
  1.2系统主要目标和功能
  实施本工程后,实现A厂1-4#机组的自动控制,并且可以通过中控室的计算机监控系统实现对白石窑电站的远程监控,将形成一个完整的电站闭环过程控制达到现地无人值班(少人值守)的目的。B厂中控室可集控#5机组,同时也能监视A厂#1-4机组的运行状况。A厂中控室可集控#1-4机组,同时也可监视B厂#5机组的状况,达到统一运行管理的目的。
  本系统的主要目标是:完成1-4#机组的自动控制功能,配置计算机监控系统以接受上级调度中心的调度指令,完善全厂的计算机监控系统,实现中控室监测和控制,提高电站安全运行水平,改善职工运行条件。
  本系统的主要功能有:实时采集主要设备及辅助设备的运行状态、参数,对电站各控制点和监视点进行自动安全检测、越限报警、事件顺序记录、事故故障原因提示、事故语音报警,实现水轮发电机的自动顺序启停控制,断路器等重要设备的投、切操作以及其他自动控制功能,实现与梯级、地调、MIS信息管理系统及其他计算机系统的数据通信。
  2.计算机监控系统结构配置
  2.1系统结构
  本电站计算机监控系统采用全分布式开放系统,完成主控级监控层和现地级监控层。
  主控级监控层位于电站中控室,分为A厂和B厂两层结构,以光纤以太网连接两部分,进行数据传输,具体结构参照附图1。全系统采用100Mbps快速以太网技术,TCP/IP网络协议,组成开放的计算机网络系统,主控级监控层网络采用光纤以太网与所有LCU联接。B厂主控层现已建立并投入使用,A厂主控级主要设备包括2台主操作站(主机),2台网络交换机, 1台通讯服务器,1套语音报警系统和1套6KVA逆变电源系统。
  现地级监控层监控现地各分散的设备,按A厂控制对象和分布位置设置:
  四台水轮发电机组各用一套LCU,开关站和A厂的公用设备共用一套LCU,共5套LCU。所有LCU与主控级监控层网络采用光纤以太网联接。
  2.2主控级控制层配置
  2.2.1操作员工作站(主机)
  每台主机均采用DELL DIMENSION 4550高档型主机,配置为CPU PIV,1G内存,160G硬盘,Winfast32M高速图形加速卡,16X DVD-ROM,1.44M软驱,两台19“1280X1024LCD,3COM100Mbps网卡。A厂中控室两台主机既是系统服务器,又是操作员工作站,工作方式互为热备用,即两台主机的系统同时工作。   主机功能包括对整个电站计算机监控系统的管理,数据库管理,在线或离线计算功能,各种图表、曲线的生成,事故、故障信号的分析处理。运行值守人员通过主机LCD的图形化画面,进行全厂运行监视、控制和数据库报表管理。
  2.2.2通讯服务器
  通信服务器采用DELL公司高档型微机工作站,配置为CPU PIV,1G内存,160G硬盘,1.44M软驱,16XDVD-ROM光驱,1280X1024 19“LCD显示器,3com100/10Mbps网卡。通信服务器运行网络管理软件,进行整个网络设备配置、优化和管理的功能。另外,留有两路RS232接口,作为远动(地调)接口,远程调度命令和信息可以通过通讯服务器进行发送和接收。
  2.2.3网络设备
  厂级监控层网络交换机采用16口快速以太网光口交换机,网络交换速度高达100Mbps,保证数据、图形和语音信息的高速传输。厂级监控层与现地级监控层LCU、泄水闸门监控系统和船闸监控系统采用光纤网络连接,保证信号的可靠传输。
  2.2.4网络打印机
  网络打印机采用联想激光打印机LJ3116A,支持宽幅(A3)高速打印,打印报警、事故和历史数据操作信息等报表。
  2.2.5语音装置
  主控级监控层配置语音报警装置,能对A厂主要的操作、报警以及事故信息进行语音提示。
