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文档简介
项目:水电站计算机监控及保护系统 单位:上海天正明日电力自动化有限公司 水电站计算机监控及保护系统技术方案水电站计算机监控及保护系统技术方案 1. 概 述 1. 概 述 sth 360 水电站计算机监控系统是上海天正明日电力自动化设备有限公司针 对国内中、小型水电站无人值班、少人值守的需要而设计的新一代水电站自动化 系统。该系统采用分布式结构设计,充分运用最新技术,结构紧凑,功能强劲, 模块化程度高。 系统结构采用国际流行的以太网、tcp/ip 协议,软件设计采用面向对象的组 件化和开放式的 com 接口规范(即组件对象模型component object model,该 模型由 microsoft 制定,是一种以组件为发布单元的对象模型,这种模型使各软 件组件可以用一种统一的方式进行交互) ,组态灵活。现地控制单元选型灵活多 样,可以根据用户需要选择单机集中运行或组网分布运行。该系统同样适用于不 同规模、多种复杂需求泵站、闸门及污水处理厂自动化控制系统。 sth 360 水电站计算机监控系统基于先进的 windows nt 操作系统平台,强化 了实时性和可扩展性的设计,使得系统具有良好的开放性、坚实的稳定性、优异 的实时性、组态灵活多样等特点,人机界面友好,设计更加贴近维护运行人员, 系统整合商用数据库和 web 服务及多媒体技术,可以向 scada/ems/dms 系统、企 业 mis 系统提供实时 sql 查询或基于 web 的信息共享,使用户可以在企业 intranet 网内方便地查询有关数据和信息。 2. 系统特点 2. 系统特点 1硬件设备采用适合工业环境、技术先进、维护方便、性能价格比高的工 控机,并且系统内功能相同的单元,采用型号、参数一致的装置或机型,保证水 电站能够实现“无人值班”(少人值守);。 2采用全分布开放式结构,具有可靠、安全、经济、适用、技术先进和便 于扩充等特点,整套系统的生产、安装、试验、运行均满足前述的国内、国际标 准。 1 项目:水电站计算机监控及保护系统 单位:上海天正明日电力自动化有限公司 3软件平台采用微软的 windows nt/2000 操作系统,该平台是目前世界上 最通用的先进网络操作系统,可运行于多种不同体系的硬件平台(包括:intel、 alpha、mips 等) 。 4系统的设计和设备的选型充分考虑到工业界的最新成果,在模型和算法 方面充分利用现代控制理论(专家系统、人工智能、模糊控制理论等)的研究成 果,可使该系统具有国际先进水平。 5系统主要节点和主要设备可采用冗余配置,厂级/操作员工作站都可冗余 配置,并且处于热备用状态,使系统具有极高的可靠性。 6控制方式灵活,满足电站运行人员的操作习惯。该系统以手动优先,下 层优先的方式或业主要求的其他工作方式设置必要的硬件和软件, 使运行操作人 员在各控制层之间、 计算机控制与简化的常规控制设备之间能方便地选择对设备 的控制权,对无权控制的控制设备进行闭锁。 7系统集成了机组启停控制、过程调节、scada、设备管理、信息管理、操 作票管理等功能,并在保证系统安全的基础上向企业网络系统提供访问接口 (mis、gis、水情测报,大坝监测系统等)。 8建立了遵循 windows sockets 2.0 规范的软总线。系统中各网络结点和 功能组件均可通过软总线传送和接收消息,从而使系统功能的扩充变得简单清 晰,并且在一定程度上可以对有开发能力的高级用户开放软总线接口,使用户可 以独立开发系统相关应用。 9适应现场设备使用的不同类型现场总线网络(rs-422/485、can 及 ethernet) 。 3. 站控级系统配置 3. 站控级系统配置 sth 360 水电站计算机监控系统由电站控制层和网络层、现地控制层两部分 组成, 站级网络采用工业以太网, 现地控制单元 lcu 通过 plc 直接挂在以太网上, 保证下层(现地)单元的数据快速地传递到站级各种设备和向地调、省调远传; 同时地调、省调的命令也可以快速下到各机组控制单元。整个系统的框图如图 1 所示。 2 项目:水电站计算机监控及保护系统 单位:上海天正明日电力自动化有限公司 如图所示,系统一般包括操作员工作站、厂长/总工终端、通信服务器、打 印服务器、网络打印机、gps、modem 等。网络采用 10/100m 的高速以太网,传 输介质采用抗干扰能力强的光纤,也可以选择其它介质。操作员工作站、网络均 可以根据实际需要采用冗余结构,见附图。 见附图。 3 项目:水电站计算机监控及保护系统 单位:上海天正明日电力自动化有限公司 3.1 操作员工作站的基本功能 3.1 操作员工作站的基本功能 sth 360 水电站计算机监控系统配备两套(一主一备)操作员工作站,每个 操作员工作站分别配置一台 19”大屏幕高分辨率彩色显示器及 17”彩显。主机 选用最新配置的联想计算机。 操作员工作站是电站运行工作人员直接操作的主要设备之一,其性能的好 坏,直接关系到操作人员的效率及准确性。 