水电站自动化监控系统.docx

1、水电站自动化监控系统水电站自动化监控系统系统介绍概况:为了适应电网进展、技术进步的需要，知足设备更新、改造要求,开发水电厂运算机监控系统以实现全厂和开关站要紧设备的平安监控、经济运行和实时治理等功能，不但将使全厂的综合自动化水平大大提高，而且能改善劳动条件，取得显著的经济效益。监控系统设计原那么:1依照全厂综合自动化以运算机监控为主、常规操纵为辅的指导思想进行整体设计和系统配置，使运算机在水电厂的应用达到一个新的水平。2关于梯级电站，在梯级电站运算机监控系统之间进行通信；从平安性和经济性的角度实现部份梯级调度的功能。 3系统应高度靠得住、高度冗余，不但其本身的局部故障可不能阻碍现场设备的正常运

2、行，而且系统的M T B F等各项指标均达到部颁水电站运算机监控系统设备技术要求的规定。4系统配置和设备选型应符合运算机进展迅速的特点，充分利用运算机领域的先进技术。五、全散布开放式系统，既便于功能和硬件的扩充，又能充分爱惜用户的投资。散布式数据库及软件模块化、结构化的设计，使系统更能适应功能的增加和规模的扩充。6.实时性好，抗干扰能力强。7人机接口功能强，操作方便。系统结构及配置说明1.系统结构散布式开放系统（1）主运算机治理全厂的自动化运行操纵。即全厂经济运行（E D C）、自动发电操纵(A G C)、自动电压操纵（AVC）、历史数据保留、运行报表打印、与外系统的通信等。（2）值班员工作站

3、作为运行人员与运算机系统的人机接口，完成实时的监视与操纵。（3）本地操纵单元L C U实现对本地生产对象的监控。每一个L C U单元，完成L C U的运行治理和操纵，并同主效劳器进通信，实现开放式全散布系统的数据库散布，并实现L C U上网。（4）所有上述运算机都按I E E E E t h e r n e t标准联成网络，网络介质那么采纳同轴电缆(或光纤电缆)。（5）所有上述运算机都采纳开放系统的操作系统UNIX，图形系统符合X-Window标准,网络协议为T C PI P。（6）厂级运算机通过网络终端效劳器串行通信接口与打印机和外系统通信。（7）时钟同步。采纳电视时钟系统与厂级运算机及各L

4、 C U进行时钟同步。系统特点（1）采纳局域网的散布式开放系统结构，L C U的C P U、厂级主运算机、中控室操作值班员工作站均利用UNIX操作系统，网络软件为TCPIP，工作站图形系统符合X-Window标准。上述各运算机都直接接入网络，可取得高速通信和共享资源的能力。如来自LCU的实时信息直接在工作站CRT上显示，操纵命令直接由工作站下达给各L CU，都不需要经厂级运算机转发。（2）网络上接入的每一设备都具有自己特定的功能。实现功能的散布，既提供了某一设备故障只阻碍局部功能的优势，又利于尔后功能的扩充。（3）厂级运算机和操作员工作站采纳国际上先进的工作站，该系列工作站是目前国际上最高性能

5、的运算机之一。L C U的CPU采纳符合工业标准的微机，性能优越。（4）系统先进。冗余化的设计和开放式系统结构，使系统靠得住有效、便于扩充，整个系统性能价钱比高。（5）系统高度冗余、靠得住。a.运算机为双机热备用。b.中控室操作值班员工作站可互为备用。关于开放系统开放环境利用的缘故，是因为最近几年来运算机系统更新换代速度专门快，价钱不变的情形下，运算机性能和速度成倍提高。硬件设备的质量也已各有所长，没有一家公司的硬件能够独自称雄。用户会发此刻前几年仍是超级先进的设备，此刻已到了淘汰的时候。换言之，此刻选的机械会可不能过几年又要淘汰。而淘汰意味着，过去的设备元器件、备件将难以买到，对运算机上的庞

6、大应用投资会丢失，在监控系统上连年积存的利用体会将会丢失。系统全数硬件/软件的状况不复存在。这就对运算机信息系统的研究开发者提出了以下课题：（1）对用户来讲如何爱惜其在开发大型系统中积存的资源和投资。即如何提供不同运算机的互操作性。（2）如何保证用户在更新其运算机设备的同时，应用软件仍然可用。即如何解决不同产品间的可移植性。（3）如何提供给用户一个网络环境，让其利用最适合自己的不同厂商的硬件设备。即提高系统对运算机设备的可集成性。因此，IEEE（国际电子及电机工程协会）负责制订可移植操作系统接口(POSIX)标准的P1003工作组，把开放系统概念为：“依照开放的接口、效劳和支持格式标准而实现的

