《2水电站自动控制系统和装置》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2水电站自动控制系统和装置（46页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、.第2章 水电站计算机监控系统水电厂采用计算机监控技术,实现发电生产综合自动化,一方面对于提高我国水电厂的自动化技术水平和管理水平,赶超世界先进水平,实现水电厂现代化,具有十分重要的意义。另一方面,由于水电厂多数建在江河上游的深山峡谷中,交通生活条件十分不便,采用综合自动化技术,实现水电站现地的无人值班,可将生活基地安排在生活比较方便的城镇或中心城市,对于解决职工子女的教育问题,稳定水电职工队伍,是十分重要的举措,具有重要的战略意义。在国家电力公司的大力倡导下,我国的水电厂自动化工作,从上世纪80年代初科研试点开始,经历了实用化推广、和90年代的综合自动化及无人值班普遍推广的阶段,取得了巨大的
2、成功。科研试点阶段：我国水电站综合自动化技术的应用起步于80年代初。当时,水电部的水科院和南自所及机械部的天传所分别在富春江、葛洲坝二江和永定河梯级进行试点研究,研制成功的富春江水电厂多微机分布控制系统于1984年11月正式投入运行,1986年获国家科技进步三等奖。通过试点,尝试了计算机技术应用于水电厂监控系统的优越性和可行性,并初步形成了实用推广模式,培养和锻炼了一批从事水电厂计算机监控系统的科研、设计、安装和运行维护的工程技术人员队伍,积累了宝贵的经验。但由于经验不足,研制周期过长,资金缺乏,使基础自动化配套改造不够,影响计算机监控系统的正常使用,另外,在系统的规模、功能、结构、工艺、可靠
3、性以及软件的水平等方面与国外差距较大。实用推广阶段：原水电部于1987年和1993年先后制定了七五期间水电厂自动化计算机应用规划和八五期间以及2000年水电厂计算机监控系统推广应用规划,两批共规划了67个大中型水电厂。根据七五规划,到1993年,先后又有27座水电站采用了不同形式的计算机监控系统,如葛洲坝二江、鲁布革、富春江、丹江口、新安江、铜街子、XX、石泉、龙羊峡、东江、白山等。软件和硬件设备的标准化工作取得了初步成效,初步形成了工业化生产,达到了实用化水平,形成了几种成熟的推荐模式。同时,科技水平有了很大的提高,有关科研院所已经能够独立承担各类工程的计算机监控系统设备的开发研制生产任务,
4、一大批科技人才茁壮成长。水电厂无人值班试点：根据1994年电力部在东北太平湾水电厂会议提出的建议,由安生司主持制定了水电厂无人值班的若干规定并于1996年颁布执行。与此同时,电力部颁布试行了一流水电厂的考核标准。1994年太平湾会议还确定了葛洲坝二江、太平湾等5个水电厂为无人值班第一批试点单位,1996年又扩大白山、紧水滩、龚嘴等9个水电厂为第二批试点单位。这一阶段工作的特点是,各水电厂积极要求上计算机监控系统,并把监控系统当作全厂创一流工作的重点,以监控系统带动全厂的自动化改造,为监控系统工作的顺利展开创造了良好的局面；系统的功能齐全,软件和硬件标准化程度高,开发周期短,性能指标先进,基本上
5、达到了国际同期先进水平,实用性强,可靠性好,成功率高,可以满足水电厂无人值班的要求,如白山梯级电站远方集中控制监控系统、葛洲坝电站监控系统、紧水滩梯级电站监控系统等；国家级科研开发队伍逐渐形成,形成了自主品牌的监控系统,在国际上具有一定的知名度,如水科院的H9000系列分布开放系统和电自院的SSJ系列计算机监控系统,基本占领了国内水电市场。普遍推广应用阶段：进入21世纪后,随着我国电力体制改革,电力建设事业出现了蓬勃发展的大好局面,举世瞩目的三峡工程已于2003年7月首台机组发电,2005年9月左岸14台机组全部发电,左岸电站全部建成。三峡右岸电站的首台机组于2007年6月发电,与此同时,龙滩