操作员工作站的基本功能如下: 3.1.1 人机对话功能 3.1.1 人机对话功能 操作人员通过键盘、鼠标输入画面调用命令,可调用全站电气主接线图,显 示各发电机组、变压器、线路的电压、电流、有功功率、无功功率,频率及励磁 电压、 励磁电流等实时电气参数和各主要开关的状态、 各机组运行状态、 参数图、 各种曲线、各种报表、 各种控制参数、 水机参数和保护定值画面,输入操作命令, 经显示器对命令响应、下传,执行后显示执行结果。 3.1.2 操作票编辑及操作跟踪 3.1.2 操作票编辑及操作跟踪 通过键盘输入操作类型、操作对象等操作要点,厂级工作站兼操作员工作 站则根据目前系统的运行情况,自动生成并显示操作票,操作人员可根据情况对 操作票进行编辑,然后经事件打印机打印出,操作过程中,操作员工作站自动跟 踪操作过程, 提示下一步应进行的操作, 当操作顺序错误时会报警提示操作人员。 3.1.3 自动控制功能 3.1.3 自动控制功能 系统有三种自动控制方式:1) 操作人员经键盘、鼠标输入命令;2)上级调 度部门;3)事先输入的运行方式和运行计划。系统结合实际运行情况,实时计 算开、停机台数及各机组的运行参数,将计算结果送到各机组的 lcu 管理机,用 以对机组的运行状态及参数进行调节,使整个电站的运行满足系统运行要求。 3.1.4 机组的运行方式 3.1.4 机组的运行方式 命令运行方式:根据主控机或键盘输入的参数运行; 命令运行方式:根据主控机或键盘输入的参数运行; 自动电压控制方式(avc):以高压母线电压为约束条件, 确定开机参数及 4 项目:水电站计算机监控及保护系统 单位:上海天正明日电力自动化有限公司 各机组的无功功率; 自动发电运行方式(agc):根据存入的运行计划,自动控制机组按设定的各 时段的有功及无功功率运行; 经济运行方式:根据水头及发电总量,以耗水量最少、机组效率最高等为约 束条件,控制开机台数及机组有、无功分配。 采用键盘或鼠标操作时,都需要经过选择、校核、执行、返回结果,有的 参数修改有密码,以保证各操作人员和维修人员的权限。 3.1.5 报警功能 3.1.5 报警功能 电站任一设备事故、故障、参数越限、复限时,操作员工作站即自动报警。 报警音响分为传统的电铃、 电笛, 也可采用语音报警。 报警时会自动推出事故 (故 障) 画面、 显示事故设备名称、 事故类型、 事故现场参数及事故时间等有关内容。 事故严重时,可经过通信服务器进行电话报警,向离站较远的电站主要领导及主 要技术负责人通报事故情况,便于及时处理事故。 3.2 站长终端功能配置 3.2 站长终端功能配置 站长终端主要用于厂长了解电站的运行状态,同时,作为站长办公自动化 用,只能采集站级网上信息,不能向网上发命令。 3.3 通信服务器功能配置 3.3 通信服务器功能配置 a. 与上级调度通讯 a. 与上级调度通讯 将本站数据传送到上级调度,同时接收上级调度的运行命令、运行参数, 并将这些命令、参数传给操作员工作站,经操作员工作站转发给相应的机组控制 单元,由现地控制单元执行各种命令并修改相应的参数,从而达到由调度中心直 接控制电站运行的目的,使电站能实现无人值班。 b. 与厂家计算机网络通讯 b. 与厂家计算机网络通讯 设备故障时,可经电话或 internet 网与生产厂计算机系统相通,将工程师 工作站收集的电站设备运行参数及事故、故障信息传到厂方计算机内,供厂方技 术人员分析故障及指导维修用。 5 项目:水电站计算机监控及保护系统 单位:上海天正明日电力自动化有限公司 c. c. 通信服务器还作用于水库调度,闸门控制系统,语音报警装置,gps 卫星 对时装置,模拟屏等。 3.4 网络打印 3.4 网络打印 本系统可根据现场要求配置一台、两台或多台打印机。打印机通过打印服务 器和系统相连。打印机可以是激光打印机,也可以是喷墨打印机,打印篇幅可以 是 a3,也可以是 a4。通过打印机,可以打印报表、运行事件(操作、运行参数 和保护定值修改、运行参数越限、复限、系统故障、事故及保护动作信息等)记 录等。 采用网络打印机, 使系统内部节点机可用打印机, 从而减少信息的传递环节, 各 lcu 可直接驱动打印机,提高了系统的可靠性。 3.5 gps 卫星时钟系统 3.5 gps 卫星时钟系统 本系统配备一台专用的 tgps-2000 卫星时钟装置,以串行通讯的方式对站级 层各计算机校时,以秒脉冲方式,对各现地单元校时,以统一系统的时间,便于 在事故发生时,分辨事件动作时间,以利于保护事故分析。 gps 时钟精度为 3us,稳定度为 10e-7,最大具有四个串行口,16 个脉冲口。 3.6 不间断电源 3.6 不间断电源 本系统为电站控制中心配置一台不间断电源。不间断电源的输入取自厂内交 流电源。它本身有较强的抗干扰能力,具有冲击电压保护、短路保护、冲击电流 保护等必要的保护措施,且有恒频恒压特性。 4. 现地控制单元 lcu 4. 现地控制单元 lcu 从附图附图可以看出,sth 360 水电站计算机监控系统的现地控制单元,分别为 机组现地控制单元 lcu,公用设备现地控制单元 lcu。所有现地控制单元均采用 同一种模式,即以 plc 为核心,外接单元一体化工控机或彩色液晶触摸屏、单元 测控装置、温度测量装置、同期装置,完成顺控、调节、过程输入/输出、数据 6 项目:水电站计算机监控及保护系统 单位:上海天正明日电力自动化有限公司 处理、人机接口和外部通信功能。