第3章：现地控制单元(LCU)幻灯片.ppt

水电厂计算机监控系统 主讲 贾振国 长春工程学院能源动力工程学院电站控制教研室 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 第三章 现地控制单元 LCU 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 一 LCU在监控系统中的地位 监控系统的基础1 LCU LocalControlUnit2 RTU RemoteTerminalUnit二 LCU的发展阶段1 由继电器构成的机组自动屏2 采用固态元件构成的布线逻辑3 以计算机为基础的LCU三 LCU的基本功能1 数据采集与处理 正常状态 事故状态2 控制与调节 设备运行方式控制 机组控制调节3 通信 与电厂级通信 与智能化单元装置通信4 时钟同步 保证事件顺序记录的统一时钟5 自诊断 在线自诊断 离线自诊断6 人机接口 运行人员进行监视 控制的桥梁 3 1LCU概述 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 3 2LCU的结构类型 一 以PLC为基础的LCU 一 基本结构 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 二 基本组成 CPU存储器控制器 通信模块电源模块内部总线CPUPLC BasedLCU 智能I O模块 I O组件内部总线电量采集装置温度量采集装置智能单元装置 微机励磁调节器微机调速器微机同期装置 3 2LCU的结构类型 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 丰满水电厂计算机监控系统结构 3 2LCU的结构类型 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 特点 机组的数据采集 控制调节功能全部由PLC完成 主站用于连接实时性要求高的点 如水机回路输入与控制信号 远程站用于连接实时性要求不高的点 如部分压力量 液位量 现地计算机主要用于通信和人机联络 3 2LCU的结构类型 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 中型水电厂PLC BasedLCU实例 福建永安安砂水电厂 1 安砂水电厂概况 安砂水电厂位于福建沙溪上游九龙溪中段永安市安砂镇 为沙溪流域的龙头电站 装机容量11 5万kW 1975年电厂投产发电 1999年3月 电厂实现 无人值班 少人值守 3 2LCU的结构类型 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 2 安砂水电厂计算机监控系统结构 3 2LCU的结构类型 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 安砂水电厂控制室 3 2LCU的结构类型 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 计算机监控控制室与常规控制室对比 安砂水电厂控制室 三明东牙溪水库坝后电站控制室 115MW 2x1250 630 3130KW 3 2LCU的结构类型 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 3 安砂水电厂LCU配置 配置原则 按 无人值班 少人执守 要求设计 实现对机组 主变及辅助设备的全自动化监视 控制和操作 取消原水轮机及其公用辅助设备的常规集中控制部分 机组顺控全部由LCU的PLC完成 每台机组一套LCU 公用系统一套LCU 开关站一套LCU 中型电厂LCU可非冗余配置 LCU能够与调速器 励磁调节器等进行通信 硬件配置 每台LCU的主控制器均为MODICON的984 685系列PLC I O接口采用MODICON的984 800系列PLC模块 软件配置 LCU采用MODSOFTPLC编程软件 3 2LCU的结构类型 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 4 LCU主要功能 数据采集及分析处理功能 周期 50ms 重要量1ms 事件顺序记录功能 时标分辨率1ms 事故追忆功能 事故前30s 60点 s 事故后 120点 s 辅助设备集中控制功能 油 水 风系统设备 人机联系功能 现地可以进行操作 5 主要效益 缩短开机时间 节约水能 提高劳动生产率 减人增效 3 2LCU的结构类型 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 安砂水电厂机组LCU 3 2LCU的结构类型 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 小型水电厂PLC BasedLCU实例 黑龙江黑河象山水电厂 1 象山水电厂概况 象山水电厂位于黑龙江省黑河市附近 装有3台6MW的机组 装机容量18MW 属小型水电站 其自动化水平在我国小水电站中处于领先地位 2 计算机监控系统结构 3 2LCU的结构类型 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 3 LCU配置方案选择 对LCU的基本功能要求 自动开机 停机 有功功率 无功功率闭环调整 高速脉冲测机组转速 机组温度量巡回检测 采集机组所有电气 机械事故及故障信号 事故停机 LCU的I O测点统计 3 2LCU的结构类型 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 硬件方案比较 3 2LCU的结构类型 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 4 PLC在小型水电厂LCU应用中存在的问题 模拟量输入成本高 中断型开关量输入能力差 通信组网方式不灵活 3 2LCU的结构类型 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 3 2LCU的结构类型 二 以IPC或MPU为基础构成的LCU 一 以IPC或MPU加一般I O加智能I O结构1 结构图 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 2 基本组成 1 主控制器 由CPU 存储器 通信模块 I O模块构成 CPU 一般采用16位以上 冗余配置 通信模块 