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上马蒂水电站计算机监控方案设计

2020-11-23李松森蒋雨煊

机电信息 2020年29期
关键词:水电站

李松森 蒋雨煊

摘要:根据尼泊尔上马蒂水电站的工程概况,介绍了该电站计算机监控系统的结构、要求及主要配置,阐述了监控系统中现地控制单位的功能及设备配置,分析了监控系统的应用软件,为类似水电站的计算机监控方案设计提供了参考。

关键词:水电站;计算机监控系统结构;主要配置

1 工程概况

上马蒂水电站位于尼泊尔西部卡斯基大区的马蒂河上,处于马蒂河上中游,坝址和厂址分别位于该段河流的上下游处,它们之间形成了120 m的可利用水头。

该电站装设了2台立轴混流式水轮发电机组,机组引水方式为一管二机,设有调压井。每台机组设置蝴蝶阀作为进水主阀。机组调速系统选用具有PID调节规律的微机电液调速器。该电站总装机容量为2×12.5 MW,根据电站接入系统方式,该电站采用132 kV单回路输电线路,所发电量输送到电站以南12 km处的博克拉市区东部变电站,并入尼泊尔综合电力系统(INPS)国家电网。

2 上马蒂电站计算机监控系统结构及要求

2.1    系统结构

上马蒂水电站计算机监控系统采用分层分布开放式系统结构,设电站级和现地控制单元级。监控网络采用10/100 M自适应单模光纤交换式环形以太网结构,网络的传输速率不小于100 M/s。

电站级监控系统设2台主机兼操作员工作站、1台通信工作站、GPS时钟系统、2台UPS电源和相关网络设备等,可完成整个工厂的监视功能,并预留了与调度中心监视系统通信的接口。

现地控制单元级监控系统根据每个单元、交换站、整个工厂的公共设备及坝区闸门等设置,配有2台单元LCU、1台交换站LCU、1台公共LCU和1套坝区LCU。电站控制室电站级控制单元至坝区现地控制单元的距离按5 km远传距离考虑。

2.2    系统要求

2.2.1    现地控制方式

现地控制单元应设有“现地/远方”切换开关。当切换开关处于“现地”位置时,能通过LCU的操作面板对其控制范围内的电站主辅设备进行控制和调节。此时,远方控制功能被闭锁,仅保留遥测和遥信功能。

2.2.2    中控室控制方式

电站级设有“电站控制/调度控制”软切换开关。当开关切至“电站控制”时,监控系统电站级可对控制方式切换开关处于“远方”位置的现地控制单元控制范围内的电站主辅设备发布控制命令,调度级则只能监视。当开关切至“调度控制”时,电站计算机监控系统接收到上级调度中心下达的调度命令,对132 kV断路器和机组进行控制。

2.2.3    计算机监控系统应有符合“五防”要求的逻辑闭锁条件

根据预定的决策原则和电厂操作员输入的指令(或上层调度中心输入的指令),该计算机监控系统可以实现单元工作条件的自动切换、断路器和隔离开关的打开和闭合、负载调节开关上变压器的操作以及电线的自动顺序切换等。监视系统应配备符合“五预”要求的逻辑锁定条件,以确保通过监视系统进行开关操作期间设备和人员的安全。

3 计算机监控系统电站级主要配置

3.1    主机兼操作员工作站

2台主机兼操作员工作站同时接收和处理各种信息,只要主工作站有信号输出,2台主机兼操作员工作站能够实现自动和手动切换,保证切换过程数据不丢失,实时任务不中断。每个操作员工作站配置2台显示器,键盘及鼠标的光标可在显示器间任意移动。主机兼操作员工作站选用国际知名品牌,打造成熟的高性能工作站。

3.2    工程师工作站

工程师工作站用于维护和管理整个计算机监控系统,可以完成数据库以及系统参数的定义和修改、报表的生成和修改、网络维护和系统诊断。计算机监控系统的维护只能在工程师工作站上进行,并且必须提供可靠的登录保护功能。工程师工作站布置在中控室计算机室,其相关功能由其中一台主机兼操作员工站兼任。

3.3    通信工作站

通信工作站主要負责对外通信,并与电站内其他设备进行数据通信。在电站载波设备的辅助下,通过载波通道,支持多种通信规约,以满足尼泊尔电力颁布的通信规约要求,实现电站计算机监控系统与调度系统的数据通信。供应商应配合并协调电厂计算机监控系统和调度工作,包括软件及硬件连接、通道的调试等,并保证与调度的通信能与电站的机组发电同时完成。