电站内各现地控制单元中功能相同的模件采用 同一型号。 现地控制单元具有自检、自诊断、自恢复功能,能对硬件、软件进行经常监 视。任一现地控制单元故障,不会影响其他现地控制单元及整个计算机监控系统 正常工作。 现地控制单元采用交、直流双重供电,以保证在交流电源消失的情况下现地 控制单元仍能正常工作现地控制单元可以运行在机组旁的恶劣环境:无空调,无 净化设备,无专门屏蔽措施,强电磁干扰。现地控制单元电源消失时,其收集的 信息或内部运行的数据不会而丢失,电站设备维持断电前的运行状态,并向电站 控制中心发出故障信号。当电源恢复时,系统能自动重新启动,电源消失或恢复 都不会引起电站设备的误动作。 现地控制单元可以根据用户的需要进行配置,以满足现场的需求。本系统中 常用的现地控制单元有三种配置模式。 4.1 典型的现地控制单元的配置模式(我们这个方案中采用这个典型模式) 4.1 典型的现地控制单元的配置模式(我们这个方案中采用这个典型模式) 模式 1模式 1 plc 为现地控制单元的控制核心 power cpu com em em di di do do ai ai ao ao 自 动 准 同 期 装 置 事 件 顺 序 记 录 装 置 交 流 采 集 装 置 温 度 巡 检 保 护 装 置 其 它 安 全 自 动 装 置 温 度 变 送 器 非 电 量 变 送 器 电 量 变 送 器 中 间 继 电 器 按 钮、 灯 光 ethernet 1 ethernet 2 plc 现场总线 图 2 现地控制单元模式图 7 项目:水电站计算机监控及保护系统 单位:上海天正明日电力自动化有限公司 模式 2模式 2 plc+液晶触摸屏为现地控制单元的控制核心 power cpu com1 em em di di do do ai ai ao com2 自 动 准 同 期 装 置 事 件 顺 序 记 录 装 置 交 流 采 集 装 置 温 度 巡 检 保 护 装 置 其 它 安 全 自 动 装 置 温 度 变 送 器 非 电 量 变 送 器 电 量 变 送 器 中 间 继 电 器 按 钮、 灯 光 ethernet 1 ethernet 2 plc 现场总线 触摸屏 图 3 现地控制单元模式图 模式 3模式 3 plc+工控机为现地控制单元的控制核心 power cpu com em em di di do do ai ai ao ao 自 动 准 同 期 装 置 事 件 顺 序 记 录 装 置 交 流 采 集 装 置 温 度 巡 检 保 护 装 置 其 它 安 全 自 动 装 置 温 度 变 送 器 非 电 量 变 送 器 电 量 变 送 器 中 间 继 电 器 按 钮、 灯 光 ethernet 1 ethernet 2 plc 现场总线 工控机 图 4 现地控制单元模式图 4.2 现地控制单元 lcu 的配置 4.2 现地控制单元 lcu 的配置 现地控制单元包括可编程控制器 plc、sts361r 单元测控装置、sth 361w 温 8 项目:水电站计算机监控及保护系统 单位:上海天正明日电力自动化有限公司 度巡检装置、sts 361s 同期装置、sth 361j 事件顺序记录装置、中间继电器、 智能式电度表、辅助电源等。 4.2.1 可编程控制器 plc 4.2.1 可编程控制器 plc 可编程控制器是机组现地控制单元的核心。系统中选用的 plc 是 ge9030 系 列 plc。plc 一般包括电源模块、cpu 模块、开入模块、开出模块、模拟量输入 模块网络模块、通讯模块。plc 易于安装和配置,具有较高的性能价格比,且提 供先进的编程平台和开发平台,方便系统集成。同时,plc 具有较强的向上、向 下的兼容性,便于产品更新。plc 具有现场总线接口、工业以太网接口、rs485 网络接口等多种网络功能。每个现地控制单元可根据测点数量、类型配置相关数 量的 plc 功能模块。 4.2.2 微机单元测控装置 4.2.2 微机单元测控装置 机组的电气量采用 sts 362r 微机单元测控装置进行测量。该装置以高性能 单片机为核心,采用 dsp 技术和动态频率跟踪技术,可完成一个或两个线路单元 所有的测量、控制、信号及相应的信息管理等全部功能,适用于各种断路器或有 载调压器的测量、 控制。 使用该系列的单元测控装置, 测控单元与设备一一对应, 任一单元故障,最多只影响一台设备的运行,而任一设备的稳定运行也只取决于 一台单元测控装置, 这样, 提高了系统的可靠性和可利用率, 方便了用户的调试、 维护。 该装置具有如下特点: 1) 中文图形液晶显示,人机界面清晰友好,调试方便,操作简单; 2) 电量测量包括电压、电流、有功、无功、频率; 3) 电能测量支持脉冲电度累计、直接电能计算; 4) 配有调试串行通信接口及网络通信接口,可实现对时、远方参数修改; 5) 具有完整的断路器操作回路; 6) 可就地安装在高压开关柜上。 该装置的主要技术指标如下: 电压、电流: 0.2%; 有功、无功: 0.5%; 9 项目:水电站计算机监控及保护系统 单位:上海天正明日电力自动化有限公司 直流量: 0.2%; 频率: 0.01hz。 4.2.3 sts 361s 微机自动准同期装置 4.2.3 sts 361s 微机自动准同期装置 sts 361s 微机自动准同期装置适用于各种电压等级的发电厂的同期合闸。