6、、小湾、拉西瓦、构皮滩及金沙江上游等一批特大型水电站也将于2008年前后首台机组发电,标志着中国水电建设进入新的历史阶段。三峡右岸电站和龙滩电站分别采用了北京中水科水电科技开发有限公司和南瑞集团的计算机监控系统,标志着我国两大自主知识产权品牌的技术发展达到了一个新的高度。过去的二十年,我国的水电厂计算机监控系统从无到有,逐步发展壮大,并形成了强大的生产力,促进了我国水电厂自动化技术的进步,为水电厂无人值班、减人增效奠定了物质基础。目前,我国已有约800个水电厂安装了计算机监控系统,7个水电厂达到了国家电力公司的一流水电厂标准,实现了无人值班。国产品牌在国际招标活动中也屡屡中标,已有约20套系统
7、出口国外。水科院和电自院提供的监控系统累计已约600套。2.1 系统结构类型与选择2.1.1 系统总体结构我国水电厂计算机监控系统的系统结构,已由80年代初的功能分布式系统、多微机分布式系统、80年代中期的星形分层分布式结构,逐步过渡到90年代的面向网络的分布开放系统的结构。(1) 小型集中式控制系统结构对于装机容量在1万千瓦以下的农村小型水电厂,由于机组容量较小,对控制系统的可靠性要求相对较低,可采用集中式系统结构。系统由一台主计算机、外部设备及I/O数据采集设备构成。这种结构成本低,结构简单,在水电厂计算机监控的初期及农村小水电有应用,可节省投资,但存在可靠性瓶颈集中、系统规模小、功能扩展
8、及维护不方便等缺点。分层分布是将系统的功能由不同层次的不同硬件协同完成,是目前流行的大型控制系统的结构。分层是在系统硬件结构上将系统分成若干个层次,将系统的功能分布在不同层次的硬件上,如在主站层配置全局性的数据管理、高级分析、决策功能,在现地层设备中配置数据采集、回路控制、单元调节等功能。分布是根据现地设备的数量与性质,将现地控制设备分成若干个控制单元。在水电厂计算机控制系统应用中,分层分布的原则一般分为电站控制层和现地控制层两个层次。在现地控制层,一般又根据控制对象进行分布,分为机组控制单元、开关站控制单元、公用及厂用电控制单元、闸门控制单元等,分别控制的设备如下：由于分层分布式系统结构硬件
9、分布、功能分布,使系统的性能指标、可靠性指标等大大提高,成为水电厂计算机监控系统的经典系统结构。90年代以前,通讯一般采用串行通讯方式,为了减轻主站层主计算机的负荷,通常将大量的通讯功能由前置通讯机完成,构成前置处理层。在传统的采用串行通讯的远动控制术语中,现地控制单元被称为远程终端单元。开关站RTUn号 机组RTU2号 机组RTU1号 机组RTU图2 双主机双前置机的星型分层分布式系统结构通信前置机 B通信前置机 A人机联系通信管理人机联系主机 B主机 A为了提高系统的可靠性,在主计算机、前置处理机、现地控制单元及通讯通道等环节进行双机冗余配置,形成比较经典的双主机、双前置机、双通道的大型水
10、电厂计算机监控系统模式,如图2所示。典型的应用包括：多微机系统有富春江一期,功能分布式有葛洲坝二江一期,星型分层分布式有：丹江口、龙羊峡一期。分布开放系统结构以太网技术出现于80年代初,由于其支持的厂家众多,价格低廉,应用面十分广,成为开放性网络的实际标准,90年代中后期在各类控制系统中得到越来越广泛的应用。分布开放式监控系统是一种面向网络的系统。该系统在硬件系统配置方面与分层分布系统相似,但主要硬件之间的通讯连接一般均采用以太网技术。该系统具有系统结构简单、灵活、通用性好的特点,发展非常迅速,与采用串行通讯的分层分布系统在可靠性方面有本质性的提高。水科院自动化所研制的H9000系列和电自院研
