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1、精选优质文档-倾情为你奉上蒲石河抽水蓄能电站计算机监控系统设计姜海军,靳祥林,汪军,何云,王惠民(国网电力科学研究院/南瑞集团公司【摘 要】文中介绍蒲石河抽水蓄能电站计算机监控系统的设计、监控系统设计原则、结构、设备配置和功能,并简要分析该系统的特点。【关键词】蒲石河抽水蓄能电站 监控系统 国产 设计1 概述抽水蓄能电站在电力系统中主要承担着“削峰填谷”作用,随着我国大型火电厂,特别是核电站在电网中所占的比重越来越大,兴建大规模抽水蓄能电站是现代电网的必然产物1。我国最近几十年兴建了一批大型抽水蓄能电站,但是,这些电站的计算机监控系统基本上都是从国外进口。为了打破国外的技术壁垒,降低抽水蓄能电
2、站的建设投资,提高抽水蓄能电站运行维护和服务水平,充分发挥抽水蓄能电站对电网安全运行的全面作用,使我国的抽水蓄能事业健康发展,必须实现大型抽水蓄能电站计算机监控系统的国产化2、3。2006年华北电网公司、国网电力科学研究院(南瑞集团和北京十三陵蓄能电厂共同完成了国家电网公司科技项目“大型抽水蓄能电站计算机监控系统国产化研究”,首次将采用南瑞集团MB80系列智能PLC构成的具有完全自主知识产权的大型抽水蓄能电厂计算机监控系统成功投入北京十三陵蓄能电厂,该系统自投入运行以来,运行稳定可靠,圆满完成了各种运行工况下的任务要求,能适应大型抽水蓄能电站启停机频繁、工况复杂的特点4、5,开创了大型抽水蓄能
3、电站计算机监控系统自主创新的新局面,标志着南瑞集团具备了大型抽水蓄能电站计算机监控系统的研发和生产能力。2008年2月,南瑞集团再接再厉,与国外著名公司一起参与辽宁蒲石河抽水蓄能电站计算机监控系统的国际招标,并中标,承接了蒲石河抽水蓄能电站计算机监控系统的研制工作。蒲石河抽水蓄能电站总装机容量1200MW,为日调节纯抽水蓄能电站,建成后并入东北电网,担任调峰、填谷、调频、调相和事故备用任务。电站工程由上水库、下水库、输水系统、地下厂房及地面开关站等组成,安装4台300MW 可逆式水泵水轮机发电电动机组。年发电利用小时数1550h,年抽水利用小时数2008h。电站主接线采用发变组单元接线,在发电
4、电动机和主变压器之间接有换相开关和发电机断路器。发电机/电动机工况转换时的换相和机组并入系统的同期均在主变18kV侧进行。每两组发变组单元在主变500kV侧联合,500kV侧采用二进一出三角形接线,以一回出线接至500kV 五龙背变电所。2 机组运行方式蒲石河抽水蓄能电站运行方式较复杂,机组日平均起停10次(开、停一循环为1次,运行工况为:发电、发电调相、抽水、抽水调相、旋转备用、静止6种基本运行工况,同时具备黑起动带线路零起升压的能力。机组运行的工况转换主要有:静止发电空载;发电空载静止;静止抽水;抽水静止;静止旋转备用;旋转备用静止;静止发电调相;发电调相静止;静止抽水调相;抽水调相静止;
5、发电调相发电空载;发电空载发电调相;抽水调相抽水;抽水抽水调相;旋转备用发电空载;发电空载旋转备用;抽水发电(紧急转换;发电空载发电;发电发电空载。机组运行工况及工况转换方式如图1所示。 图1 机组运行工况及工况转换方式3 电站计算机监控系统监控对象蒲石河抽水蓄能电站监控系统的监控对象包括安装在地下厂房、地面500kV开关站、上水库、下水库、施工变电所、下库坝和洞口中控楼等区域的所有设备,主要设备如下: 4台水泵水轮机/发电电动机及辅助设备; 4台500kV主变压器及其附属和辅助设备; 1套静止式变频起动装置(SFC; 4套进水阀设备及其附属设备; 4套尾水事故闸门及液压启闭机设备; 500k