该 系列以高性能微机为核心,采用动态相位跟踪技术,准确计算并预测合闸的最佳 时刻,保证实现待并双方无冲击并网。该装置可以供单台断路器使用,也可以在 变电站供多台断路器共用。 该装置具有如下特点: 1) 中文图形液晶显示,人机界面清晰友好,调试方便,操作简单; 2)能够将合闸瞬间的波形记录下来,并送到上位机,直接校验合闸的准确 度; 3) 配有调试串行通信接口及网络通信接口,可对时、远方参数修改; 4)机组同期和变电站同期自动识别; 5)可以实现同频返网; 6)对同频返网和捕捉同期,最大允许的功角可以设定; 7)具有自动破坏同频不同相的功能,加快同期并列过程; 8)自动检测并显示断路器的合闸时间,并可根据需要进行修改或保存; 9)每个同期点都有一套对应的同期参数,并可进行修改和保存; 10)具有 pt 断线和过压报警功能; 11)具有相位偏转角修正功能; 12)具有同期波形再现和合闸结果分析功能。 该装置主要技术指标 电压: 0.2%; 频率: 0.01%; 相位: 0.1; 合闸相位差: 1。 4.2.4 sth 361w 微机温度巡检装置 4.2.4 sth 361w 微机温度巡检装置 sth 361w 微机温度巡检装置以高性能微机为核心,采用温度自动补偿技术, 10 项目:水电站计算机监控及保护系统 单位:上海天正明日电力自动化有限公司 实现温度的测量、报警、保护功能。该装置硬件模块化,调试简单,维护方便。 测温点数可以根据用户要求进行配置。每台装置最多可以测量 64 点。该装置可 以直接挂在现地控制单元内部的现场总线网上。 该装置具有如下特点: 1) 中文图形液晶显示,人机界面清晰友好,调试方便,操作简单; 2) 配有调试串行通信接口及网络通信接口,可实现对时、远方参数修改; 3) 传感器激励采用双恒流源,消除了线路误差和多路开关误差; 4) 自动温度调零技术,提高测温的准确度; 5) 巡回检测/定点检测功能; 6) 测温速率可以调节。 该型号的温度巡检装置测温的准确度为 0.1 度。 4.2.5 sth 361j 事件顺序记录装置 4.2.5 sth 361j 事件顺序记录装置 sth 361j 事件顺序记录装置用来记录中断开关量发生事件的时刻。该装置和 plc 配合使用,可以有效提高整个系统对事件的分辨能力。该装置在设计中采用 多 cpu 技术,现场总线技术,保证装置的可靠性、灵活性。该装置包括监控 cpu 模块、开入量模块。每个开入量模块可以处理 32 个开关量。各模块之间采用现 场总线相连。根据现场需要,配置相应数量的开入量模块。在现地控制单元中, 它还完成与 gps 的对时功能以及负责提供现地控制单元的标准时钟。 特点: 1)多 cpu 技术; 2)现场总线技术。 该装置的事件分辨率为 1ms。 4.3 保护功能的配置 4.3 保护功能的配置 4.3.1 sts 360g 发电机保护 sts 360g 发电机保护 1) 比例制动式纵联差动保护 2) 定子过电压保护 3) 二段式复合电压闭锁过电流保护 11 项目:水电站计算机监控及保护系统 单位:上海天正明日电力自动化有限公司 4) 过电压保护 5) 三段式失磁保护 6) 定子绕组一点接地保护 7) 过负荷保护 8) 转子一点接地保护 9) 转子二点接地保护 10) 失磁保护 4.3.1.1 sts 361t 变压器单元主保护 4.3.1.1 sts 361t 变压器单元主保护 1) 差动速断(三段折线式比率差动保护) 2) 二次谐波制动的比率差动保护 3) ct 断线检测和闭锁功能 4) 软件对电流幅值补偿(消除 ct 变比规格化引起的不平衡电流) 5) 软件对电流相位补偿(使 ct 均可采用星形接法) 4.3.1.2 sts 361t 变压器单元后备保护 4.3.1.2 sts 361t 变压器单元后备保护 1)过流保护 2)负序电压闭锁、低电压闭锁 3)零序过流保护 4)间隙零序过电流保护 5)过负荷告警 6)电流闭锁调压 7)pt 断线报警 8)遥信功能:16 路开入量 9)遥测功能:三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、频率 10) 遥控功能:本侧断路器 11) 脉冲:2 路 4.3.1.3 sts 364 变压器本体保护4.3.1.3 sts 364 变压器本体保护 1)重瓦斯保护、调压重瓦斯 12 项目:水电站计算机监控及保护系统 单位:上海天正明日电力自动化有限公司 2)轻瓦斯保护、调压轻瓦斯 3)油温高保护 4)压力释放保护 4.3.2 线路单元保护 4.3.2 线路单元保护 4.3.2.1 sts 361l 微机线路保护装置 4.3.2.1 sts 361l 微机线路保护装置 1)三段式相间过流保护 2)三段式零序过流保护 3)独立的加速保护 a相电流加速 b. 零序电流加速 4) 低频减载 a 滑差闭锁 b. 低电压闭锁 5) 低压减载 6) 过负荷保护(可选报警或跳闸) 7) 三相一次重合闸 8) 接地选线 9)遥信功能:16 路开入量 10) 遥测功能:三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、频率 11)遥控功能:本侧断路器 12)脉冲:2 路 5. 