龙昌电站微机自动化应用

摘要：基于酒泉龙昌水电站计算机监控系统的设计、配置、功能及特点，浅析了微机综合自动化技术在中小型水电站的应用，以实现电站的遥控、遥调、遥信和遥测等远动功能。从而达到电站的无人值班或少人值守的目的。

关键词：微机综合自动化； 系统配置； 监控功能

Abstract: Based on Jiuquan hydropower station computer monitoring system design, configuration, function and characteristic analysis of the microcomputer, the integrated automation technology in the application of small hydropower station, in order to achieve the remote control, the remote regulating power station, remote communication and telemetry and telecontrol function. To achieve the power station unmanned or fewer people on duty to.

Key words：Computer automation; System configuration; Monitoring function

中图分类号：TV736 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）03-0020-02

1 前言

二十一世纪是信息时代，随着科学技术的不断进步和自动化程度的日益提高，微机综合自动化在电力生产中得到了广泛的应用。但在我们酒泉，由于种种原因，经济还比较落后，科技不甚发达，微机综合自动化技术只在几个大型水电站得到应用，而在中小型水电站的应用受到了制约。1996年，随着国家西部大开发政策的实施，酒泉龙昌电站于2002年建成投运并网发电，而该电站微机综合自动化的应用，也是酒泉小水电站的第一家，经过多年的运行，已显现出了其优越性，结合该电站的实际情况，现就微机综合自动化在小型水电站的应用问题作一浅析探讨。

2 电站概况

昌马水库是一座大（Ⅱ）型综合水利枢纽工程，其坝后引水式电站龙昌水电站，是梯级电站的第五级电站，设计水头24M,最大水头25M,容量为3×2200KW.单回35KV并入玉门110kv电网.

3 计算机监控系统的配置

3.1 后台监控主机配置

电站控制层设备设在中央控制室，由主机操作员工作站、主控制台、汉字打印机、语音报警装置、UPS电源等组成。电站后台主机负责协调和管理各现地控制层的工作；收集有关信息并作相应处理和存储；迅速、准确、有效地完成对本站被控对象的安全监视和控制。

3.2 现地监控工作层

现地监控系统共有四台LCU分别执行对应3台机组和公用设备的实时监控。智能I/O控制器、I/O模块、输出继电器、准同期装置、温度测量装置、转速信号测量装置、数字式测量仪表和交直流双供电源等设备组成。微机保护装置、转速、温度巡检、调速器、励磁系统等设备通过现地LCU与以太网联接，实现相应参数的监视和控制。部分没有通讯接口的设备则通过现地控制单元的I/0模块实现设备的控制和状态检测。

3.3 通讯网络及设备配置

网络结构形式采用工业以太网，网络系统完成电站控制层各工作站之间和来自现地控制层（LCU）的全部数据的传输和各种访问请求。其网络协议符合国际标准化组织OSI模型。具有良好的开放性。计算机监控系统不会因任何一个元器件发生故障而引起系统的误操作。网络成熟可靠，符合国际标准。

3.4 系统软件配置

(1) 系统软件：采用中文版的美国微软Windows软件，具有良好的实时性、稳定性、可靠性，系统管理保密性好。用于操作系统，它管理整个计算机系统的所有资源，包括CPU、存储器、外部设备等，提供其它软件与系统资源的接口，是其它软件运行的环境。

(2) 应用软件：采用组态王应用软件,，用于程序的编辑、编译、软件连接等。具有良好的人机界面和全开放特性。它是可以运行多种通讯协议的监控软件，与网上有不同通讯协议的设备交换数据，其数据库生成、监控画面、控制流程、报表等配置灵活，使用和维护方便。

3.5 继电保护系统的配置

采用日本欧姆龙保护装置,有4个开关量输入和3个开关量输出，用于变化自检的转换接点输出。输入与输出可以逻辑编程用于控制断路器的分合闸或者发信号。对水电站机组,及变压器进行保护.保护的配置整定：对于保护装置的使用，首先要进行配置整定，输入相关参数，保护装置通过这些参数进行保护功能和测量功能的计算，配置整定可以通过前面板进行操作。

