緬甸耶瓦水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地控制單元的改造

張顯兵，劉曉波，姚維達

（中國水利水電科學(xué)研究院自動化所，北京 100038）

0 概述

緬甸耶瓦水電站（Yeywa）是緬甸已建的最大電站，2011年占緬甸主干電網(wǎng)負荷容量的60%左右，在緬甸電網(wǎng)中具有舉足輕重的地位。耶瓦水電站位于緬甸中部曼德勒省境內(nèi)依洛瓦底江的一級支流米坦格河下游，距西偏北方向的曼德勒市50 km(直線距離)。耶瓦水電站安裝4臺195 MW的立式混流式水輪發(fā)電機組，電站以230 kV接入緬甸主干電網(wǎng)，共4回出線。耶瓦水電站承擔(dān)電網(wǎng)基荷，首臺機組2010年初投產(chǎn)，2010年12月全部機組并網(wǎng)發(fā)電。

原監(jiān)控系統(tǒng)采用國外某公司組態(tài)軟件，于2010年2月隨第一臺機組投產(chǎn)而同步投運。原系統(tǒng)由主站和現(xiàn)地控制單元（LCU）構(gòu)成。投運一年來，多次出現(xiàn)事故停機，而原系統(tǒng)無法記錄引發(fā)停機的故障信號，無法查出停機原因，不利于事故分析與排除，對緬甸電網(wǎng)的安全性造成了很大的影響。2011年初，業(yè)主決定采用北京中水科水電科技開發(fā)公司的H9000 V4.0監(jiān)控系統(tǒng)，對原系統(tǒng)進行改造和完善。

1 改造原則

（1）可靠性

LCU的主要設(shè)備，如以太網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、電源等均采用冗余配置。控制系統(tǒng)采取現(xiàn)地、遠方兩種控制模式對機組進行控制。當(dāng)計算機控制系統(tǒng)廠站層及現(xiàn)地工控機故障或計算機控制系統(tǒng)廠站層與LCU的通訊中斷時，操作人員可以在現(xiàn)地控制模式下，通過LCU盤柜上的把手及按鈕對機組進行控制。提高了機組開停機的可靠性和靈活性，符合控制系統(tǒng)危險分擔(dān)的原則。

（2）開放性

采用國際標準，國家標準和行業(yè)標準，提高系統(tǒng)的開放性。選用標準化的產(chǎn)品和技術(shù)，為備品備件及后續(xù)的升級擴展提供方便。

（3）獨立性

LCU采用分布式結(jié)構(gòu)，取消信號擴展布線回路，減少不同單元間的關(guān)聯(lián)性。

（4）經(jīng)濟性

充分考慮合理利用原有LCU設(shè)備，以降低改造費用。保留原有系統(tǒng)中性能較好的設(shè)備，更換部分設(shè)備，以優(yōu)化連接結(jié)構(gòu)和方式。

（5）簡便性

采用清晰的流程結(jié)構(gòu)，使用模塊化設(shè)計，以便于運維人員的操作和維護。

2 改造內(nèi)容

2.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

原系統(tǒng)LCU采用施耐德Unity Quantum PLC，施耐德一體化工控機，PLC與工控機之間采用串口連接，PLC通過一路光纖和一路RJ45轉(zhuǎn)光纖與上位機連接，溫度巡檢裝置直接通過光纖與上位機連接。

新系統(tǒng)采用100 M雙以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在保留原有的PLC、工控機、溫度巡檢的基礎(chǔ)上，增加兩個4RJ45口的MOXA交換機，交換機與上位機操作員站采用100 M光纜通訊，與現(xiàn)地PLC、工控機、串口通訊器采用雙絞線連接，形成雙星形網(wǎng)絡(luò)，溫度巡檢裝置通過串口與串口通訊器連接.機組LCU網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖1示:

圖1 耶瓦水電站機組LCU網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2.2 設(shè)備供電

原系統(tǒng)各LCU配置了4塊24 V電源裝置，為單路進線，兩路廠用交流進線和兩路UPS直流進線分別為其供電。4塊電源裝置分別供電給PLC模塊、I/O回路、光纖收發(fā)器、備用，全部I/O回路(中斷量、開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸出、模擬量輸出)的電源由一個空開控制。