7、系统，使应用软件能以最少修改，实此刻不同系统中的移植；并能同本地的或远程系统中的应用实现互操作；能以方便用户迁移的方式实现用户的交互。”散布式咱们推荐的全散布式方式，是指系统上的每一个节点都可安装与本节点应用相关的数据库和有关的操纵和执行程序。对系统而言，节点功能、资源相对独立而又便于为其它节点共享，同时了便于分期投运，而且为尔后扩充提供了较大的方便。完全知足散布式的三个特点即自治性、模块性、并行性。上一代监控系统经常使用的分层散布模式，一样都有一个主运算机（或称得上位机），系统的全数数据集中在主运算机中，数据库不散布，自治性不行。如此的缺点是一旦上位机显现故障，系统数据库全数丢失，系统功能如

8、监视、操纵功能也只有丢失，如此只有冗余，即便冗余工作正常也不能知足系统分期投运和尔后扩充的要求。所谓全散布是指数据库、操纵功能散布。图形工作站不依托于任何一台机械，可直接读写LCU数据库或厂级操纵数据库，直接实现全系统监视和操纵。网络上的任一部份不工作，不阻碍系统其它部份。成熟性全散布开放系统是目前国际上应用于水电厂运算机监控系统中最先进的系统。设备配置系统设备的详细配置由系统概算决定，选用当前先进、靠得住的名牌机型。2.1.1中央处置机：中央处置系统两套；每套推荐配置：选用高性能的工作站或效劳器，（视应用环境可采纳高性能的工控机）。操纵台终端为19以上高分辨率彩色CRT。2.1.2操作工作站

9、： 中控室操作值班员图形工作站两套；每套推荐配置：选用高性能的图形工作站。操纵台终端为21高分辨率彩色CRT。2.1.3 LCU： LCU（本地操纵单元）分两部份，一部份是机组用LCU，即每台机组配置一套LCU；另一部份是公用LCU，总共配置一套公用LCU。 LCU的具体配置如下：（1）同期操纵：机组LCU带有一套单对象的双微机自动准同期装置。开关站LCU带有一套多对象的双微机自动准同期装置。 （2）处置机：LCU的CPU部份，采纳工业操纵微机。用以治理各自LCU的/装置、实现开放式全散布系统的数据库散布，并组织LCU上网。（3）I/O容量：每套LCU都可支持以下I/O量：中断开关量输入（包括

10、脉冲量）、非中断开关量输入、模拟量输入、开关量输出。2.1.4机组操纵装置（PLC）：选用入口可编程操纵器作为主设备（可支持采纳各类主流PLC设备），并配有机柜、电源、风机、插箱和必要的本地操作面板等设备。机组顺序操纵的机柜与机组LCU的CPU进行通信，机组顺序操纵装置能够独立利用。每套PLC可支持以下I/O量：开关量输入/输出（包括面板及通信利用的点数）、模拟量输入，并可实现与LCU之间的开关量上/下行通信及模拟量上/下行通信。2.1.5网络支持：主处置机、操作站、LCU之间，采纳以太网来进行通信以实现数据传输及操纵治理，通信线（网线）采纳五类双绞线为传输介质。网络环境的具体配置如下：（1）

11、网卡（若是采纳双网结构，那么每一个节点需配两块网卡）：要求配置的节点有：中央处置机、操作员工作站、各LCU的操纵机；（2）网线；（3）网络互换机；（双网结构需两台）（4）网络效劳器；（视应用需要而定）2.1.6时钟同步系统：设置一套卫星时钟系统，作为系统的时钟标准，并对全系统进行时钟同步。时钟装运算机房，直接与中央处置机进行通信，再由中央处置机对各LCU进行时钟同步。（也可让各节点直接与GPS进行时钟同步，推荐采纳前者）2.1.7网络打印效劳器：采纳一台网络终端效劳器，用于连接打印机及与外系统的备份。2.1.8其它设备（1）中央处置机配有磁带机，用于主处置机及工作站的系统安装和系统的备份。（2

