计算机监控系统在程江口水电站的应用

引言：

       计算机的控制下，发电机组一直在较好的工况下运行，上游水位被计算机精准控制在一个合理的水位，既保证了上游安全，又保证了机组的出力，取得了很好的经济效益，实现了电站管理的科学化、现代化。

　　一、概 述  
    程江口水电站工程位于湘江一级支流耒水中游，地处湖南省资兴市香花乡程江村，是一个以发电为主，兼顾航运、提灌、旅游、生态治理等综合利用的水利水电枢纽工程。本电站水头6．3m，流量为2×235m3／s，装机容量为2×12．5MW，为灯泡贯流式机组。
　　二、设计目标 
    按少人值班进行总体设计和系统配置，不设常规控制系统。电站的日常运行完全依靠计算机系统。
　　三、系统概况 
    本电站采用开放、分层分布式计算机监控系统结构，以保证各子系统选用不同计算机时的兼容性，系统扩展和设备更新时的可移植性，网络采用光纤以太网。       
     计算机监控系统从功能上分为负责完成全厂集中监控任务的电站级控制层和负责完成机组、开关站、公共设备、大坝弧门等监控任务的现地控制单元层。各现地控制单元(LCU)以PLC为基础，并与标准以太网直接联网。各系统均具有自诊断功能，即使电站控制层发生故障，仍可通过LCU上的显示触摸屏等设备对水轮机组及辅助设备、电站公用设备、110kV开关站、大坝弧门等进行操作和监视。
　电站计算机监控系统能够实现与调度中心、水情测报、大坝监测等系统的通信。 
    电机组LCU能与励磁系统、调速器系统、机组继电保护系统进行通信；开关站及公用设备能与主变继电保护系统、110kV线路继电保护系统、厂变继电保护系统、技术供水控制系统、消防供水控制系统、检修排水控制系统、渗漏排水控制系统、高低压气机控制系统、油压装置控制系统、厂区排水控制系统等进行通信；大坝弧门等设备控制LCU与现场11孔弧门控制系统进行通信。
四、电站级功能
　电站级负责协调和管理各现地控制单元的工作、收集有关信息并作相应处理和存储。
　1．数据采集和处理
　包括采集电气量、脉冲量、非电量、数字量、开关量。
　2．安全运行监视
　主要包括状变监视、越限检查、过程监视、趋势分析和监控系统异常监视。
　3．实时控制和调节 
     包括自动发电控制、自动电压控制和运行人员通过操作员工作站实时调控。自动发电控制为监视系统按照预给定的负荷曲线或运行人员及时给定的负荷值，同时考虑上、下游水位各机组的运行效率等因素，避开机组振动、气蚀等约束条件，确定最佳的运行机组台数、最优机组的组合方式及运行机组间最优负荷分配。自动电压控制为满足系统对本电站无功功率的需要或维持电站110kV出线电压实时定值，实现各台机组间无功功率按比例分配。运行人员可以通过操作员工作站完成机组运行工况转换控制、有功功率和无功功率调整、各电压等级断路器及110kV隔离开关的操作、各种限值的签定、报警和复归、越限报警点投入和退出控制、对大坝弧门完成单孔或成组弧门的操作。
　4．事故顺序记录 
    电站发生事故或故障时，各现地控制单元采集继电保护、自动装置及电站主设备的状态变量，并上送电站级完成故障顺序排队，显示、打印和存档记录。
    5．记录打印 
      包括定时打印记录、操作记录打印、报警记录打印、趋势分析记录打印、召唤打印记录、屏幕打印，打印的内容包括各种报表、运行记录报表、全厂设备投切操作记录、设备事故或故障参数、监控系统对温度和振动等变化趋势的分析结果。
　6．屏幕显示 
     中央控制室的每套操作员工作站上装设1台CRT，作为实时操作和实时显示厂内主系统的运行状态、设备的操作动态过程、设备事故和故障以及有关参数之用。事故报警的画面具有最高的优先权(采用多窗口技术)。
     7．事故处理指导和恢复操作指导
在设备异常情况下，通过操作员工作站的“帮助”功能键给出运行控制和消除故障的原理性指导意见。
　8．数据通信 
     电站监控系统与电站控制层计算机之间、电站控制层与现地控制单元(LCU)之间由以太网通讯。电站监控系统通过通讯工作站的串行通讯接口与厂长终端、调度系统等实现通讯。
    9．电站运行和维护管理
　积累电站运行数据，为提高电站运行、维护水平提供依据。
    10．系统诊断 
     电站级硬件珍断和电站级软件诊断，可在线和离线自检计算机和外围设备的故障、各种应用软件和基本软件故障。
　11．语音报警、电话自动报警及查询
　运行人员对系统数据库进行设置、定义发生事故时，监控系统需要进行语音报警和电话自动报警。
　　五、机组现地控制单元功能
　本单元监控范围包括水轮机、发电机及辅助设备(包括励磁装置和调速器的测控)、发电机出口断路器等。
　1．数据采集和处理 
