DZWX2000水电站微机自动化系统在武岳水电站的应用

------------------------------------------作者xxxx------------------------------------------日期xxxxDZWX2000水电站微机自动化系统在武岳水电站的应用 【精品文档】DZWX-2000系列低压机组智能控制系统在武岳水电站的应用张光胜贵州武岳实业集团黄平武岳电厂，贵州黄平556100摘要：DZWX-2000小型水电站微机综合自动化控制系统采用先进的分层分布式系统结构，集遥控、遥测、遥信、遥调四大功能于一身，实现电站微机综合自动化。该系统在武岳水电站的应用表明，DZWX-2000系统非常适合小型水电站的自动化控制系统技术改造。关键词：小水电水电站自动化自动化系统技术改造应用DZWX-20001武岳水电站技术改造简介武岳水电站位于贵州省黄平县纸房乡，地处黄平、余庆、瓮安三县交界处，为一泾流式小型水电站，原为贵州省军区后勤部汞矿厂自备电源电站，现隶属贵州武岳实业集团。电站装机2×500kw，电气主接线采用发电机—变压器单元接线，线路侧为单母线接线。电站始建于1969年，1971年5月7日建成投产，至2007年，电站已运行了36年，按水电行业标准，机电设备已经严重超期服役，且老化落后。其自动化保护控制设备仍然沿用20世纪60、70年代的常规继电器控制方式，保护方式落后，自动化水平低，安全性、可靠性、灵敏度低且故障率极高，拒动、误动现象时有发生，严重威胁着机组的运行安全。【精品文档】 【精品文档】经过充分的技术改造可行性论证，综合各种因素，决定对原电站进行报废重建，重建后的电站装机改为2×630kw。有鉴于微机综合自动化控制系统在国内外中小型水电站应用的实际效果，同时为适应当今电力科技的发展及电力系统对水电站安全运行及自动化水平要求的提高，电站重建方案中在电站的自动控制保护方式上决定采用小水电站微机综合自动化控制系统，对全电站机电设备运行状态和参数进行计算机监控，实现全电站的遥测、遥信、遥控及遥调等远端功能，各相关机电设备的控制、保护、调节装置（或元器件），均根据微机综合自动化控制系统运行要求进行配置。经过充分考察对比，工程具体实施过程中使用了杭州亚太小水电设备成套技术有限公司研制开发的DZWX-2000系列低压机组智能控制系统，实现电站的微机综合自动化控制功能。武岳水电站报废重建工程历时11个月，于2008年11月建成投产，其装备水平和自动化程度，居黔东南同等规模小水电之首。微机综合自动化控制系统的运用发挥了其强大的优势，优化了机组的运行方式，极大地提高了水能资源的利用率，同时达到了减人增效的目的。2DZWX-2000系统概述DZWX-2000系列低压机组智能型控制系统，是杭州亚太小水电设备成套技术有限公司在总结我国小型水电站运行经验的基础上，【精品文档】 【精品文档】专门针对农村小型水电站（AC400V630kW及以下低压机组）的设备配套及运行特点而开发的一套可靠、实用又经济的自动化控制系统。适用于农村单机630kW及以下的小型水电站的运行监测、自动化控制和保护，可实现水电站的遥测、遥信、遥调、遥控等远端功能，使电站运行实现高度自动化，并提高电站运行的经济性、可靠性和安全性。电站若与电力调度系统连接，可作为电力调度自动控制系统的厂站端。系统设计思路是尽可能使小型水电站在减少配置，减少投资的情况下实现高度自动化控制，所以它在其SDJK系列水电站计算机监控系统（主要适用于单机630kW以上的高压机组）的分层分布式结构（以工业控制计算机为上位机，以可编程序逻辑控制器PLC、微机保护装置、智能电参量测量仪、温度巡检仪等构成现地控制测量单元LCU）、模块化设计基础上又加入自身设计特色：DZWX-2000系统简化设计，将二次测量、控制、保护设备与一次电气设备同组一屏，即对电站配置来说，只需一机一屏，整个系统层次清晰、结构灵活、实用性强、扩展方便、性能价格比较高。可以取消自动调速器，只需电手动两用操作器或电动机，完成机组的自动同期并网及功率调节。可编程智能控制器完成机组的残压测频、电站控制、调节操作以及电站运行状态的采集。智能电参量测量仪完成机组的电气参数采集及保护。【精品文档】 【精品文档】DZWX-2000系统可根据电站需要配置上位机，对各类输入量进行实时采集、处理、监视，对各类控制对象进行多种控制；上位机软件自主开发，人机界面友好，根据实际情况，可方便地对画面、参量、编号进行修改或重新定义；强有力的事故追忆和顺序事件记录（SOE）功能，为事故分析提供了必不可少的手段。DZWX-2000系统的软硬件均采用模块化设计，可依据电站实际规模，灵活配置，并留有充足的备用和可扩充容量，该系统还能与调度系统联网通讯，实现更高层次上的扩展。