12、）打印两台，一台用于中控室，一台用于机房。（3）音响报警系统，一套。2.1.9 UPS（选件）：（1）各LCU均带有交直流双供电源，可替代常规的UPS 不中断电源；（2）中央处置机与工作站配有不中断电源，可维持30分钟的备用供电；2.1.10与外系统的通信接口：网络终端效劳器留有与外系统的异步串行接口RS-232C，可用于连接实现：（1）长监视终端；（2）大坝平安监测系统；（3）中调；（4）治理网；（5）为实现联合调度，与梯级电站监控系统进行通信；系统技术指标1对系统的一样技术要求：环境条件：（1）周围环境温度和湿度：a. 环境温度：机房（有空调）：夏日232；冬季202；每小时温度转变率5/

13、小时；现场： 0-40，每小时温度转变率,个数,个数100ms;负载能力10mA；（2）输入电平：无源接点或12VDC/24VDC电平。数字量输入：输入电平：无源接点或12VDC/24VDC电平。开关量输出：（1）开关量输出信号采纳继电器输出。（2）每一开关量输出设有LED状态显示。（3）开关量输出接口参数：输出形式：空接点接点容量：阻性：50Hz，220VAC，5A；220VDC，0.3A感性负载：30W。4.电源：主控级运算机：主控级运算机（包括主机、各工作站和对外通信效劳站等）配有UPS。（1）交流电源消失，备用蓄电池应能维持负载小时以上。（2）输入电压：AC220V20%；（3）输入电

14、源频率：50Hz5%；（4）输出电压：220V2%；（5）输出电压波形：工频正弦波，50Hz1%；（6）波形失真：3%；（7）噪声：50dB；（8）高频辐射：无干扰阻碍；（9）切换时刻：不超过4ms； LCU采纳在线式1KVA不中断供电输入AC220V10%5.接地：运算机监控系统主控级接地能够利用电站公用接地系统，不设单独的接地网，其接地电阻不大于.监控系统中各LCU及在主厂房中控室的终端接地只能利用电站公用接地网接地，接地电阻不大于。设备外壳接地，交流电源中性接地、直流工作地和电缆屏蔽层接地在同一屏柜中将采纳一个公共接地端子系统的功能说明1运算机监控系统的任务与功能：数据搜集与处置：这部份

15、功能包括对实时数据的搜集、进行必要的数据预处置并以必然的格式存入实时数据库。通常依照信号性质的不同把它们分为模拟量、开关量及脉冲数字量，其搜集及处置方式也各不相同。1.1.1模拟量的搜集与处置：这一类实时量包括电气模拟量、非电气模拟量及温气宇，对它们的搜集范围、处置方式和各量的转变规律各不相同，所要求的搜集周期也各不相同。电气模拟量系指电压、电流和功率等电气信号量。这些信号都是模拟型的，从变送器输出的信号一样为0-5或4-20mA直流电压信号，采纳双绞屏蔽电缆传输。由于其它常规设备对这些信号也有需求，因此要求信号能被两处以上的地址所共用，信号之间有隔离。其处置包括预防回路断线及断线检测功能、信

16、号抗干扰、数字滤波、误差补偿、数据有效性合理性判定、标度换算、越复限判定及越限报警，最后经格式化处置后形成实时数据并存入实时数据库。一样非电模拟量要紧指压力、流量、水位、油位等信号量和摆度、振动及脉冲量。通常，这种信号变送器的输出为4-20mA直流信号，对它们的搜集与处置除信号接收方式及搜集周期不同外，其它处置与电气模拟量的处置相同。温气宇也属于非电模拟量，由于其搜集的信号是测温电阻，且其转变速度一样也比较缓慢，因引将其单列出来。对温度的搜集与处置除信号搜集方式及搜集周期外，其它处置要求与电气模拟量相同。 1.1.2开关量的搜集：开关量按其搜集方式及信号重要程度的不同将其分为中断型开关和非中断

17、型开关量两种。中断型开关量信号指事故信号、断路器分合及重要继电爱惜的动作信号。运算机监控系统应能以中断方式迅速响应这些信号并做出一系列必要的反映及自动操作。中断型开关量信号输入为无源接点输入，中断方式接收，对信号的处置包括光电隔离、接点防抖动处置、硬件及软件滤波、基准时刻补偿、数据有效性合理性判定、启动相关量处置功能（如启动事故顺序记录、发事故报警音响、画面自动推出和自动停机等），最后经格式化处置后存入实时数据库。非中断型开关量信号是指除中断型开关量信号之外的那部份开关量信号。包括各类故障信号、断路器及隔离开关的位置信号、机组设备运行状态信号、手动自动方式选择的位置信号等。运算机监控系统对这些