6、V电压设备; 18kV电压设备; 厂用电18kV、10kV、0.4kV配电系统以及站内紧急自备电源配电系统; 66kV施工变电所电压设备; 柴油发电机紧急自备电源等机电设备; 下库坝启闭机、变电所等设备; 公用设备:上、下水库进水口拦污栅、闸门等设备;上、下水库水位和水温测量系统;下调压井水位测量系统;火灾报警和消防联动系统;主变冷却供水系统;高、低压压缩空气系统、供排水系统;通风空调系统;直流电源系统;厂内水力测量系统等。4 电站计算机监控系统设计原则蒲石河抽水蓄能电站的主要作用是为东北电网承担调峰、填谷、调频、调相和事故备用任务,所以其监控系统设计首先应围绕这一主题进行,其次应考虑系统的性
7、能价格比,亦即既要追求技术先进,又要遵循简单实用的原则。根据电站的运行特点和计算机控制技术的发展状况,监控系统在方案设计时应充分考虑以下原则3、6、7 :(1在满足可靠性和实用性的前提下,尽量按国际先进水平进行设计,采用“无人值班”(少人值守的运行值班方式,监控系统采用全计算机监控的模式,设置统一的全厂计算机监控系统,不再设置独立的常规集中监控设备。但出于电站安全可靠性考虑,另外设置简单的紧急停机、安全闭锁和事故动作的硬布线回路,满足对电站重要设备进行紧急处理的可靠性要求。(2计算机监控系统采用开放性的分层分布式系统结构,当系统中任何一部分设备发生故障时,系统整体以及系统内的其他部分仍能继续正
8、常工作且功能不会减少,且各现地控制单元(LCU能脱离主控级独立运行。(3系统高度可靠、冗余,上位机应采用双机冗余热备结构,监控网络采用双光纤冗余环网配置,LCU采用双网双CPU热备冗余配置,其系统本身的局部故障不影响现场设备的正常运行,系统的MTBF、MTTR及各项可用性指标均满足部颁水电站计算机监控系统基本技术条件及水力发电厂计算机监控系统设计技术规定的要求。(4实现电站计算机监控系统与省调和网调监控系统、电站MIS系统(信息管理系统、电站设备状态监测与分析系统、全厂火灾自动报警系统、全厂通风空调系统、厂用电系统电能计量系统等的通信。计算机监控系统的通信满足国家经贸委最新颁布的电网和电厂计算
9、机监控系统及调度数据网络安全防护规定、国家电力监管委员会颁布的电力系统安全防护规定及电力系统有关“发电厂二次系统安全防护指南”和“电力二次系统安全防护总体方案”的最新文件和规定的要求进行软、硬件隔离。(5系统采用成熟的、可靠的、标准化的硬件、软件、网络结构,且有长期的备品和技术服务支持。(6软件采用模块化、结构化设计,保证系统的可扩性,满足功能增加及规模扩充的需要。(7系统高度可靠,实时性好,抗干扰能力强,适应现场环境。选用开放式、全分布的系统结构,系统配置和设备选型适应计算机发展迅速的特点,具有先进性和向后兼容性,能充分保护用户的投资。(8人机接口功能强大,界面友好,人机联系操作方法简便、灵
10、活、可靠,适应电站运行操作习惯。5 电站计算机监控系统结构该电站计算机监控系统采用开放式分层分布系统,全分布数据库。全厂数据库和历史数据库分布在各计算机中,各单元数据库分布在各个LCU中,系统各功能分布在系统的各个节点上,每个节点严格执行指定的任务和通过系统网络与其它节点进行通信。整个监控系统由丹东集控中心、电站主控级和现地控制单元三部分组成。丹东集控中心与电站主控级之间采用1000M以太网进行通讯。主控级与现地控制单元之间采用100Mb/s 交换式冗余以太环网进行通讯,通讯协议为TCP/IP网络协议。现地控制单元之间通过冗余以太网络进行信息自动交换,这样既能通过以太网络互换信息实现机组抽水起
11、动,在主控级退出运行后仍能实现机组抽水起动。现地控制单元与其它计算机控制子系统之间通过现场总线进行信息交换,对于无法采用现场总线进行通信的设备采用硬布线I/O进行连接,另外,对于重要的安全运行信息、控制命令和事故信号除采用现场总线通信外,还通过I/O点直接连接,以实现双路通道通信,确保通信安全。6 电站计算机监控系统设备配置蒲石河抽水蓄能电站是一个具有重要地位的大型抽水蓄能电站,对监控系统的安全可靠性和实时性要求很高,因此需选择性能高、运行速度快、安全可靠性高的计算机作为监控系统的上位机设备。数据服务器、操作员工作站、工程师/培训工作站、通讯服务器等采用高性能、多任务型的计算机。可编程控制器(