  2.3现地级控制层配置
  2.3.1机组LCU
  机组LCU主要由就地工作站、PLC数据采集控制单元、机组微机准同期装置和逆变电源装置组成。
  机组LCU配置一台1KVA逆变电源独立供电,保证设备运行的可靠性。
  2.3.2开关站和公用设备LCU
  开关站和公用设备LCU主要由就地工作站、PLC数据采集控制单元、线路微机准同期装置和逆变电源装置组成。
  公用LCU的数据采集和控制采用GE90-30PLC。CPU选用90-30系列PLC中较高档的CPU360,外置10Mbps以太网卡和通讯模块,采用光缆直接与主控级监控层连网。
  2.4系统主要软件
  2.4.1控制程序软件
  本控制系统的软件为GE PLC配套软件VERSAPRO,具备多种语言编程功能,功能强大,其运行稳定,可靠性高,使用方便灵活,可通过CPU模块上的通讯口与PC进行直接连接,方便调试和升级。
  2.4.2监控软件
  系统监控软件采用美国GE公司的CIMPLICITY HMI工业控制系统,有良好的兼容性、准确性和可靠性。
  Cimplicity HMI上位机监控软件采用当前最先进的技术、系统的配置和画面的组态具有方便性,而且系统的体系结构是完全灵活的和开放的,它运行在Windows NT/98/2000工作平台。
  系统采用了图形用户界面(GUI)为操作人员和系统开发人员提供监控环境,在这个环境中可以实现数据采集、数据处理、状态监视、远程控制、报警、趋势、数据登录和生成报表等基本功能。
  2.4.3数据库
  本工程计算机监控系统(SCADA)的采用MicroSoft SQL数据库管理系统,用于数据库管理。SQL-Server数据库是近几年发展起来的数据库系统,该数据库性能也较高,处理数据的性能也较强。
  3.集成与施工
  由于该技改工作必须停机安装调试,为此,电厂结合北江的水情及机组的冬季维护检修统筹安排计算机系统的技改实施工作。
  2008年1月、2月进行3#机组的大修,所以3#机组的计算机监控系统技改也跟随进行;
  2009年2月、3月1#机组进行全面的维护,同时1#机组的计算机监控系统和上位机的技改也一并进行;
  2009年12月、2010年1月、2月2#机组和4#机组全面维护,同时2#、4#机组的计算机监控系统技改也一并进行。
  设计方案和各控制程序的充分论证,下面是以3#机组计算机技改具体实施为例开展深化设计和施工,主要是设备出厂验收、现场安装接线、回路测试、控制程序的深化设计修改、模拟试验、试运行等。
  (1)2008年1月我厂计算机监控技改小组技术人员会同南珠公司、设计院就厂家提供的图纸与原设计图纸进行会审,在二次接口上进行探讨和修改,达成共识:1)空冷水泵自动控制是3#、4#机组共一单元控制,为了不影响4#机正常运行,本单元确定在完成4#机监控系统时一并完成。2)测温电阻引线电缆从新计算机屏柜直接放到机组泡头、管型座不转接。3)3#机组所需逆变电源不再从继保室提供,2KVA逆变电源装置由南珠公司随屏提供。4)原二次旧电缆带铠装和屏蔽的不再更换。5)自动化元件和电机保护热继电器提前校验、安装并改线。6)设备的选择按照设计图纸和签订的技术协议配置。
  (2)计算机监控小组于2008年2月13日派出技术人员3人就对3#机组计算机监控的设计图纸和屏柜制作,试验进行现场交流及出厂试验验收,摸拟检查屏柜接线正确性及设计程序,现场工期严格控制在每个环节中。