DZWX-2000系统设计充分考虑到保证系统的高度可靠性，某一设备故障不影响系统性能；所有输入输出均带隔离、软硬件数字滤波、防触点抖动等措施。上位机与LCU软件还带有完备的防误操作、自诊断、自恢复程序，输出口采用了软件和硬件的双重闭锁，并通过多种防雷和抗干扰的措施，大大提高了系统的可靠性。3DZWX-2000在武岳水平电站的应用3.1设计原则1）武岳水电站微机综合自动化控制系统以计算机监控为主，简易常规控制为辅的原则进行总体设计，充分注意计算机监控系统与各常规控制设备的协调配合，建成后可以达到无人值班、少人值守的要求。简易常规控制可在主控级与现场控制单元通讯中断（或主控级【精品文档】 【精品文档】故障）时作操作备用，它通过电缆直接作用于现地控制单元，现地单元具备运行人员进行常规控制的值班条件。2）DZWX-2000监控系统高度可靠，其平均故障间隔时间（MTBF）、平均维修时间（MTTR）及各项可用性指标均达到部颁《水电厂计算机监控系统基本技术条件》的规定。3)在保证整个系统可靠性、实用性和实时性前提下，体现先进性，系统配置和设备选型符合计算机发展迅速的特点，充分利用计算机领域的先进技术，系统达到目前国内先进水平。4)采用分层分布开放系统，既便于功能和硬件的扩充，又能充分节省投资。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。5)实时性好，抗干扰能力强。6)人机接口功能强，操作方便。7)充分考虑低压机组“经济实用、安全可靠”的要求。3.2基本构成根据计算机监控为主，常规监控为辅的原则，武岳水电站微机综合自动化控制系统采用分层分布、开放式结构结构，主要由主控制级（上位机）、现地控制单元（LCU）、通信网络、保护控制电源系统等组成。【精品文档】 【精品文档】主控制级由计算机以及中控室有关设备组成，负责全站的综合自动化控制功能、历史数据处理以及全站的实时人机对话等功能。现地控制单元分为发变组现地控制单元、公用现地控制单元。电站共设置3套现地控制单元，即2台机组各设置1套发变组现地控制单元，另设置1套公用现地控制单元。各现地控制单元直接完成生产过程中的实时数据采集及预处理，完成各单元状态的测量监视，保护控制，调节调整，以及与上位机的通信联络等功能。所有保护均可实现软开关及硬件投退。所有现地单元均能脱离监控系统独立运行，功能上不依赖于监控系统主机。武岳水电站微机综合自动化控制系统基本配置如下图：可以与调度系统通讯及与信息管理系统通讯上位工控机IPCPⅳ，2.0GHz，512MRAM1个160GHDLCD显示器打印机公用现地控制单元LCU2#发变组现地控制单元LCU1#发变组现地控制单元LCU图1武岳水电站微机综合自动化系统配置【精品文档】 【精品文档】3.3系统的功能上位机JK2000监控系统软件启动后，主动发通迅报文,下位机应答，将控制对象的实时状态信号、测量数据传送JK2000监控系统，实现对全站主要机电设备的远端控制、运行情况远端监视等综合自动化功能。1）数据采集和处理：对主要设备的工况参数进行巡回检测，实时数据库更新、越限检查；对重要的模拟量（如轴瓦温度等）进行监视和越限检查。对全站各主要设备的状态、继电保护动作状态以及各种事件和故障信号等开关量进行监视，记录状态的变化顺序和事件发生的时间，并按规定产生报警和报告。2）全站安全监视和实时报警：监控系统通过人机接口向运行人员提供全站的运行情况，当出现开关量变位事件、模拟量越限事件、监控系统自诊断等事件时，监控系统在人机接口上采取多种方式（弹出事故简报、音响等）进行报警。3）生产过程的控制：监控系统可接受操作人员在中控室上位机或现地控制单元的人机界面触摸屏上发出的操作命令，对电站机组、断路器进行操作。值得一提的是，微机综合自动化系统使机组的开、停机操作变得特别简单快速，只要在上位机用鼠标或在现地监控单元人机界面触摸屏点击“开机”或“停机”，系统将按预定程序完成从开机到并列、从减载到解列到停机的整个操作过程，实现“一键开机”或“一键停机”。【精品文档】 【精品文档】4）统计与制表：监控系统在实时采集运行参数和工况的基础上，完成统计制表等运行管理工作，包括运行日志、电能量统计等。5）人机接口：人机接口包括CRT、键盘、鼠标、打印机等。实现下达操作控制命令，显示各种画面、报表、曲线；参数设置修正，召唤画面显示或打印等功能。3.3.1上位机主控制级计算机监控系统的主要配置为：P4工控机1台；19寸高分辨彩色LCD显示器1台；彩色喷墨打印机1台；JK2000监控系统软件1套；2KVAUPS逆变电源1台。上位机是电站工作人员直接操作的对象之一，JK2000监控系统软件具有操作简便，用户界面友好，提示清楚，功能详尽，可靠性高。它采用高级语言和汇编语言混合编制，既具备了高级语言强大的数据处理功能、友好的人机界面，又具有汇编语言快速运行、方便的低级功能调用等特点。