18、信号的搜集方式为按期扫查，信号输入为无源接点输入，对信号的处置包括光电隔离、接点防抖动处置、硬件及软件滤波、基准时刻补偿、数据有效性合理性判定、发故障报警音响，最后经格式化处置后存入实时数据库。1.1.3脉冲量、数字量搜集脉冲量要紧批有功及无功电气宇、机组过水流量，冷却水流量等的累加。脉冲量的输入为无源接点或有源电脉冲，即时搜集。对脉冲量的搜集处置包括接点防抖动处置，数据有效性合理判定、标度变换、检错纠错处置，经格式化处置后存入实数据库。数字量信号指水位、转速及频率等输入量。对它们的处置有光电隔离、数字滤波、码制变换、数据有效性合理性判定、标度变换、检错纠错处置，经格式化处置后存入实时数据库。

19、1.1.4开关量输出：特指各类操作操纵指令。运算机在输了这些信号前应进行校验，经判定无误后才能送至执行机构，为保证信号的电气独立性及准确性，开关量输出信号也应经光电隔离接点防抖动处置后发出。1.1.5信号量值及状态设定：关于电站在建设初期所无法搜集到的信号，或某些由于设备缘故此造成的信号了错和在必要时要进行人工设定量值作分析处置的信号量，运算机监控系统应许诺运行值班人员和系统操作员对其进行人工设定，并在处置时把它们一其它正常搜集到的信号等同对待，在运算机监控系统能够区分它们并给出应标志。1.1.6统计及计算：（1）实时功率计算：依照所测得的实时数据，计算各发电机实时功率之和并显示在画面上。（2

20、）电量分类累加：单台发电机，单回送电线路的日、月、年发电及送电有功无功电量累加；单台主变日、月、年送电有功无功电量累加；全厂日、月、年总发电量、主变总送电量，厂用总用电量及线路总送电量累加；单台主变及全厂主变日、月、年总有功损耗、总无功损耗；全厂日、月、年厂用电率；在规定的时刻距离内（如当班及分时等）的全厂总发电量和总送电量累加；上述各累加量能够通过人机联系设备及程序设置初值。（3）效率计算：对每台机组和全厂计算实时效率，并计算日、月、年的平均效率；（4）机组摆度、振动上抬和压力脉动的值峰一峰计算：对各点脉动值的采样离散值进行峰一峰值计算，求出每一点在转频周期中离散值的最大值和最小值的差值供显

21、示、打印及限值比较用。（5）温气宇特点值计算：求取同组温度中的最高值及相应测点号；求取同组温度中的最大温差值；求取油槽油温与瓦温间的温度值；求取每组温度值中最高点的温度转变趋势。（6）数据紧缩精简：对实时数据和历史数据按要求进行挑选整理，去除无用的数据后，才将紧缩了的数据存入数据库。电站运行平安监视：1.2.1全厂运行实时监视：运算机监控系统能够使运行值班人员、值长、厂长或总工通过CRT对全厂各主设备及辅助设备的运行状态进行实时监控。由于各级监视人员的职责不同，其监视的内容也各不相同。监控系统将能够依照预先的设定进行数据的自动分派，同时也能够随时对监视内容的设定进行更改。所有要进行监视的内容包

22、括当前各设备的运行及停运情形，并对各运行参数进行实时显示，监视的设备包括全厂电气系统、机组水车系统、公用油、水、气系统、闸门系统及直流系统。1.2.2参数越复报告记录：全厂监控系统将对某些参数和计算数据进行范围监视，有的量如温气宇等还应进行趋势分析，即进行梯度监视，对这些参数量值及梯度值可预先设定其限制范围，当它们越限及复限时要作相应的处置，这些处置包括越限报警；越复限时的自动显示、记录和打印；关于重要参数及数据还应进行越限后至复限前的数据存储及召唤显示；启动相关量分析功能，作故障缘故提示。 1.2.3事故顺序记录：当电站发生事故造成断路跳闸、重合闸动作等情形时，运算机监控系统将当即以中断方式