系统软件 5. 系统软件 5.1 概述 5.1 概述 sth 360 水电站计算机监控系统的软件平台为 windows nt,该监控系统软件 符合国际开放系统标准,网络系统中各计算机采用 tcpip 网络协议,执行 13 项目:水电站计算机监控及保护系统 单位:上海天正明日电力自动化有限公司 ieee802.3 标准,主机、工作站及各 lcu 均使用 windows nt 操作系统。该系统 已有成熟的运行经验。 5.2 基本软件 5.2 基本软件 sth 360 水电站计算机监控系统的软件采用模块化设计,所有功能均建立在 数据库基础上,如图 5 所示。 数据采集和数 据处理模块 图形编辑模块图形管理模块 系 统 数 据 库 其它功能模块通讯管理模块报表模块 图 5 系统软件构成图 随系统提供的基本软件包括: 操作系统 windowsnt/2000; 实时执行软件 nas-901 运行包; 编程语言 visualc6.00 等; 自诊断软件 nas-901 诊断包; 数据库管理软件 access; 通信管理软件 nas-901 通信软件包; 1)系统构成 1)系统构成 sth 360 系统的上位机部分包含数据管理、操作控制、系统维护、通讯服 务等功能,根据系统规模和用户要求可配置一台或多台工作站完成上述功能。对 一些重要部件 (如数据库和网络通信部分) 可冗余配置, 从而提高系统的可靠性。 sth 360 系统以实时数据库为核心,包括数据管理包、开发包、运行包、 14 项目:水电站计算机监控及保护系统 单位:上海天正明日电力自动化有限公司 通讯管理包。 2).系统功能 2).系统功能 电站的运行人员、工程师可通过各自的工作站完成画面制作、画面显示、 打印制表、参数设置和操作控制等功能。 系统的基本功能如下: a).crt 画面显示 运行人员可通过鼠标或键盘选择和召唤画面显示,可同时显示多幅画面, 主要包括: (1).各类菜单显示。 (2).电气接线图。 (3).机组及辅机设备的状态模拟图。 (4).机组运行状态转换顺序流程图。 (5).各类棒图。 (6).各类曲线图。 (7).设备元件的管理信息。 (8).系统设备运行状态图。 (9).各类运行报表。 (10).操作及事故处理指导。 (11).系统操作指南。 b).打印功能 (1).所有画面均可随时打印拷贝。 (2).报表可自动定时或召唤打印。 (3).各类事故报警打印和事故追忆打印。 (4).操作票打印。 c).面面制作和参数设置 运行人员可以通过鼠标或键盘完成以下制作和设置功能: (1).图元编辑。 (2).修改接线图、模拟图、流程图等。 (3).各类报表的制作编辑。 15 项目:水电站计算机监控及保护系统 单位:上海天正明日电力自动化有限公司 (4).修改各类参数,如报警上、下限等。 d).操作控制功能 对现地设备的操作控制。 e).其他功能 (1).与调度系统的通讯功能。 (2).泵站事件顺序记录soe)功能。 (3).系统的安全维护功能,如口令的设置与修改。 (4).系统对时。 (5).系统自诊断。 5.3 系统特点 5.3 系统特点 系统软件采用 visual c编程,面向对象设计。采用中文化的操作环境加 上标准的图形化用户界面,使得本系统的操作非常简单直观,很容易掌握。采用 先进的多媒体技术,能及时清晰正确地进行语音报警。 软件清单及简要说明 1windowsnt4.0 中文版,用于系统管理和网络服务。 2sth 360 监控软件开发包,用于图形界面和报表的开发、设计。 3sth 360 监控软件运行包,用于实时监控的人机界面。 4sth 360 监控软件数据管理包,用于数据库的维护和管理 5sth 360 监控软件通信服务包,用于与其他系统的数据通信。 6lcu 软件,用于现地设备的信息采集和控制。 7其他。 6. 系统功能 6. 系统功能 sth 360 水电站计算机监控系统按照“无人值班”设计,包括对全厂设备的 监控、自动发电控制(agc)自动电压控制(avc)、事故分析处理、趋势分析处 理、运行培训仿真等功能,各种技术指标满足并部分超过部颁水电站计算机监 控系统基本技术条件的规定。 16 项目:水电站计算机监控及保护系统 单位:上海天正明日电力自动化有限公司 系统的控制权分三级:远方、中控室、现地,可进行切换。远方控制指省调 的操作,中控室指在监控系统的操作员工作站上的操作,现地控制指在现地 lcu 上的操作。控制权由厂端设置,优先顺序为“现地、控制室、远方”。通过电厂 的运行值班人员可能将控制权移交给上级调度和管理部门。 当有事故发生或其他 原因需电厂运行值班人员进行干预时,控制权将能自动切换到电厂端,监控系统 将保证在进行控制权切换时电厂运行无扰动。 6.1 数据采集与处理 6.1 数据采集与处理 主控级自动采集和处理电站设备的运行参数。采集数据主要包括: 6.1.1 电气量 6.1.1 电气量 主控级收集现地控制单元采集的各电气量,并作如下处理: a) 计算 1#,2#机组,主变,线路三相电流不平衡度; b) 全站各机组有功功率总加和无功功率总加计算; c) 用转子电流和转子电压求绕组温度; d) 机组 cos的计算; e) 各机组、主变、线路的日、月、年发电量及送电有功、无功电量的分时累加; f) 全厂日、月、年总送电量、厂用电总用电量及线路总送电量的分时累加; g) 主变及厂变日、月、年总有功损耗和无功损耗; h) 全厂日、月、年厂用电率; i) 分时段和全厂总电量和总送电量累加; j) 所有累加值均可通过人机联系设备设置初值。 