12、PLC需选择高性能可编程控制器,采用双CPU 冗余配置。6.1 丹东集控中心设备配置2套数据服务器采用SUN公司Sun Fire V445服务器;2套操作员工作站和1套工程师/培训工作站采用SUN公司Sun Ultra45 Workatation工作站;2套调度通信工作站、1套WEB 服务器、1套总工工作站、1套厂长工作站、1套打印服务器和1套大屏幕驱动工作站采用美国HP公司的XW4600 Workstation工作站;2套网络设备采用德国HIRSCHMANN公司生产的MACH4002系列工业以太网交换机;2套路由器采用美国CISCO公司生产的CISCO2811路由器;3套打印机采用1套美国H
13、P LJ9050N黑白激光网络打印机,1套美国HP LJ5550彩色激光打印机和1套美国HP LJ4700N彩色激光打印机;1套单向安全隔离装置采用南瑞公司Syskeeper2000正向安全隔离装置;1套纵向认证加密装置采用南瑞公司Netkeeper2000纵向认证加密装置;1套GPS时钟同步装置采用SZ-2时钟同步装置。6.2 电站主控级设备配置2套数据服务器采用SUN公司Sun Fire V445服务器;2套操作员工作站和1套工程师/培训工作站采用SUN公司Sun Ultra45 Workatation工作站;2套调度通信工作站、1套打印服务器和1套综合管理工作站采用美国HP公司的XW46
14、00 Workstation工作站;2套网络设备采用德国HIRSCHMANN公司生产的MACH4002系列工业以太网交换机;28套环网交换机采用德国HIRSCHMANN公司生产的MS20系列工业以太网交换机;3套打印机采用1套美国HP LJ9050N黑白激光网络打印机,1套美国HP LJ5550彩色激光打印机和1套美国HP LJ4700N 彩色激光打印机;1套纵向认证加密装置采用南瑞公司Netkeeper2000纵向认证加密装置; 1套GPS时钟同步装置采用SZ-2时钟同步装置。6.3 现地控制单元设备配置现地控制单元(LCU采用南瑞公司SJ-500系列单元监控装置,共11套,包括4套机组LC
15、U、1套机组公用LCU、1套全厂公用LCU、1套500kV开关站LCU、1套下水库进出水口LCU、1套66KV变电所LCU、1套上水库进出水口LCU、1套上水库进出水口LCU和1套下库坝LCU。可编程控制器(PLC采用法国Schneider公司高性能的Quantumn系列可编程控制器,彩色液晶触摸显示屏采用法国Schneider公司15”TFT彩色液晶触摸屏,同期装置采用南瑞公司SJ-12C双微机自动准同期装置,交流量采集装置采用美国PAAC公司ACUVIM(0.2级交流量采集装置,变送器采用苏州手普生产的变送器。为防止开出模件或继电器误输出,特别增加采用南瑞公司生产的DOP-1型输出保护装置
16、。7 电站计算机监控系统功能7.1 监控系统运行控制方式蒲石河抽水蓄能电站计算机监控系统设4种控制方式,以满足电站的运行需要,即:网调远方控制、丹东集控中心远方控制、电站控制室控制和电站现地控制,其中电站现地控制权限最高,电站控制室控制权其次,接着为丹东集控中心远方控制,网调远方控制权限最低。网调/集控中心控制权在集控中心操作员工作站选择;网调/电站控制室或集控中心/电站控制室的控制权在电站控制室操作员工作站选择;远方/现地控制权在LCU现地选择。并且为了保证控制和调节的正确、可靠,所有操作均按“选择-确认-执行”方式进行,并且每一步骤都有严格的软件校核、检错和安全闭锁,同时硬件方面也有防误闭锁措施。