4 计算机监控的功能

4.1 监控画面功能

（1）电气主接线状态画面

画面显示电气主接线所有开关的状态，发电机出口的电气和励磁参数，主变压器高、低压侧的电气参数，35KV线路出口的电气参数，6KV 和35KV母线的电气参数，厂用变压器的电气参数，电气主接线上所有开关的分、合闸操作按钮状态。主接线的运行状态和操作均在该画面上进行。当运行参数超出正常范围或开关跳闸时，相应的数值和开关颜色变化，语音设备报警。

（2）机组工艺系统状态画面

画面显示机组及其气、水、油等主要设备的状态参数，主要设备的操作按钮。当气、水、油等参数超出正常范围或设备故障时，相应的数值和设备图形颜色变化，语音设备报警。

（3）监控系统运行状态画面

画面显示监控系统继电保护、PLC和测量装置的工作状态和参数。

（4）电站所有需要监测的各种参数的实时和历史曲线图、棒型图画面。

（5）各种运行和管理报表及表格画面。

（6）电站的平面图、动画等显示。

4.2 远动功能

由监控系统的主工作站实现，通过无线网络向电力系统调度机关传送和接收数据，实现调度机关对本电站的遥测、遥信、遥控和遥调，实时接收调度命令，向调度机关发送水电站实时运行工况、运行参数等信息。

4.3 数据采集和处理功能

（1）电站控制层：自动实时采集和处理来自各现地控制层及调度系统的数据。主要包括：机组、主变、母线、35KV线路、厂用电、全厂公用系统的电气模拟量、非电气模拟量、脉冲量、开关量的采集，对这些数据进行处理，包括越限处理、报警处理及事故追忆处理，处理后的数据以一定的格式存入实时数据库，形成实时数据库和历史数据库，以备系统调用和随时查询，并对监视的模拟量、开关量、脉冲量进行统计分析计算，作为历史数据存入历史数据库，并作为报表输出的主要数据来源。当出现异常事件记录和出现事故时，计算机监控系统根据目前的情况自动作出处理。

（2）机组现地层：自动实时采集和处理发电机、水轮机、励磁及调速装置、机组附属设备的电气模拟量、非电气模拟量、脉冲量、开关量，主要设备运行工况诊断处理，并以一定的格式存入实时数据库，对各类信息进行数据封装后存放在现地控制单元的存储单元中，并上传电站控制层。

4.4生产报表功能

计算机监控系统进行电气量参数报表，非电气化量参数报表，各类温度数据、日发电量、厂用电量统计报表等。

4.5 安全运行监视及事件报警功能

（1）主要设备安全运行实时监视

计算机监控系统可以使运行人员通过主机对全厂主要设备运行状态和运行参数进行实时监视。

（2）事件报警

①故障报警记录

计算机监控系统周期性扫描故障信号，故障发生时，立即响应并处理，同时记录故障发生时间（时、分、秒）、动作设备器件名称、事故内容等信息，并显示、打印故障报警语句，发出声光报警信号，按故障发生的先后次序排列，形成故障记录并存入数据库。故障记录表格为故障汇总记录表，可供值班人员查寻，并定时打印，也可召唤打印或显示。

②事件顺序检测

机组现地LCU自动检测本单元所监视的设备、继电保护和自动装置的动作情况，当发生状态变换时，对于事故信号自动产生中断，检测事件性质、发生时间，并顺序记录，上送电站控制层，计算机监控系统立即响应中为信号，同时记录事故发生时标（时、分、秒、）、动作设备器件名称、事故内容等信息，并显示、打印事故报警语句，发出声光报警信号，按事故发生的先后次序排列，形成事件记录并存入数据，可按设备进行搜索记录。

4.6控制、操作与调节功能

根据电厂设备运行的情况和有关计算结果，按预定步骤远方及现地的控制命令对全厂设备的运行进行控制与调节。运行设备控制方式设置，自动/手动控制、远方/现地操作，均可在操作画面中点击实现，有功功率、无功功率调节以及机组开停机的控制操作也可在操作画面中点击实现。

（1）电站主接线图上的断路器和开关的控制。

主接线图上的断路器和开关的控制通过微机保护的开关量输入和输出实现。在出现故障时，由相应的保护装置动作于跳闸；正常的分合闸操作，既可以在控制屏上通过控制开关操作，也可以通过上位微机用鼠标操作来实现。