JK2000监控系统软件程序运行后，是一通用的菜单程序。采用多级下拉式菜单操作方式，在任意情况下均能激活菜单或退出菜单返回原画面。系统能自动完成水电站实时状态的采集与处理、监控、对被控对象运行参数进行调节、报警及事故记录、顺序事件记录、遥控记录、电站历史数据状态的查询、报表处理与打印、事故追忆、计算统计、实时显示电站设备运行状态和参数等功能。JK2000监控系统能自动实现水电站多种优化运行模式（主要【精品文档】 【精品文档】包括按给定固定有功无功负荷运行模式、按固定功率因数自动调节无功负荷模式、按前池水位自动调节有功负荷模式及按计划负荷曲线运行等）。根据电站的需要，上位机可与调度中心或信息管理系统通讯，可采用CDT通讯规约进行通讯或根据用户提供的通讯规约来进行定制，这只需在上位机的软件中添加相应的功能模块就能实现，也可以根据用户需求把电站的实时数据送到办公楼或厂长室。3.3.2机组现地控制单元LCU发变组现地控制单元主要由可编程序控制器PLC、人机界面触摸屏F940GOT、三相交流电参量测量仪PM130E、微机测频和自动同期装置等组成。完成发变组的测量、控制、保护功能。发变组现地控制单元LCU是为多微机系统，其中的可编程序控制器PLC、三相交流电量测量仪PM130E、微机测频仪等均带有自己独立的CPU，因此，这些装置单元均能独立运行，从而使发变组当地控制单元具有很高的可靠性。可编程序控制器PLC带RTD模块，可以测量发电机组的轴承温度，并根据设定值快速实现温度偏高报警和过高保护。发变组现地控制单元LCU能自动和手动控制机组，在计算机系统故障或退出运行时，能实现手动开停机，并网功能。发变组现地控制单元LCU可以实现以下功能：1）数据采集与处理：现地单元对电站主机设备的运行状态和参数自动实时采集【精品文档】 【精品文档】。包括各种电气量、非电气量等模拟量，电能表的脉冲量，数字量，开关量等的采集和处理。全部电量的测量由交流直接采样，可直接显示有关电量参数。2）控制操作：根据上位机或现地人机接口下达的命令，可进行机组的开/停顺序控制、开关的分/合操作等控制。3）报警功能：现地单元与上位机通信中断时能独立运行，在设备监控系统本身出现故障或异常情况时，能以音响、文字显示等方式输出报警信号。4）人机接口：现地单元可通过人机界面触摸屏进行人机联系，用于运行监视、控制、调试等。3.3.3公用设现地控制单元LCU公用现地控制单元主要由前池水位微机检测装置、10KV微机线路测量保护装置DGR2301，机组无刷励磁微机调节器及厂用电系统等组成。完成升压站10kv出线的测量、控制、保护，机组励磁控制，前池水位控制等功能，并提供全站厂用电系统。前池水位微机检测装置、10KV微机线路测量保护装置，机组无刷励磁微机调节器均是带独立CPU的智能装置，可以独立运行，并可与上位机或者与机组LCU进行通信，上传运行状态与测量参数。4应用效果分析　DZWX-2000系列低压机组智能型控制系统运行近两年来以来，运行情况良好，在以下几个方面取得了显著的效果：【精品文档】 【精品文档】1）减少了运行值班人员，改善了值班人员的工作环境，提高了值班人员的工作效率，实现了“减员增效”的目的，为实现无人值班、少人值守创造了有利条件。2）JK2000监控系统采集的信息量大，实时性强，分辨率高，故障、事故、越限、变位、状态变化等历史事件能自动记录和打印，并能分辨出各种操作和保护的动作顺序及时间，为值班人员及时发现设备缺陷，避免设备发生事故起到了积极的预防作用；为在事故情况下事故原因分析及消除事故隐患提供了充分的依据。3）对于值班人员的任何操作，系统都要检查命令的合法性和控制的闭锁条件，拒绝执行非法操作指令和不满足闭锁条件的控制操作指令，并提示拒绝执行的具体原因，对于满足条件的操作，还须完成输入操作口令，进行操作确认后，系统才能执行操作任务。4）技改前按常规开机操作，根据操作人员的熟练程度需要10至20分钟不等，而技改后利用计算机开机仅需不到5分钟，这不仅满足了电网事故的快速要求，同时也节省了开机过程中的水资源，提高了经济效益。5）机组按前池水位优化运行方式，达到了不弃水的同时又保证机组处于高水位下运行，有效地避免了来水弃水浪费，提高了水资源的利用率，增加了经济收益。6）DZWX-2000系列低压机组智能型控制系统【精品文档】 【精品文档】自投运以来，极少发生主要设备损坏、系统“死机”等问题，系统连续工作时间长，利用率高，为安全生产提供了可靠的保障。系统的高可靠性、高稳定性使维护的工作量日趋减少，基本上达到免维护的要求。7）由于武岳水电站的传感设备等辅助控制设备因种种原因未能配备完整，影响了整个综合自动化控制系统的总体性能的发挥。作者简介张光胜，男，1979年生，大专学历，助理工程师，长期从事水电站运行及技术管理工作。作者联系方式：Email:guangsheng.z@163.com【精品文档】