与电厂网络采用冗余配置 与现场总线可非冗余配置 I O模块 根据I O点数配置 存储器 按40 以上裕度配置 2 子控制器 指远程I O 微机调速器 微机励磁调节器 微机保护装置 微机温度采集装置 微机电量采集装置 3 现场总线 连接主控制器和子控制器 双总线配置 一般采用光缆 3 2LCU的结构类型 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 2 特点 无智能I O接口 所有模拟量通过变送器接入模入通道 二 以IPC或MPU加一般I O结构 3 2LCU的结构类型 1 结构图 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 3 提高LCU可靠性的途径 配置一台工控机的LCU结构 配置两台工控机的LCU结构 3 2LCU的结构类型 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 3 2LCU的结构类型 三 以IPC PLC构成的LCU 1 基本结构 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 3 2LCU的结构类型 2 产生原因 3 基本组成 1 对微机可靠性的担忧 2 早期PLC组网功能弱 3 早期PLC模入成本高 1 工控机 2 PLC机组顺序控制器 3 微机单元装置 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 3 3LCU的结构实例 典型实例1 新丰江电厂 3 72 5 1 85 302 5MW LCU 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 典型实例2 大广坝电厂 4 60MW LCU 3 3LCU的结构实例 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 典型实例3 三峡水电厂LCU 3 3LCU的结构实例 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 典型实例4 南瑞LCU 工控机直接接入方式 3 3LCU的结构实例 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 典型实例5 南瑞LCU 触摸屏 PLC方式 3 3LCU的结构实例 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 典型实例6 南瑞LCU 控制面板 PLC方式 3 3LCU的结构实例 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 典型实例7 南瑞LCU SJ600双机双网模式 3 3LCU的结构实例 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 一 水轮发电机组的运行工况及其转换流程1 常规机组 1 运行工况 停机发电调相 2 工况转换 六种 停机状态 发电状态 调相状态 3 4LCU的机组顺控操作 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 2 抽水蓄能机组 1 抽水蓄能机组的特点 2 运行工况 停机发电发电调相抽水调相抽水 3 常用运行工况转换 停机状态 抽水状态 抽水调相状态 发电状态 发电调相状态 抽水方向 抽水方向 发电方向 发电方向 3 4LCU的机组顺控操作 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 二 机组及其辅助设备自动化的内容1 对机组润滑系统的自动化要求 1 需要润滑的部件 推力轴承 发电机导轴承 水轮机导轴承 2 润滑油循环方式 自循环式润滑系统 强迫油循环式润滑系统特征 A 一般用于大轴卧式机组 B 需要设置高位油箱 回油箱 油泵和冷却水系统 3 对润滑系统的自动化要求 双轴承油泵以主 备方式工作 轴承油槽油位监视 不正常时发出故障报警信号 3 4LCU的机组顺控操作 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 2 对机组冷却系统的自动化要求 1 对轴承的冷却系统自动化要求 装设冷却水示流信号器 在轴承处设置温度信号器和温度传感器 2 对水轮发电机冷却系统自动化要求冷却方式 空气冷却式水冷却式蒸发冷却式要求 A 开机时投入冷却水电磁阀 示流信号器监视水流量B 设置温度传感器监视冷却系统的进出口温度 C 设置温度传感器监视定 转子及铁芯等部位温度 3 对水轮机密封装置的自动化要求 1 对主轴密封的要求 2 对检修密封的要求4 对水轮发电机制动系统的自动化要求 1 对机械制动的要求 2 对电气制动的要求 3 4LCU的机组顺控操作 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 三 LCU机组顺序操作程序的设计原则 2 停机命令优先于发电和调相命令 在开机过程中 发电状态和调相状态均可以执行停机命令 一旦停机命令被选中 其它控制均被禁止 3 操作过程中的每一步操作 军设置启动条件或以上一步操作成功为条件 仅当启动条件具备后 才解除对下一步的操作闭锁 允许下一步操作 若操作条件未具备 发出故障信号 4 对每一步操作命令 均需检查其执行情况 5 操作过程中 除停机过程 若机组设备发生事故或运行状态发生变化 不允许操作继续进行时 应自动中断过程使程序退出 1 在操作人员发出机组操作命令后 LCU可以自动按预先设定的流程完成全部的操作 也可以在操作人员的干预下进行单步操作 3 4LCU的机组顺控操作 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 一 开机条件检测 1 进水口闸门全开2 机组无事故3 导叶锁定拔除4 断路器在开断位置5 制动闸落下 四 竖轴反击式水轮发电机停机转发电操作程序流程 二 开辐机 1 工作油泵故障时 延时后投备用油泵 两泵故障转停机 2 出现冷却水中断信号后经延时发冷却水故障信号 3 若开启密封水电磁阀并经过延时后 无密封水信 发密封水故障信号 STEP1 开机令 开机条件具备 STEP2 N 故障1 投高压减载油泵投密封水电磁阀投冷却水电磁阀 高压减载油泵运行 T T1 N N Y 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 停机转发电操作程序流程 