（2）机组开停机过程的控制

机组开机、停机和故障停机过程的自动和手动控制，通过每台发电机组自动屏内的PLC来实现，在机组自控屏上可以通过模拟屏上的操作显示接口进行手动和自动开机，也可以由上位微机进行手动和自动开机，二处均在软件上设置切换功能，不能同时操作。开机和运行过程的控制包括投入、关闭冷却水，打开、关闭制动闸和进水闸，调节导水叶的开度，控制水轮机的转速，投入、断开励磁和调节励磁电压和电流、发电机出口开关合闸、分闸等操作。

（3）公共系统的控制

电站公共系统辅机由一台PLC控制，控制对象包括：高、低压压缩空气、供水泵、排水泵、潜水泵、调速油泵和进水闸的打开、关闭。厂用电备用电源自动投入监视、调速器油压力高低、冷却水压力等信号。

（4）发电机励磁系统的控制

控制每台发电机励磁系统的开关量以及励磁电压和电流增加或减少，通过每台机组的PLC开关时接点来实现，某台发电机出口开关故障跳闸后，PLC自动跳开相应的发电机灭磁开关。机组自动开机正常运行过程中，执行投励磁电压和励磁电流的调节工作。对于励磁系统的调节可以通过后台机或励磁屏来实现，两处均在软件上设置切换功能，两处不能同时操作。

4.7人机联系功能

（1）本系统提供丰富多样的人机联系手段，允许运行操作人员通过各显示器，鼠标器、键盘及打印机以各种方式实现对全厂设备运行监视、控制、调节、定值修改、画面调用、数据打印要求，并易于对应用程序开发及修改。

（2）在操作台上的运行人员只允许完成对电站设备进行监视、控制调节和参数设置等操作，特权操作权供调试人员调用。

4.8 数据通信功能

完成与本单元机组控制PLC设备、微机温度巡检装置、微机调速器、微机励磁装置及保护设备之间数据变换。完成机组现地控制层的数据变换，实时上送电站控制层所需的过程信息，接受电站控制层的控制和调整命令。

5 本电站综合自动化系统的主要特点

（1）本电站自动化系统采用典型的分层分布式结构，即电站控制层和现地控制层。现地控制层设备在站内相互独立且分布式布置，仅通过站内以太网互联。系统功能齐全、配置灵活、具有极高的可靠性，符合综合自动化技术的发展趋势。

（2）开放式、易扩展性的设计。通过采用国际国内公认的标准规范及接口方式（RS232、RS485等），方便的与其它相关的智能设备相联，并进行信息交换；另充分考虑到水电站扩建、改造等因素，间隔层设备基于模块式标准化设计，可根据要求随意配置，电站控制层设备配置组态非常灵活。

（3）灵活多变的网络化结构设计，可支持局域网、以太网、现地总线等。网络介质采用的是光纤、同轴电缆、屏蔽双绞线等。网络规约：TCP/IP、 、RS232、RS485、等，适用于不同的系统结构，其结构灵活多样。

（4）远程访问服务，系统可以通过通信服务器将实时数据传送到远程计算机或调度端，支持远动调度通信规约。

（5）开放的硬件环镜，计算机可以采用各种符合开放标准的RISC工作站、各种工业用计算机、施耐德、西门子、OMRON等公司的可编程控制器，并保持对其它设备的接入开放。

（6）系统软件采用当前最先进的面向对象的设计理念、原则和技术，这种设计将带来使用和维护上的极大方便。运行在WINDOWS XP下，图形化编程、简单易学，数据库采用面向网络的实时数据库。

6 结束语

根据电站的实际情况，并借鉴其它站的经验教训，扬长避短，其设计理念符合微机综合自动化发展趋势，采用了国际通用标准，系统配置合理，功能完备，不仅可以满足电站目前运行的控制、监视、测量和报警等要求，也为电站今后发展留有余地，有很好的灵活性、兼容性、扩充性和互换性，同时，无需另设其它远动设备，完全满足遥测、遥控、遥信、遥调和少人值守的需要，从而保证自动化系统长期稳定的工作.

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。