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湖北神龍架龍潭水電站現地控制單元(機組LCU)軟件設計

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文章出處:網責任編輯:作者:人氣:-發表時間:2013-12-18 11:14:00

 湖北神龍架龍潭嘴水電站筑物為3級建筑物。大壩為碾壓混凝土拋物線型變厚雙曲拱壩大壩建基面高程595.00m,壩頂高程693.00m,最大壩高98m,拱壩頂層拱圈左拱端厚7.79m,拱冠處厚6.00m,右拱端厚6.08m,壩底寬19.63m。

該電站機組已經投產發電。配置五套LCU,分別為機組LCU1, 機組LCU2, 機組LCU3, 機組LCU4,和公用/廠用電/開關站LCU。所有LCU均以GE90-30PLC 為核心進行實時數據采集和處理,順序控制,和提供(機組)有/無功調節,事故追憶和提供現地人機界面等功能。在PLC梯形邏輯編寫和調試過程中,充分考慮了軟件的可移植性和通用性,軟件按功能劃分,既為一個整體又相互獨立。

系統接受梯調的調度指令,實現AGC、AVC、廠內經濟運行、自動監測和閉環控制,提高電廠運行經濟效益,提高電廠安全運行水平,改善職工運行條件及提高電能生產的質量?,F地級監控層LCU直接控制和監視主設備的運行,在整個系統中,它作為一個智能終端,但也可以作為獨立的裝置單獨運行。

2 現地級機組LCU的功能
2.1 數據采集及處理
1) 開關量采集及處理
狀態開關量的采集及處理:機組LCU按周期掃查全部開入量,進行狀態檢查,更新數據庫,在開關量發生變位時,可以產生事件記錄,并根據控制流程進行動作處理或接點復歸處理。處理內容事先由設計人員根據機組的運行要求編寫在控制流程之中。當事故類信號變位時,LCU根據流程控制機組進行事故停機。如屬于故障類信號變位時,LCU則進行登錄和報警處理。所有事件記錄,流程的執行情況不僅保存于機組LCU,還全部送廠級監控層。在狀態開關量中,有一種綜合開關量,這實際是一種若干個開入量按一定邏輯關系得到的一個中間變量,此量可供其他LCU或裝置使用,如機組空載狀態,機組發電狀態等即屬于這一類,往往以開出的方式引出,或僅作為LCU本身內部的一個宏變量供流程使用。機組LCU狀態開關量共有90多個,這些量包括:斷路器的開/合,導葉的位置,油位的高低,油泵的啟、停等。
中斷開關量的采集與處理:中斷開關量具有中斷能力,響應速度快(<10ms),可按其變位發生時間的先后形成事件順序記錄。水輪機、發電機、瓦溫過高、壓力油泵、過速信號、機組的勵磁、保護等事故信號作為中斷開關量輸入,共20多點。機組LCU一旦收到這些表明機組發生事故的信號,會立即中斷當前的工作,快速轉到事故流程進行處理。并按要求形成事件順序記錄。

脈沖量采集與處理:每臺機組LCU為2路脈沖量,分別采集機組有功和無功電度。脈沖信號分別取自有功及無功脈沖電度表,根據每臺機組的PT/CT變比和脈沖電度表每度的脈沖個數,即可計算出每臺機組的電度累加值。計算結果可與電磁式電度表計值進行比較和修正,以保證計量的準確性。

2) 模擬量采集與處理
交流模擬量:通過GE程90-30的PTM模塊實現機組的交流采樣,采集參數包括:電壓、電流、有功、無功、頻率、功率因素等電量。

一般模擬量:主要包括直流電量及非電量性模擬量(溫度量除外),主要有:轉子電流及電壓、導葉開度、差壓、機組的工作水頭等信號。這些信號由變送器轉換為4~20mA信號供PLC采集。

溫度量:溫度量將采用48路智能溫度巡檢裝置進行采集,采用二線制接線方式輸入,測溫電阻為PT100,采集對象包括水輪發電機空氣冷卻器、發電機定子、軸承等共計30多路。溫度巡檢裝置根據測溫電阻在不同的溫度下具有不同電阻值的原理,將電阻轉換成相應的電量供計算機處理。PLC將通過RS485接口定時進行采集。根據運行需要,設置以上模擬量低低限(LL)、低限(L)、高限(H)、高高限(HH)報警值,系統提供越復限報警及處理功能。

2.2 控制與操作
機組LCU可以接受上位機或LCU操作面板上的輸入命令,執行相應操作。機組LCU都是通過其開出繼電器的空接點去動作現場設備,共使用單接點形式的開出點50多點,分別作用于各種管路的電磁閥、電路的斷路器、高壓油泵、潤滑油泵、漏油箱油泵的電動機等現地設備輸入點。

機組的控制操作需要編寫以下主要流程:
1) 機組順序控制流程。該流程包括以下幾種工況:停機—空載;空載—發電;發電—空載;空載—停機。
2) 緊急停機流程。
3) 發電組事故報警流程。
4) 發電組事故報警及停機流程。
5) 高壓頂起油泵控制流程。
6) 潤滑油泵控制流程。
7) 漏油箱油泵控制流程。
8) 故障、事故音響處理流程。
9) 其它流程。 