  (3)3#机LCU屏柜于2008年2月17日到达现场后,小组人员结合3#机大修,抓紧工期,分别完成了旧屏柜和不需要旧电缆的拆除、新屏柜就位安装以及电缆敷设及屏柜配线等工作。特别在屏柜配线阶段,由于是改造工程,存在新旧设备结合的因素,需在施工中不断技术探讨和改进,因而造成电缆配线工作在速度上过慢,但大家为了确保每条芯线正确无误,不因施工失误造成烧坏设备的现象发生,对不确定和有疑问的回路多次核对,做到一丝不苟。每天延长工作时间5—6小时,于2008年3月18日完成LCU柜电缆芯线配线工作,进入摸拟调试阶段。
  (4)进入摸拟试验阶段,技术人员在确定每条回路接线正确后,上电,开入开出摸拟,发电机电流、电压、功率的摸拟引入,开停机摸拟,同期摸拟。每完成一个单元或一个项目,参加的技术人员在技能上都得到了提高。调试工作是小组人员理论与实际相结合并在专业技能提高的黄金时段,小组以全员参与完成,共同提高为目的安排和展开工作。特别在开停机摸拟试验完成后,本小组针对3F开停机流程以及现场的实际情况,召集厂家现场人员和小组主要技术骨干,就开停机每一步执行程序进行详细的分析和讨论,结合我厂辅机投运的实际情况进行了较为合理的修改,每一步修改的程序都征求大家看法和见解,良策采纳,各抒己见。对不同意见特别是空冷风机控制原设计为开机时风机起动并投入,现根据现场改为并网后投入,并对风机投入台数进行智能选择控制;原机组测温保护设计为7组信号共一回路引入停机,当发生事故时,由于事故报警和停机是同一时间,技术人员在停机后找查7组事故中的某一项时,非常困难,往往采用重新启动机组来观察,查找原因,即浪费水资源,又浪费人力,现修改为事故信号一对一,出现事故停机后,技术人员可以从事故信号一栏准确无误地找到发生温度过高的某一项,既简单又准确。这样的修改和完善项目共计二十多项,每一项修改都以安全经济运行为目的,并经厂家设计代表与其它电厂同类型机组控制方式比较后认为确实可行而确定。机组的控制操作需要编写以下主要流程:a.机组顺序控制流程;b.紧急停机流程;c.发电组事故报警流程;d.发电组事故报警及停机流程;e.高压顶起油泵控制流程;f.润滑油泵控制流程;g.漏油箱油泵控制流程;h.故障、事故音响处理流程;i.其它流程。公用LCU的主要控制流程:a.厂用变高低侧断路器控制流程;b.主变110KV高低侧断路器控制流程;c.故障、事故音响处理流程。
  (5)2008年3月22日,3#机顺利并网发电,并对同期时间和并网后初始无功功率作了进一步修改。4月15-19日,完成了3#机上位机安装和调试,并投入运行。从3月22日3#机计算机监控系统投运两个月以来,经厂家技术人员的多次修改和完善,系统总体运行良好,开停机42次都成功,运行人员可以很方便在中控室实现对机组的检测和控制,达到了系统设计的目标要求。小组全体人员一致认为,3#机计算机监控系统技改是成功的。
  (6)2011年12月含上位机在内的计算机监控系统全面完成,全厂的5台发电机组和发电辅助设备全部实施由中控室监控。满足电力系统对发电机组得令5分钟之内并网、3分钟之内解列的要求。
  4.结束语
  计算机监控系统技改工作是多部门、多人员协调配合共同完成的一项涉及面广任务,通过开展该技术改造项目,也使电厂多部门有关专业技术人员在业务上有不同程度的提高,该技改项目的成功实施为电厂提供了准确而宝贵的施工资料、控制程序优化经验,特别对计算机监控机组的运行管理提供了宝贵的第一手资料。提高电厂经济效益同时为机电设备安全运行提供了有力的保障,满足电力系统对水力发电机的要求,同时也大大减少运行人员劳动强度,可以到达少人值守这一目的。当然计算机系统稳定性还需进一步运行考验,特别是由于电厂的大电流、高电压这一强电场的特点,存在干扰等问题致使LCU与调速器通讯在稳定性方面还存在一些小问题。这需要继续跟进根治。 [科]
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