6.1.2 非电量 6.1.2 非电量 对各现地单元送来的非电量(如水位,油位,压力,温度等)进行处理、分 析、制表打印。对每台机组计算实时过机流量及效率,并计算日、月、年的平均 效率。 6.1.3 数字量 6.1.3 数字量 主控级自动从各现地控制单元采集各数字量,记录主辅设备动作信息,进入 17 项目:水电站计算机监控及保护系统 单位:上海天正明日电力自动化有限公司 主控机的历史数据库。 6.2 安全运行监视 6.2 安全运行监视 安全运行监视全厂运行实时监视及参数在线修改、状态监视、越限检查、过 程监视、趋势分析和监控异常监视。 6.2.1 全厂运行实时监视及参数在线修改 6.2.1 全厂运行实时监视及参数在线修改 运行值班人员通过crt对全厂各主要设备和辅助设备的运行状态进行实时监 视控制及在线修改参数。对职责不同的各级运行人员,其操作权限的内容不同。 对某一级权限的运行值班人员能在线修改其权限范围内的运行参数。 6.2.2 状变监视 6.2.2 状变监视 状变分两类。一类为自动状态变化即自动控制或保护装置动作所致状变如事 故跳闸、机组的启动等;另一类为受控状态变化,来自人工控制的命令所引起的 状变;两者均作显示和记录。 6.2.3 越限检查 6.2.3 越限检查 主机设备和辅助设备的电气量、非电气量的越限检查,无论是否故障均作显 示和报警。越限分为段、段,前者只发报警信号,后者除发报警信号并作用 于停机。 6.2.4 过程监视 6.2.4 过程监视 监视机组各种运行工况(发电、调相、停机)的转换过程所经历的各主要操 作步骤,并在 crt 上显示;当发生过程阻滞时,在 crt 上给出阻滞原因,并由机 组现地控制单元将机组转化安全状态或停机。 6.2.5 趋势分析 6.2.5 趋势分析 主要分析机组运行参数的变化, 及时发现故障征兆, 提高机组运行的安全性。 a) 机组轴承温度升高趋势监视:包括推力、上导、下导、中导轴承温度。在开 机过程中,监视系统收集并储存温度时间(即 tc=f(t)关系曲线, 18 项目:水电站计算机监控及保护系统 单位:上海天正明日电力自动化有限公司 并与事先存储的最大允许温度温升曲线作比较,若超出范围,即发报警。这 些曲线可在中控室的 crt 上显示。 b) 机组轴承温度变化率t/t 监视:监视机组运行时的各种轴承温度的变 化率,早期发现设备的异常情况。 c) 推力轴承相互之间温差监视:定时比较推力轴承各轴相互间的温度值、计算 它们之间的差值(或差值变化率)。若超过允许值,即发报警。 上述的机组轴承允许温升曲线、温度/时间的容许变化率、温度增量的容许 值应由机组制造部门给出,我公司提供软件。 6.2.6 间隙运行的辅助设备的运行监视和分析 6.2.6 间隙运行的辅助设备的运行监视和分析 监视机组及电站各间隙运行的辅助设备(如压油泵、排水泵、空压机等)启 动次数、运行时间和间隙时间。通过分析这些设备的变化规律、监视间隙运行及 其对应的主要设备是否异常。 6.2.7 监控系统自检、自诊断、自定位、自恢复 6.2.7 监控系统自检、自诊断、自定位、自恢复 6.3 实时控制和调节 6.3 实时控制和调节 6.3.1 运行操作人员通过厂级工作站的人机对话工具实现如下控制 6.3.1 运行操作人员通过厂级工作站的人机对话工具实现如下控制 1) 机组启动、停机; 2) 同步并网; 3) 机组各种运行方式的选择; 4) 机组有功功率、无功功率增减; 5) agc 的投/切; 6) avc 的投/切; 7) 110kv 隔离开关、 10kv 及以上的断路器、 0.4kv 厂用电的进线开关和 0.4kv 厂用母线分段开关的合/分闭锁; 8) 蝴蝶阀的操作; 9) 各种整定值和限值的设定; 10)显示器显示的图、表格、参数限值、报警信息、状态量等画面和表格、 报表的选择与调用; 19 项目:水电站计算机监控及保护系统 单位:上海天正明日电力自动化有限公司 11)在各个 crt 屏间实现主操作和画面显示屏的分配; 12)打印记录; 13)报警复归:当电厂的设备发生事故或故障后,在 crt 上自动推出事故或 故障报警画面并发报警信号,信号可手动或自动复归; 14)数据库点投入和退出控制:确定数据库是否参与或部分参与安全监控; 15)在电站控制中心对监控对象进行操作控制时,在 crt 上显示整个操作过 程中的每一步骤和执行情况; 16)设置安全标点系统,可由操作员手动或应用程序自动实现禁止对被选中 设备的控制; 6.3.2 有功功率联合控制 6.3.2 有功功率联合控制 监控系统可根据中调提供的负荷曲线或实时给定值,或值班操作人员即时给 定的有功功率值,以及各机组的效率特性曲线、电站即时的运行工况并考虑机组 振动、 气蚀等约束条件, 计算在线负荷变化后的水头下电站的机组最优负荷分配。 该系统可以闭环控制,亦可实现开环运行指导。 开环运行:通过显示屏幕将信息通知运行人员。 