11、制的SSJ系列计算机监控系统,均是面向网络的分布开放式监控系统。根据需要,系统一般可配置数据库管理站、操作员工作站、工程师工作站、语音报警站、通信工作站、多媒体工作站等,数据采集及控制设备一般按电厂单元分布,一般一套发电机变压器组设一台现地控制单元,开关站设一至两台LCU,公用系统及厂用电设一至两台LCU,闸门控制设一台LCU。上述设备一般采用以太网连接。分布开放系统有：葛洲坝二江二期、公伯峡、李家峡、白山梯级等。系统结构如图3所示。开关站LCUn号 机组LCU2号 机组LCU1号 机组LCU人机联系站 A语音报警多媒体站工程师站通信管理数据库管理机 B人机联系站B图3 面向网络的分布开放式系
12、统结构数据库管理机 A在本文的后续介绍中,除非特别说明,监控系统一般指面向网络的分布开放系统。2.1.2 主站系统结构监控系统的结构及配置模式应综合考虑电站规模、系统装机容量、电站在系统中的地位、可靠性要求以及造价等因素。中小型水电站配置模式中小型水电站是指单机容量为5-100MW之间、电站装机容量为10-250MW之间的水电站。相对于大型电站而言,中小型电站在系统中的重要性要低一些,对控制系统的可靠性要求也相对低一些。因此,监控系统一般采用三机配置,即：双数据库管理兼操作员工作站,一台工程师工作站,现地控制单元按机组单元配置,另设开关站单元及/或公用系统单元。全部设备采用单网连接。根据需要,
13、也可配置通信服务器,厂长总工终端,语音报警站等。容量大一些的电站也可考虑双网配置。大中型水电站配置模式大中型水电站是指单机容量为100MW以上、电站装机容量为250MW以上的水电站。这些电站由于在系统中的重要性突出,对控制系统的可靠性要求也比较高。因此,计算机监控系统一般采用五机双网配置,即：双数据库管理机,双操作员工作站,及一台工程师工作站,现地控制单元按机组单元配置,另设开关站单元,公用系统单元,闸门控制单元。全部设备采用双网连接。根据需要,也可配置厂长总工终端,通信服务器,语音报警站,培训仿真站,多媒体站等。特大型水电站系统结构为了提高可靠性,可在系统硬件上采取冗余配置,如数据库管理机、
14、操作员工作站、网络通道、电源等。对于数据采集与控制单元,一般则采用不完全冗余配置的方式,即有一套完全配置的主用LCU完成正常运行时的全部监控功能,另外有一套不完全配置的备用控制系统,在主用LCU故障时,备用控制系统确保被控设备不失去控制。LCU也有采用双CPU的,如白山梯级,双I/O,或全部采用双重冗余配置的,如天荒坪蓄能电站,视被控对象的可靠性重要性而定。可编程控制器由于可靠性高,编程简单,维护使用方便,用户易于掌握,性能指标可完全满足水电厂计算机监控系统的要求,在水利水电行业获得了广泛的应用,因此,监控系统的数据采集和控制目前多数由可编程控制器构成,辅以其它的专用装置。温度检测可采用独立的
15、温度检测装置,重要的温度监测点可由可编程直接采集,并作用于保护。电气量可采取交流采样技术,取消变送器,方便运行维护,尤其适合线路电气量的采集。根据现场情况,数据采集系统的模块一般集中安装在机柜内,可采用机箱式结构,也可采用直装式结构。机箱式结构紧凑,总线速度高,抗干扰能力强。对于个别信号,如快速闸门控制信号,采用远方I/O方式,可节省有关信号电缆的敷设。2.1.3 网络系统管理机制目前,国内外监控系统厂家在网络技术方面有两种做法,一种是大多数公司采用商业化以太网技术,如ABB公司、Alstom公司、H9000系列和SSJ系列等；另一种采用基于令牌技术的网络技术,如Bailey公司的Info-90网络等。以太网以太网的传输方法,也就是以太网的介质訪問控制技术称为：載波监听多路存取和冲突检测。以太网技术的通用化程度非常高,产品品牌众多
