江口水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造

夏 敏

（江西新余江口水電廠，江西 新余338000）

0 引言

江口水電廠位于江西省贛江支流袁河中游，現(xiàn)裝機容量4×10MW。設(shè)計水頭19.5m，多年平均發(fā)電量1億kW·h，是一座以發(fā)電為主，兼有防洪、灌溉、航運、給水等綜合功能的大型水利樞紐。電廠自1961年投運以來至今已運行50多年，機電設(shè)備老化嚴(yán)重。目前，電廠機組的控制方式是微機監(jiān)控＋常規(guī)控制模式，即微機監(jiān)控與常規(guī)的水機自動盤車、儀表、繼電器等并存，整體自動化水平較低，未能達到規(guī)范規(guī)定的水電廠自動化要求。因此，電廠從2013年10月開始對監(jiān)控系統(tǒng)進行全面改造。

1 計算機監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和配置

經(jīng)過招標(biāo)，江口水電廠采用了南京南瑞集團公司自動控制公司生產(chǎn)的SJ－500型現(xiàn)地控制裝置與新一代計算機監(jiān)控系統(tǒng)軟件NARI－NC2000。該系統(tǒng)運行安全、可靠，具有充分的開放性和可擴展性，由SJ－500裝置、LCU工作站、操作員工作站、WEB服務(wù)器／通訊管理機等部分組成。改造后的監(jiān)控系統(tǒng)采用基于以太網(wǎng)的全開放、分層分布式結(jié)構(gòu)，有主控級和現(xiàn)地控制單元級2級。

1.1 主控級結(jié)構(gòu)和配置

（1）2個操作員工作站。整個系統(tǒng)配置原裝工控機工作站2個，互為熱備用，由網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)軟件監(jiān)測并自動進行切換。功能包括AGC、AVC、對整個計算機監(jiān)控系統(tǒng)的管理、實時圖形顯示、各種報表生成、事故故障信號的分析處理、語音報警，全廠運行監(jiān)視和控制等。操作員工作站布置于中控室的操作臺內(nèi)。

（2）1個調(diào)度通訊工作站。通訊工作站主要用于完成與上級調(diào)度的通信。

（3）1個廠內(nèi)通訊工作站。與MIS系統(tǒng)、水情系統(tǒng)、大壩監(jiān)測、五防閉鎖及工業(yè)電視監(jiān)控等系統(tǒng)的接口。計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)1套語音報警系統(tǒng)，與通訊工作站相連，可以在中控室對電廠故障和事故發(fā)語音告警信號及音響報警。

（4）1個工程師工作站。采用原裝工控機，主要用于修改定值、增加和修改畫面，并可進行系統(tǒng)維護、軟件開發(fā)及遠程維護診斷等。此外，還可用于離線設(shè)置參數(shù)、對運行人員進行仿真培訓(xùn)。布置于中控室的操作臺。

（5）2個廠長終端兼調(diào)試工作站。設(shè)置2個廠長終端兼調(diào)試工作站，采用IBM商用筆記本電腦，主要用于廠長的日常工作管理，為廠長的決策提供可靠運行數(shù)據(jù)，同時也可作為對運行維護人員進行培訓(xùn)和指導(dǎo)的依據(jù)。

（6）1臺網(wǎng)絡(luò)激光打印機。用于報表、操作及報警歷史記錄、文件和圖紙等資料的打印。

（7）1套GPS衛(wèi)星時鐘系統(tǒng)。整個系統(tǒng)配置1套多串口時鐘系統(tǒng)，采用GPS同步接收衛(wèi)星時鐘信息，通過串口與操作員工作站相連發(fā)送對時信號，為整個監(jiān)控系統(tǒng)提供時鐘同步，實現(xiàn)精確對時。

（8）1套光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。整個系統(tǒng)所選用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備主要是100M工業(yè)級網(wǎng)絡(luò)交換機（國際知名品牌），有24個100M RJ45接口。

（9）2個3kVA逆變電源模塊。電廠控制層電源配置2個逆變模塊，為上位機等設(shè)備提供電源。

（10）1個控制室操作臺。中控室設(shè)置1個三席運行人員控制臺，取消原來的信號返回屏、控制臺。

1.2 現(xiàn)地控制單元結(jié)構(gòu)和配置

單元控制級按控制對象性質(zhì)分為機組控制單元、公用開關(guān)站控制單元。全廠共設(shè)置5個現(xiàn)地控制單元（LCU），即4臺機組各設(shè)置1臺LCU柜，公用開關(guān)站設(shè)置1臺LCU柜。機組LCU主要由一體化工控機、PLC、電量采集裝置、自動準(zhǔn)同期裝置、溫度巡檢裝置和不間斷電源（500VA）組成。

2 計算機監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能

2.1 電廠級功能

（1）數(shù)據(jù)采集和處理。現(xiàn)地控制單元采集電廠設(shè)備的實時運行狀態(tài)和各種運行參數(shù)，并作必要的預(yù)處理，然后通過以太網(wǎng)交換機上送至上位機，存于實時數(shù)據(jù)庫，用于統(tǒng)計、累加、比較、綜合計算分析，得出各主要電氣設(shè)備的電流、電壓、功率、功率因數(shù)及電度量，計算出電廠上下游水位、水頭、機組流量、機組運行溫度、導(dǎo)／漿葉開度（其中2臺機組為轉(zhuǎn)漿式），統(tǒng)計電廠主要設(shè)備運行工況及繼電保護和自動化裝置動作等情況，形成各種實時計算數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫，顯示各類生產(chǎn)報表。