通信工作站连接到主控级网络交换机,可以与网络上的所有联系人直接交换数据,以实现信息的直接获取和传输遥控。工作站配备多个数字通信接口,并且每个接口都可以配置各种通信协议。

3.4    时钟系统及显示装置

系统采用GPS时钟信号为标准时间,构建时钟系统,GPS时钟装置的输出接口除满足计算机监控系统要求外,还需满足继电保护装置、现地控制单元、所有系统的控制装置及其他智能装置的需要。在中控室和发电机层放置显示装置,显示来自GPS装置的标准时间。

3.5    网络设备

监控网络采用单模光纤环形以太网结构,配置工业级网络以太网交换机。站控层与各现地控制单元间的各交换机均采用单模光纤连接。

4 现地控制单元

4.1    现地控制单元功能

上马蒂水电站现地控制单元的功能主要为对监控对象进行数据采集与处理、控制和调节、通信、自我诊断及恢复、掉电保护和人机联系。

4.2    现地控制单元级设备配置

电站LCU包括2套机组LCU、1套开关站、1套公用LCU和1套坝区LCU。现地控制单元采用施耐德Premium系列,CPU为TSXP573634。人机界面采用一体化的12英寸彩色LCD触摸屏(触摸屏与PLC同厂家)。LCU应有专用的便携式调试计算机的接口。LCU应能实现时钟同步校正,其精度应与SOE分辨率配合。现地控制单元的设备应能在无空调、无净化设施和无专门屏蔽措施的电站主副厂房、坝区电气室中运行。

现地控制单元LCU应提供多个接口,如ModBus Plus和ModBus以及供货商认为有必要配置的接口及相关转换接口设备,并实现规约转换,以便与其他控制设备进行通信,包括励磁系统的微机调节器、调速系统的PLC调速器、微机保护装置、自动准同期装置、闸门现地控制设备、主变现地控制设备、现地PLC控制屏、电度表计、测量表计以及其他设备进行现场总线通信,还应提供主控级和上述设备之间进行信息交换的通信软件。

5 操作系统应用软件

5.1    数据采集软件

数据采集软件可自动采集各现地控制单元和智能装置的各类实时数据,接收调度的命令信息。按要求对采集数据进行处理,并发送电站相关数据给调度中心。

5.2    人机接口软件

人机接口软件包括显示和打印软件、电话语音报警和查询软件,采用中/英文切换界面。人机界面软件应允许操作员在不详细了解计算机的情况下添加或修改操作员命令。操作员应该能够直接在屏幕上选择某个设备,然后系统会弹出控制面板以直接控制系统设备。人机界面软件还应提供交互式图形编辑软件供用户生成人机界面图像,且图形和数据之间的连接可由用户定义。

5.3    通信软件

通信软件包括计算机监控系统内部各节点之间的通信,包括通信工作站和厂内其他计算机系统及上级调度系统的通信,现地控制单元与继电保护装置、智能装置、智能监控设备的通信等。

5.4    诊断软件

供货商应提供完备的诊断软件,以实现计算机监控系统网络设备、计算机设备和I/O模块的诊断功能,诊断结果应精确到模块和通道。

5.5    控制软件

控制软件主要包括机组开停机流程、厂用电控制流程、断路器控制流程等。

5.6    AGC软件

电站计算机根据调度给定的总有功功率或日负荷曲线,按最优发电运算(EDC)确定开机台数及机组间的负荷分配,实现成组控制。

5.7    AVC软件

电站计算机根据调度或运行人员给定的全站无功功率给定值或负荷曲线及安全运行约束条件,并考虑机组的限制条件,确定机组开机台数。AVC软件按照等无功功率或等功率因数分配机组间的无功功率,也可提出指导性的数据供运行人员参考。

电站计算机根据调度或运行人员给定的132 kV母線电压或日调节曲线,计算得出电站无功功率目标值,并分配给参加联合调节的机组。在特殊电气故障情况下能实现高周切机,防止系统崩溃。

6 结语

上马蒂水电站计算机监控系统根据无人值班、少人值守的设计原则,采用开放式分层分布式系统结构,可以进行数据的收集和处理、计算和交换。监控系统能够有效地监控整个水电站运行情况,提高了上马蒂水电站乃至整个电网的自动化运行和管理水平。

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