闭环运行:将信号直接作用于 lcu 并通过 lcu 作用于开停机控制装置及调速 器、电压调节器等执行机构。 该功能可根据日负荷曲线或给定总负荷值及各种限制条件,确定合理的机组 组合和负荷分配方案,实现全厂最优运行。调节系统具有 pid 调节特性,计算参 加联合控制的机组的总有功输出,扣除独立控制机组的有功输出,并根据水头及 相关的各机组的效率曲线将计算后的负荷分配到参加联合控制的机组, 自动发出 开停机指令和给定机组负荷。 给出指令后具有监视功能,即连续将实测到的设定值与开停机控制功能命令 相比较。该软件可将电厂调节率设在 010%之间。若将其设定为 0,则此有功控 制功能将作为纯有功功率控制器, 调节电厂的有功输出到设定点而不考虑电网的 频率。 水轮机的运行区内总存在不良运行区,该系统软件允许各机组运行于不良运 行区外而不在该区内,但可以通过该区,也允许运行人员人为进入该区。在有功 20 项目:水电站计算机监控及保护系统 单位:上海天正明日电力自动化有限公司 联合控制控制功能中不良运行区限制有效。 为了最佳利用水能,与水头相关的各种运行组合(g1+g2,g3+g4, g1+g2+g3)多效率曲线可包括在此功能中。 电力系统频率过低可以按照低频启动准则,自动启动备用机组。 自动发电控制还可以接受厂内高频切机、系统振荡负荷等电力系统自动装置 或功能模块发出的控制信号给定顺序完成停机、开机或压负荷的自动操作。 自动发电控制可完成各台机组运行工况转换时的协调工作,保证机组和电力 系统所受的干扰最少。例如:机组手动、自动运行方式切换无干扰;机组成组、 单机运行切换时无干扰;机组故障需转移负荷甚至停机的自动处理,以及机组事 故停机的紧急处理等。 6.3.3 无功功率联合控制 6.3.3 无功功率联合控制 按给定时段的高压母线电压值, 定时计算, 自动调节和分配各机组无功功率; 自动维持高压母线电压和无功负荷的合理分配。 自动电压控制功能能按照电力系统要求,维持母线电压在规定的范围内,在 此基础上实现各台机组间无功功率按等功率分配;进相运行时,可在校验发电机 静态稳定、定子端部发热程度以及厂用母线电压水平基础上,合理分配每台机组 的无功功率,实现闭环控制。本系统同时亦可实现开环运行指导。 开环运行:通过显示屏幕将住处通知运行人员。 闭环运行:将信号通过 lcu 作用于机组励磁调节装置。 6.3.4 控制和调节 6.3.4 控制和调节 监控系统根据预定的原则和运行人员输入(或自调度发来)的命令,发出开 停机命令,进行各断路器、隔离开关分合闸操作,以及和机组运行有关的闸门操 作。 监控系统能对操作过程进行校核和监视,并进行操作记录。在开机过程中, 监控系统能显示各主要阶段依次推进的过程。当过程受阻时指出原因,并将机组 转换到安全工况。 监控系统可用增减命令或改变设定值的方式调节机组出力,根据运行要求, 这些方式可由监控系统运算后自动给出,也可由运行人员输入或自中调发来。 21 项目:水电站计算机监控及保护系统 单位:上海天正明日电力自动化有限公司 lcu 可接受主计算机、操作员工作站或当地输入的命令,在执行命令前,要 检查被控对象的状态是否满足相应条件,以免误操作。 当电站主设备正处于某一层控制之下时,监控系统有闭锁其它控制层的控制 指令的措施,但现场控制屏上的手动紧急停机操作指令不受限制。 中控/现地方式切换开关设在 lcu 处,中调中控方式切换开关设在电站中控 室。 6.4 监视、记录、报告 6.4 监视、记录、报告 6.4.1 监视 6.4.1 监视 在中控室装有信号返回屏和彩色 crt 显示器,在站长办公室设有 crt 显示终 端,用于显示电站的运行情况。 主要监视内容有: 1. 发电机运行工况; 2. 发电机组辅助设备的运行情况; 3. 变压器运行工况; 4. 110kv 隔离开关、接地开关、10kv 及以上的断路器及 0.4kv 厂用电的进线开 关和 0.4kv 厂用母线分段的位置; 5. 线路运行工况; 6. 公用设备运行工况; 7. 蝴蝶阀位置; 8. 厂用电运行方式; 9. 越复限、故障、事故的显示、报警并自动显示有关参数并推出相关画面; 10. 过程监视:监视机组运行工况的转换过程,并在 crt 上显示。当发生过程阻 滞时,在 crt 上给出阻滞原因,并可由操作员改变运行工况,如实行停机; 11. 监控系统异常监视:监视系统的硬件或软件发生故障则立即发出报警信号, 并在 crt 及打印机上显示记录,指示故障部位; 12. 其它重要的运行参数; 22 项目:水电站计算机监控及保护系统 单位:上海天正明日电力自动化有限公司 6.4.2 记录、报告 6.4.2 记录、报告 全站所有监控对象的操作、报警事件及实时参数报表等应记录下来,并能以 中文格式在 crt 上显示,在打印机上打印。打印记录分为定时打印记录、事故故 障打印记录、操作打印及召唤打印记录等工作方式。 记录、报告的主要内容列如下,但不限于此。 (1) 操作事件记录 将所有操作自动按其操作顺序记录下来,包括操作对象、操作指令、操作开 始时间、执行过程、执行结果及操作完成时间、操作员的姓名等。 (2) 报警事件记录 自动将各种报警事件按时间顺序记录其发生的时间、内容和项目等,生成报 警事件汇总表。 (3) 定值变更记录 自动将所有的定值变更情况记录,包括变更对象、变更数值、操作员的姓名 等,以便随时查询。 (4) 报告 按时、日、月生成的各种统计报表,也可以根据操作员的要求随时生成各种 报表。 (5) 趋势记录 记录重要监视的运行变化趋势。 6.5 事件顺序记录 6.5 事件顺序记录 在电站发生事故时,由各现地控制单元采集继电保护、自动装置及电站主设 备的状态量及时标,并上送电站控制中心,完成事件顺序排列、显示、打印和存 档。每个事件的记录和打印包括事故地点名称、状态描述和时标,记录的分辨率 不大于 5ms。 23 项目:水电站计算机监控及保护系统 单位:上海天正明日电力自动化有限公司 6.6 事故追忆和相关量记录 6.6 事故追忆和相关量记录 6.6.1 事故追忆 6.6.1 事故追忆 记录在事故发生前 5s 和 20s 时间里重要实时参数的变化情况。追忆量包括 110kv 线路的有功及无功功率,三相电流,110kv 母线电压及频率、机组线电压、 三相电流和有功功率、无功功率等。采样周期为 1s,追忆量除了打印外还可以 用曲线在 crt 上显示。 6.6.2 相关量记录 6.6.2 相关量记录 自动记录与事故、故障有关的参数。当机组某一参数越限时,监控系统同时 显示打印其相关参数的对应数值。 6.7 正常操作指导和事故处理操作指导 6.7 正常操作指导和事故处理操作指导 6.7.1 正常操作 6.7.1 正常操作 操作顺序提示,能根据当前的运行状态判断设备是否允许操作并给出相应的 标志,如操作是不允许的,则提示其闭锁原因并尽可能提出相应的处理办法;操 作票编辑、显示、打印;运行报表显示、打印等。 6.7.2 事故处理 6.7.2 事故处理 在出现故障征兆或发生事故时,由监控系统提出事先拟定的事故处理和恢复 运行的指导意见。 6.8 数据通信 6.8 数据通信 6.8.16.8.1 通过模拟通道或数字通道,与调度的计算机系统通信。电站计算机监控系 统送遥测、遥信信息,接受上级调度的遥调、遥控命令。电站不另设置远动终端 单元 rtu。 6.8.26.8.2 与工业电视系统、水情测报系统、闸门及水位测控系统、消防系统、站长 终端通信。 6.8.3 6.8.3 与各现地控制单元通信,向各现地控制单元发送指令,并接受各现地控制 24 项目:水电站计算机监控及保护系统 单位:上海天正明日电力自动化有限公司 单元上送的各种信息报表。 6.9 屏幕显示 6.9 屏幕显示 画面显示是计算机监控的主要功能之一,画面调用将允许以自动或召唤方式 实现。自动方式是指当有事故发生时或进行某些操作时有关画面能自动推出,召 唤方式则指操作某些功能键或以菜单方式调用所需画面。 画面种类包括各种系统 图、棒形图、曲线、表格、提示语句等。画面应清晰稳定、结构合理、刷新速度 快且操作简单。 6.9.1 系统图类 6.9.1 系统图类 包括各种电气接线图,油、气、水系统图。在这类画面上还实时显示出设备 的实时状况及某些重要参数的实时值,必要时可通过窗口显示其它有关信息。 6.9.2 棒图类 6.9.2 棒图类 机组的有功功率、无功功率及其它一些适合用棒图表示的参数。 6.9.3 曲线图类 6.9.3 曲线图类 包括运行电压曲线、频率曲线、给定日负荷曲线以及各类模拟量变化曲线。 监控系统能按运行人员的要求自动地组织相应时间区间的有关数据以曲线的形 式显示在屏幕上。 6.9.4 表格类 6.9.4 表格类 包括各种运行参数、参数给定值、特性表、各种整定值及整定值变更统计表、 各类报警信息统计表、操作统计表、各类运行报表、运行日志、操作票等。 6.9.5 提示语句 6.9.5 提示语句 包括开、停机操作指导,电厂一次设备操作指导,厂用电系统操作指导画面, 各种提示信息等。 25 项目:水电站计算机监控及保护系统 单位:上海天正明日电力自动化有限公司 6.10 电站设备运行维护管理 6.10 电站设备运行维护管理 积累电站运行数据,为提高电站运行、维护水平提供依据 6.10.16.10.1 累计机组各种工况运行时间、工况变换次数、变换成功和失败次数; 6.10.26.10.2 累计机组正常停运时间、检修次数及时间; 6.10.36.10.3 累计主变压器、厂用变压器、断路器等主设备运行时间、动作次数、正 常停运时间、检修次数和时间;累计压油泵、漏油泵、排水泵、空压机等间隙运 行的辅助设备动作次数、检修次数和检修时间; 6.10.46.10.4 分类统计机组、主变压器、厂用变压器、线路等主设备所发生的事故、 故障; 6.10.56.10.5 电气、机械保护整定值修改记录; 6.10.66.10.6 其他运行管理数据的积累。 7. 系统主要技术指标 7. 系统主要技术指标 sth 360 水电站计算机监控系统在设计上完全满足实时性、可靠性、可维护 性、可用率、安全性、可扩性、可变性的要求,因为该系统是一套全分散分布开 放式系统。 7.1 环境的相容性 7.1 环境的相容性 sth 360 计算机监控系统设备能适应水电站的特殊环境。温度、相对湿度、 尘埃、振动、冲击、噪音及电磁干扰等指标满足水电厂计算机监控设备基本技 术规范的要求。 7.2 实时性 7.2 实时性 系统的实时性是指系统能够满足生产过程
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