新系統(tǒng)調(diào)整了電源裝置的用途，各選取進線分別為廠用交流和UPS直流的2塊電源裝置，配置形成2路冗余24 V回路，一路為PLC模塊和交換機供電，另一路供給I/O回路，并對各個I/O回路分配獨立的空開。

2.3 控制流程

原系統(tǒng)機組LCU控制流程采用LD（梯形圖）的方式，對機組開機過程缺少監(jiān)視，對引起機組停機的信號沒有記錄，對3種類型的事故停機沒有區(qū)分開。設(shè)計中機組還應(yīng)具備調(diào)相功能，原流程沒有實現(xiàn)機組的調(diào)相態(tài)及調(diào)相態(tài)與其它工況的相互轉(zhuǎn)換。

新系統(tǒng)的機組LCU流程采用了SFC（順序功能圖）與FBD(結(jié)構(gòu)功能塊)相結(jié)合的編程方式。流程各個控制對象，建立單獨的程序段進行控制，對機組定義5種狀態(tài)：準備態(tài)、空轉(zhuǎn)態(tài)、空載態(tài)、發(fā)電態(tài)、調(diào)相態(tài)。使用以“步”為基本元素的SFC語言，實現(xiàn)機組單步開停機（包含手動模式和自動模式），監(jiān)視開停機流程的各步動作狀態(tài)和各步運行時間。機組開停機流程分為6段SFC程序段:

（1）開機流程:實現(xiàn)機組在5種狀態(tài)中的正邏輯轉(zhuǎn)換，準備態(tài)轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn)態(tài)、準備態(tài)轉(zhuǎn)空載態(tài)、準備態(tài)轉(zhuǎn)發(fā)電態(tài)、準備態(tài)轉(zhuǎn)調(diào)相態(tài)、空轉(zhuǎn)態(tài)轉(zhuǎn)空載態(tài)、空轉(zhuǎn)態(tài)轉(zhuǎn)發(fā)電態(tài)、空轉(zhuǎn)態(tài)轉(zhuǎn)調(diào)相態(tài)、空載態(tài)轉(zhuǎn)發(fā)電態(tài)、空載態(tài)轉(zhuǎn)調(diào)相態(tài)、發(fā)電態(tài)轉(zhuǎn)調(diào)相態(tài)。

（2）正常停機流程：實現(xiàn)機組在4種狀態(tài)中的反邏輯轉(zhuǎn)換、發(fā)電態(tài)轉(zhuǎn)空載態(tài)、發(fā)電態(tài)轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn)態(tài)、空載態(tài)轉(zhuǎn)空轉(zhuǎn)態(tài)、空載態(tài)轉(zhuǎn)全停態(tài)、空轉(zhuǎn)態(tài)轉(zhuǎn)全停態(tài)。

（3）快速停機流程:分為一類快速停機流程和二類快速停機流程，分別實現(xiàn)電氣故障和非電量故障引起的事故停機。

（4）緊急停機流程:實現(xiàn)機械故障引起的事故停機。

（5）調(diào)相轉(zhuǎn)發(fā)電流程:實現(xiàn)機組由調(diào)相態(tài)轉(zhuǎn)發(fā)電態(tài)。

（6）調(diào)相停機流程:分為調(diào)相狀態(tài)下的正常停機、一類快速停機、二類快速停機、緊急停機。如圖2示:

圖2 機組停機的SFC單步控制流程

2.4 溫度量的處理

原系統(tǒng)機組LCU程序中，RTD采集得到的三部軸承溫度值，沒有經(jīng)過任何處理，單點溫度過高即直接作用于停機。

新系統(tǒng)增加了對RTD數(shù)值的判斷，處理后可信的溫度值參與控制。增加對每個RTD通道質(zhì)量的閉鎖判斷，對RTD可信值的判斷，當(dāng)判斷溫度通道中斷或溫度超過可信值時，此溫度不參與控制。