     采集机组各电气量和非电气量，做工程值变换和预处理，并上送电站级，累计机组有功电度和无功电度，按需要上送电站级；收集主、辅设备、继保装置和自动装置的状态量，上送电站级。
　2．安全运行监视 
      与电站调速器、励磁装置和继保装置相配合，完成监视、越限检查、过程监视和现地控制单元异常监视。机组现地控制单元级在脱离电站级的情况下能保证机组安全运行。
　3．控制和调整
　(1)机组现地控制单元能自动完成机组工况变换和有功、无功功率的调整任务，无需依赖电站级。在接受命令后，整个工况转换过程能自动完成，也能分步完成。
　(2)机组自动停机方式分三种：
　发电～正常停机：卸负荷后，解列，停机；
　发电～快速停机：快速卸负荷后，解列，停机；
　发电～紧急停机：直接解列，停机。
　(3)机组同期并网。机组同期并网采用自动准同期方式，每台机组配备一套微机自动准同期装置。
　4．事件顺序记录和发送 
    自动检测本单元所管辖的设备状变、继保和自动装置的动作情况，当任何上述信号按顺序检测到后，将事件的性质上送电站级。
　5．数据通讯 
     完成与电站级的数据交换，实时上送电站级所需的过程信息，接收来自电站级的控制和调整命令，实现与微机调速器、微机励磁及保护设备间数据交换。
　6．系统诊断
　可在线自检硬件、软件故障。
　    六、开关站及公用设备现地控制单元功能
　本单元监控范围包括主变、110kV线路、全厂公用辅助设备和400V厂用电系统、220V直流系统等。
　1．数据采集和处理
　(1)采集全站6．3kV及以上配电装置，全站公用的油、气、水辅助系统及其保护装置，400V厂用电及备用电源启动投入装置，220V直流蓄电池及直流系统等的电气量和非电气量，做工程值变换和预处理，并上送电站级。
　(2)接受线路的有功电度和无功电度，求出送出有功电度、倒送有功电度、倒送无功电度的实际值，上送电站级。
　(3)收集主变、110kV线路的高压断路器、隔离开关及相关继保等设备的状态。
　(4)收集全站公用的油、气、水辅助系统及其保护装置的工作状态信息和报警信号，400V厂用电进线开关、母线分段开关状态，备用电源自动投入装置动作情况，220V直流蓄电池及直流系统的工作状态和报警信号。
　2．安全运行监视 
     与监控对象的保护和自动装置相配合，完成状变监视、过限检查、过程监视和现地控制单元异常监视。在脱出电站级的情况下，本单元仍能监视设备的运行，并能与机组现地控制单元协调工作。
　3．控制 
     对6．3kV及以上的断路器进行分、合操作，对110kV电动隔离开关进行分、合操作，对400V厂用电进线开关、母线分段开关的分、合操作，对全厂公用设备的启、停操作，接受电站级控耐命令，完成前述操作。
　4．其他功能
　与机组现地控制单元一样，具有事件顺序检测和发送、数据通信、系统诊断等功能。
　    七、大坝弧门设备控制单元
　本单元监控范围包括11孔弧形门。
　1．数据采集和处理
　(1)采集大坝11孔泄洪弧门，大坝水库水位的电气量和非电气量，做工程值变换和预处理，并上送电站级
　(2)接受电站级指令，实现弧门的自动控制。
　(3)现地单元内部自成一个独立的系统，通过现地操作面板，可以完成相关设备的监控。
　2．安全运行监视 
     与现场PLC相配合，完成状态监视、越限检查、过程监视和现地控制单元异常监视；在脱离电站级的情况下，本单元仍能监视设备的运行。
　3控制和调节
　(1)弧门的控制方式有：常规控制、弧门PLC屏操作面板控制、计算机监控系统集中控制3种方式。 
      在计算机监控系统正常情况下，通过计算机集中控制来实现设备运行和监控；在监控系统异常情况下，通过现地操作面板实现运行和监控。在PLC出现故障情况下，通过切换弧门PLC屏上的切换开关，改由常规控制，常规控制级别最高。
　(2)对弧门的控制包括单孔、多孔、自动3种模式。单孔控制可以对单扇弧门进行任意开度的启闭，多孔控制可对多扇弧门进行控制。运行人员可根据情况选择要启闭的一组弧门。自动控制则是根据要泄的水流量及当时的库水位，自动计算要启闭的总开度并根据弧门调度规程选择一组可远程启闭的弧门进行控制。
　(3)接受电站级控制命令，实现对弧门的自动调节。
　4．其他功能
　与机组现地控制单元一样，具有事件顺序检测和发送、数据通信、系统诊断等功能。
　　八、结 语 
     程江口水电站有运行人员10人，只有上游的石面坦水电站的1／20，节约了大量运行成本。在计算机的控制下，发电机组一直在较好的工况下运行，上游水位被计算机精准控制在一个合理的水位，既保证了上游安全，又保证了机组的出力，取得了很好的经济效益，实现了电站管理的科学化、现代化。

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