（2）安全運行監(jiān)視。實時監(jiān)視電廠各類設(shè)備的運行狀態(tài)和參數(shù)，當(dāng)發(fā)生運行狀態(tài)異常、運行狀態(tài)變更或參數(shù)越限時，計算機監(jiān)控系統(tǒng)自動根據(jù)事件性質(zhì)區(qū)分不同情況，以聲、光、文字、圖形等多種形式向值班運行人員報警或作出提示，同時實時記錄備查。安全運行監(jiān)視包括事故報警與記錄、故障報警與記錄、參數(shù)越限報警與記錄、事件順序記錄、電氣設(shè)備操作記錄、事故追憶記錄、計算機監(jiān)控系統(tǒng)綜合信息記錄、實時狀態(tài)和過程監(jiān)視、重要參數(shù)的變化趨勢監(jiān)視等內(nèi)容。

（3）實時控制與調(diào)節(jié)。運行人員以人機對話方式對電廠設(shè)備進行指令操作控制，實現(xiàn)機組開停機、緊急停機、有功／無功調(diào)節(jié)，斷路器投切，機組輔助設(shè)備啟停等控制操作功能。還可根據(jù)自動化控制與調(diào)節(jié)功能的計算結(jié)果，自動發(fā)出控制命令，以實現(xiàn)機組啟?？刂?、有功／無功調(diào)節(jié)、自動電壓控制等功能。

（4）屏幕顯示。能夠以自動和召喚方式顯示電廠電氣主接線、各臺機組運行工況及輔助系統(tǒng)運行工況、各電壓等級配電裝置運行狀況、運行報表、報警一覽表、事件一覽表。

（5）打印記錄。能自動隨機打印系統(tǒng)的各種操作記錄，事故、故障等各類報警記錄，可定時或召喚打印各類統(tǒng)計報表、運行記錄及運行日志、報警及事件一覽表等。

（6）運行指導(dǎo)。根據(jù)當(dāng)前的狀態(tài)進行條件判斷，計算機提供操作指導(dǎo)意見。如開停機操作指導(dǎo)，倒閘操作指導(dǎo)，事故、故障原因及處理提示、操作票等。

（7）數(shù)據(jù)通訊。計算機監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部由以太網(wǎng)實現(xiàn)通訊；機組LCU與調(diào)速器、勵磁裝置的接口采用I／O接點接口和RS485串行口通信方式，公用LCU與各輔助設(shè)備控制的接口采用I／O接點接口和RS485串行口通信方式；計算機監(jiān)控系統(tǒng)通過調(diào)度通訊服務(wù)器與上級調(diào)度通訊，通過廠內(nèi)通訊服務(wù)器與視頻監(jiān)控、五防閉鎖、消防報警系統(tǒng)、大壩安全檢測、水雨情測報以及其他系統(tǒng)通訊。

2.2 機組LCU功能

完成水輪發(fā)電機組、調(diào)速器、調(diào)速器油壓裝置、勵磁系統(tǒng)等的實時數(shù)據(jù)采集處理、安全監(jiān)視和控制操作，傳送電廠級所需數(shù)據(jù)和信息，接收、執(zhí)行電廠級的命令，并具有現(xiàn)地自診斷功能。此外，機組LCU獨立于電廠級，具有部分設(shè)備狀態(tài)現(xiàn)地顯示及必要的常規(guī)操作功能，使運行人員在現(xiàn)地也能完成機組的各項操作。

2.3 機組自動控制功能

利用PLC可實現(xiàn)下列機組自動控制功能：

（1）機組自動開機、并網(wǎng)、發(fā)電、停機。

（2）當(dāng)發(fā)生以下情況時，進行故障報警：軸承溫度升高；發(fā)電機空氣冷卻器溫度升高；主軸密封無潤滑水；壓油裝置油壓異常；開、停機未完成。

（3）當(dāng)發(fā)生以下情況時，進行事故停機：手動事故停機指令；油壓事故下降；軸承溫度過高；發(fā)電機著火報警；電氣事故保護動作停機；水機及其輔助設(shè)備事故。

（4）當(dāng)發(fā)生以下情況時，進行緊急停機：機組轉(zhuǎn)速達到額定轉(zhuǎn)速的140%；事故停機過程中剪斷銷剪斷；手動緊急事故停機指令。

3 結(jié)語

經(jīng)過改造，江口水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)為機組運行與操作指導(dǎo)、事故及故障原因分析判斷提供了良好的幫助，減輕了運行人員的勞動強度，提高了工作效率。監(jiān)控系統(tǒng)與新余市區(qū)辦公樓進行通訊連接后，有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和生產(chǎn)管理職能部門的人員坐在自己辦公室的計算機前，輕點鼠標(biāo)，就能將全廠的生產(chǎn)運行情況掌握得一清二楚。新的監(jiān)控系統(tǒng)是江口水電廠綜合自動化水平顯著提高的重要標(biāo)志，其一旦投運，必將為電廠的安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定運行發(fā)揮十分積極的作用。

［1］DL／T5081—1997 水力發(fā)電廠自動化設(shè)計技術(shù)規(guī)范［S］

［2］DL／T5065—1996 水力發(fā)電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計規(guī)定［S］