Y Y 故障2 投备用油泵 备用油泵运行 N T T2 N Y 故障3 有冷却水 N T T3 N Y Y 故障4 Y 有密封水 N T T4 N Y 故障5 Y 高压减载油泵已运行 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 三 启动调速器 1 启动调速器 将开度限制开至空载开度 2 当导叶位置在空载位置时 程序自动解除对下一步的闭锁 Y STEP3 投入调速器 导叶在空载开度 N T T5 N Y 故障6 Y 转速 80 额定转速 N T T6 故障7 Y 投励磁装置 STEP4 Y 四 投励磁装置 1 如采用准同期方式 当转速上升至80 额定转速时 投入励磁装置 2 检测发电机端电压 在故障判断时间T7内 使发电机端电压升至90 额定电压 停机转发电操作程序流程 有密封水 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 90 端电压 N T T7 N Y 故障8 Y 转速 95 N T T8 N Y 故障9 Y 五 停高压减载油泵 六 投准同期装置 1 电压 90 额定电压2 转速 95 额定转速 泵停运 切除高压减载油泵 STEP5 Y N T T9 N Y 故障10 Y STEP6 投入准同期装置 停机转发电操作程序流程 励磁装置已投入 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 准同期投入 N T T10 N N 故障11 Y 断路器合闸 N T T11 N Y 故障12 Y 打开开度限制至全开 开度限制全开位置 N T T12 N Y 故障13 Y 开机完成 七 合发电机断路器 1 同期装置自动调节电压和频率 监视相角差 自动发断路器合闸信号 2 断路器合闸后 程序自动解除对STEP8的闭锁 STEP7 STEP8 八 打开开度限制至全开 1 调速器自动打开开度限制至全开 为机组带负荷创造条件 2 停机转发电过程完成 停机转发电操作程序流程 投准同期装置 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 STEP1 发电转调相令 STEP2 减有功 无功功率为最小 T T1 N N 有功 无功功率为最小 故障1 开度限制至全关 导叶全关 T T2 N N Y Y 故障2 五 竖轴反击式水轮发电机发电转调相操作程序流程 一 减负荷 1 接到调相令后自动减有机组功 无功功率为最小 2 机组有功 无功功率为最小时自动解除对STEP2的闭锁 二 关闭开度限制 1 关闭开度限制为全关 2 导叶全关时 机组进入调相运行状态解除对STEP3闭锁 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 Y STEP3 开补气电磁阀 补气阀打开 N T T3 N Y 故障3 Y 调相状态 三 调相压水给气电磁阀和调相压水补气电磁阀操作 1 调相压水给气电磁阀操作 1 转轮室水位超过设定上限水位时 开启调相压水给气电磁阀 将转轮室水位压下 2 转轮室水位低于设定下限水位时 关闭调相压水给气电磁阀 2 调相压水补气电磁阀操作为弥补压缩空气的逸出 当进行调相运行时 开启调相压水补气电磁阀 持续给转轮室补气 导叶已全关 发电转调相操作程序流程 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 3 5三峡右岸电站LCU系统 一 三峡右岸电站LCU系统简介 1 LCU设置 机组LCU12套 15 18LCU 东方电机厂机组 19 22LCU 法国ALSTOM机组 23 26LCU 哈尔滨电机厂机组 开关站LCU2套 33 34LCU 10KV厂用电LCU1套 35LCU 400V厂用电LCU1套 36LCU 辅助系统LCU1套 37LCU 模拟屏驱动LCU1套 38LCU 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 3 5三峡右岸电站LCU系统 一 三峡右岸电站LCU系统简介 1 LCU设置 机组LCU控制柜配置 1 GPS时钟部件 2 PLC主备CPU机箱 3 本地采集RIO机箱 4 工控机 5 交流采样百抄表 6 变送器 7 电度表 8 同期装置 9 水机保护回路 10 操作把手 11 通讯设备 12 电源回路 13 开出继电器等 本地柜3面 远程测温柜5面 技术供水远程柜1面 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 3 5三峡右岸电站LCU系统 一 三峡右岸电站LCU系统简介 2 LCU的硬件设备配置 1 施耐德PLC 2 工控机或触摸屏 3 操作控制面板 4 准同期装置 5 转接端子 6 接口电路 7 电源 8 机柜等 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 3 5三峡右岸电站LCU系统 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 3 5三峡右岸电站LCU系统 一 三峡右岸电站LCU系统简介 3 LCU的配置特点 1 双CPU主 热备用方式运行 2 双电源模块 3 双网络 4 热备方式 5 一体化工控机及触摸屏 6 掉电保护功能 7 电源恢复自动重启功能 8 时钟同步 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 3 5三峡右岸电站LCU系统 4LCU人机界面 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 3 5三峡右岸电站LCU系统 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 3 5三峡右岸电站LCU系统 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 3 5三峡右岸电站LCU系统 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 3 5三峡右岸电站LCU系统 长春工程学院能源动力工程学院 水电厂计算机监控系统 二 三峡右岸电站LCU功能简介 3 5三峡右岸电站LCU系统 1 数据采集和处理 2 安全运行监视 3 控制与调节 4 通迅 采集机组 主变和线路各种非电气量 电气量 经处理后上送全厂控制层 主控级 及现地显示 采集机组 线路 厂变有功电度和无