23、响应并自动显示、打印事故名称及时刻、记录、显示、和打印相关设备的动作情形；自动推出相关画面；作事故缘故分析并提示处置方式。运算机监控系统能将发生的事故及设备的动作情形按其发生的前后顺序记录下来，且记录的分辩率不超过2毫秒。1.2.4故障状变显示记录：运算机监控系统按时扫查各故障状变信号，一旦发生状变将在CRT上即时显示出来，同时记录并打印故障音响名称及其发生时刻，音响报警，运算机监控系统对故障状变信号的查询周期不超过两秒。1.2.5趋势分析判定：对发电机定子温度、轴承温度、主变压器油温等时行趋势分析，趋势转变速度超过限值时发出报警信号。电厂运行指导：1.3.1开、停机进程监视：当开、停机指令下

24、达后，运算机监控系统能自动显示相应的机组开、停机监视画面。要求画面能以流程框图的形式实时显示全数开停机进程中每步骤及执行情形，提示在开停机进程受阻时的受阻部位及其缘故，进行开环运行指导乃至闭环自动操纵操作。另外，运算机监控系统应能自动识别在不同方式下的开、停机，并做出不同的响应。在此功能设计时，将与开、停机作有关的某些重要装置和设备的状态和完成对其操作所用的时刻考虑进去，必要时并将其显示在画面上。 1.3.2电站一次设备操作指导：当电站一次设备要进行倒闸操作时，运算机监控系统将能依照全厂当前的运行状态及隔离开关闭锁条件，判定该设备在当前是不是许诺操作并给出相应的标志。若是操作是不许诺的，那么应

25、提示其闭锁缘故并尽可能地提出相应的处置方法。1.3.3厂用电系统操作指导：依照当前厂用电的运行状态及有关厂用电运行方式、倒闸操作限制条件的约束，运算机监控系统能判定某个厂用电断路器或刀闸在当前是不是许诺操作并给出相应的标志。若是操作许诺那么应提示操作的前后顺序，若是操作不许诺那么应提示其缘故。1.3.4故障显示记录：运算机监控系统除要对各事故进行显示和记录外，还能进行相关性分析，找出并提示事故和故障产生的缘故及相应的解决方法。操纵与调剂：1.4.1操纵权：操纵权分远方及本地两级，能够进行切换。远方操纵来自上级调度和治理部门，本地操纵在电厂内部进行。操纵权由电厂端设置，并以本地操纵为优先，通过运

26、行值班人员能够将操纵权移交给上级调度和治理部门。当有事故发生或其它经缘故需电厂运行值班人员进行干与时，操纵权将能自动切换到电厂端。另外，设计将保证在进行操纵权切换时电厂运行无扰动。 1.4.2操纵与调剂：全厂运算机监控系统能依照电厂当前的运行情形和远方及本地的操纵命令、自动发电操纵（AGC）及自动电压操纵（AVC）计算、预定的步骤、对电厂全厂的运行进行操纵及调剂，操纵及调剂的内容包括机组的开、停机操作，有功功率、无功功率调剂；开关站断路器、接地刀闸的分合操作等。机组正常的操纵操作由可编程操纵器PLC实现。PLC可独立工作并在运算机监控系统的CRT上显示其操作进程。操作方式有手动及自动两面三刀种

27、，可预置也能够切换。机组的有功和无功功率调剂由微装置实现。调剂器的给定由上位机发出，经自动检测和调整可实现闭环运行。给定也能够由运行值班人员在中控室或机旁手动发出而实行开不运行。另外，由上级调度和治理部门发出的指令经运算机调整后也可下达分派到各机组执行。自动发电操纵及经济运行：1.5.1全厂运行方式设定：本电站运行以发电为主，并参与电力系统的调频和调峰工作。正常运行时以调功方式为主，其给定方式有全厂总有功功率给定及全厂日负荷曲线给定两种。当参与系统调频时，电厂运行将以知足电力系统所需的频率要求为原那么。运算机监控系统将能够区分出上述各类运行方式。并可通过人机对话的形式对全厂和每台机组的运行方式及运行状态进行预置和切换。1.5.2自动开、停机：运算机监控系统将能依照全厂当前的运行状态及每台机组各自的特定情形确信当前各机组最正确开、停机顺序，依照电厂运行要求按此顺序实现自动开、停机操作，同时还能够自动调整每一台参加AGC机组的有功