2.5 LCU之間的數(shù)據(jù)交換

原系統(tǒng)機組LCU和進水口LCU之間的數(shù)據(jù)交換由上位機轉(zhuǎn)發(fā)的方式完成，開關(guān)站LCU通過手動盤的繼電器擴展到機組LCU。

新系統(tǒng)采用LCU之間直接通訊的方式，實現(xiàn)各LCU之間數(shù)據(jù)的直接讀寫。應(yīng)用QuantumPLC網(wǎng)絡(luò)模塊(NOE77101)支持I/O Scanner的功能，簡單方便地實現(xiàn)LCU之間的直接通信。

2.6 黑啟動功能

新系統(tǒng)充分考慮了耶瓦電站在緬甸電網(wǎng)崩潰，全廠交流廠用電消失的情況下，利用柴油發(fā)電機，啟動機組，恢復(fù)廠用電。

廠用電消失后，廠用UPS直流維持公用LCU運行，公用LCU自動下令對400 V廠用電系統(tǒng)進行倒閘操作，啟動柴油發(fā)電機，為400 V母線送電，從而給機組油氣水等輔助設(shè)備供電。并倒送至進水口11 kV母線，提升進水口閘門。機組LCU給調(diào)速和勵磁系統(tǒng)分別下達“孤網(wǎng)運行令”和“零起升壓令”，機組啟動到達空載狀態(tài)后，公用LCU再次進行倒開關(guān)操作，切除柴油發(fā)電機，機組帶廠用電運行。

3 較原系統(tǒng)改進的方面

新系統(tǒng)LCU的設(shè)計，在盡最大限度的保留了原系統(tǒng)的設(shè)備的前提下，調(diào)整了電源分配，優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，精進了控制程序，從而使控制系統(tǒng)的安全性、可靠性、可維護性得到質(zhì)的提升，具體體現(xiàn)在以下方面：

（1）工控機采用雙以太網(wǎng)與PLC連接，較原工控機采用串口通訊，運行穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)采集速度大幅提高。

（2）調(diào)整了電源分配，實現(xiàn)了LCU設(shè)備及I/O回路的冗余供電，為調(diào)試檢修提供了很大便利，同時提升系統(tǒng)的可靠性。

（3）對流程的優(yōu)化，大大提高了操作的靈活性實用性，為耶瓦水電站實現(xiàn)無人值班(少人值守)提供了可靠的保障。機組在停機、空轉(zhuǎn)、空載、發(fā)電、調(diào)相幾種狀態(tài)間可以任意轉(zhuǎn)換，一鍵到位。

（4）LCU之間直接通訊，簡化了硬件回路，提高了LCU的獨立性。

（5）溫度量的處理，排除了假信號，避免了機組頻繁的事故停機。

（6）機組黑啟動功能的實現(xiàn)，降低了緬甸的用電安全風(fēng)險。緬甸電網(wǎng)容量比較小，頻率經(jīng)常在46 Hz到56 Hz的范圍內(nèi)大幅波動，電網(wǎng)經(jīng)常面臨崩潰的危險，機組具備黑啟動功能，對耶瓦水電站的安全運行，對緬甸電網(wǎng)的穩(wěn)定，有著關(guān)鍵性的作用。

4 結(jié)語

耶瓦水電站監(jiān)控系統(tǒng)LCU的優(yōu)化，大幅提高了機組運行的可靠性，安全性。目前，耶瓦水電站已完成全部監(jiān)控系統(tǒng)改造優(yōu)化工作并投運，2012年1月通過現(xiàn)場驗收，至今運行穩(wěn)定，得到了用戶的好評，取得了良好的社會、經(jīng)濟效益。

[1]張 煦，劉曉波.以太網(wǎng)I/O掃描通信技術(shù)在監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].水電站機電技術(shù)，2009，32（3）：26-27.

[2]張 捷，張顯兵，汪華強.緬甸瑞麗江項目計算機監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地部分的實現(xiàn) [J].水電站自動化與大壩監(jiān)測，2009，33（5）：16－19.

[3]姜永富，沙永兵，劉曉波，等.五強溪水電廠監(jiān)控系統(tǒng)改造設(shè)計與應(yīng)用[J].水電站機電技術(shù)，2008，31（3）：78－81.