2.3 機組的有功和無功調節
LCU裝置對機組有功(P)、無功(Q)調節是根據LCU控制面板或主機設置的P、Q值,通過對機組的導葉開度和勵磁電壓進行調節,使機組按給定的P、Q值運行。對于P、Q的調節,LCU輸出的調節量采用脈寬的方式,調節脈沖均通過中間繼電器輸出給微機調速器和微機勵磁調節器,在P、Q的調節中還設立了發電機電壓、電流、P、Q負荷差等多種調節保護,確保P、Q調節在安全的范圍內進行。PLC直接通過以太網與廠級網絡進行通訊,可確保當現地LCU中操作面板出現故障,監控系統仍能從遠方監控所控設備(包括機組開、停機控制、增減有、無功率等)。

2.4 人機接口
機組LCU配置操作面板作為人機交互的窗口。運行人員通過操作面板可以進行機組的啟、停,斷路器的分、合,有功、無功的給定等多種操作。對于操作中的錯誤或不合法的命令,LCU拒絕控制命令的執行。對合法的命令,顯示控制的過程及最終結果。在操作面板上可對機組的動作情況和當前的工作狀態以及各種電流、電壓量、溫度量、有功、無功值進行監視,LCU的這種完整的操作顯示功能使它即使脫離上位機仍能獨立運行。操作面板發生故障,不影響系統的正常運行,主機仍能對機組LCU進行監控。

2.5 診斷功能
機組LCU具有對本身的硬件及各控制單元進行全面的保護性自我檢驗功能,并根據檢驗結果采取相應的保護性措施,防止出現不良結果。LCU同時向主機報告診斷的結果,根據自診斷記錄,值班維護人員可以了解LCU裝置工作是否良好,指導處理異常情況。

2.6 通信功能
1) 機組LCU與廠級監控層的通信。通過以太網實現,通信的主要內容有:將LCU采集到的各種信息、正在執行的控制操作、內部自診斷結果即時送上主機。接受主機的時間設定值和GPS時鐘同步信號。接受主機的P、Q設定值及控制命令等。
2) 機組LCU與微機保護裝置的通信。通過RS485總線將運行狀態、報警等 信號采集并傳送到廠級監控層主機。
3) 與其他設備的通信。LCU能夠通過硬布線的方式,將調速器、勵磁裝置的運行狀態、報警等信號采集并傳送到廠級監控層主機。

2.7 準同期功能
機組LCU上裝的微機準同期裝置可以萬無一失地捕捉到第一次出現的準同期時機,而且能絕對保證發電機在無相差的情況下并入電網。由于采用深圳智能公司生產的最新型的SID-2CV全中文智能準同期裝置,主機和LCU可通過RS485接口與準同期裝置直接通信,實行遠程監視。

3 公用和開關站LCU功能
由于公用和開關站LCU采用與機組LCU相同的控制結構及設備,因此,其數據采集與處理,控制與操作,人機接口,自診斷,通信等方面的基本功能,與機組LCU大致相同。公用LCU有兩面盤柜,第一面盤柜主要安裝PLC、操作面板,完成數據采集和控制。第二面盤柜主要安裝全部開出量中間繼電器、GPS、線路準同期裝置等。綜合電量變送器安裝在開關站現地屏上。UPS及電池安裝于計算機室。
3.1 公用LCU監控項目
1) 2臺廠用變高低壓側斷路器;主變的高低壓側斷路器、隔離開關及隔離刀閘;2回110KV斷路器、隔離開關及隔離刀閘;400V廠用電I---II段母線聯絡開關;廠用電至閘壩的電源斷路器;6.3KV母線至船閘的電源斷路器;10KV外接電源變壓器,高低壓側斷路器。
2) 1~2號技術供水水泵; 1~2號滲漏水泵;1~2號消防泵;1~2號中壓氣機;1~2號低壓氣機;火災報警控制器總火警信號。對1~2號技術供水水泵、 1~2號滲漏水泵、1~2號中壓氣機、1~2號低壓氣機等公用設備的數據采集,公用LCU可通過Genius總線和以上設備相聯。在公用LCU的I/O點設計時暫不考慮。
3) 上下游水位;上下游水位差;直流母線電壓。
4) 1~2號廠變;1~2號船閘變的有功電度;110KV線路的有功及無功電度;1~2號主變高壓側有功及無功電度;有功及無功電度的測量方法同機組LCU。

3.2 公用LCU控制流程
主要控制流程有以下幾個:
廠變高壓側斷路器控制流程;
廠用電I、II分段,斷路器控制流程;
110KV線路斷路器控制流程;
110KV線路隔離刀閘控制流程;
主變110KV高低側斷路器控制流程;
主變110KV高低側隔離刀閘控制流程;
故障、事故音響處理流程。

4 結束語
湖北神龍架龍潭嘴水電站計算機監控系統在系統實施過程中廣泛應用了長沙國通電力自動控制技術、計算機技術、數據庫技術、總線技術等,提升了整個水電站的自動化監測和控制水平,提高了系統控制的安全性、可靠性,實現了工程管理的科學化、現代化,充分發揮了工程經濟效益和社會效益。從現在已投入的系統運行來看,技術先進、可行、穩定,為國內外同類型的水電站項目計算機技術推廣應用提供嘗試。

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