微机监控第五章

第五章微机现地自动控制装置 第一节微机现地控制装置概述 一 机组现地控制装置作用和任务机组现地控制单元LCU的作用和任务 主要就是在现场对机组运行实现监视和控制 现地控制单元LCU的的控制对象包括以下几部分 1 电厂发电设备 主要有主机 辅机 变压器等 2 开关站 主要有母线 断路器及隔离开关 3 公用设备 主要有厂用电系统 风水油系统 蓄电池直流系统等 4 闸门设备 主要有球阀和泄洪闸门等 二 微机现地控制装置主要功能1 数据采集和处理功能2 安全运行监视功能3 操作控制与调节功能4 历史事件顺序记录功能 5 通信功能6 人机接口功能7 自诊断功能8 自恢复功能9 自动切换功能10 自动同期并列功能 三 微机现地控制装置LCU的分类1 总线型结构LCU2 以可编程控制器为基础的LCU总线型结构LCU应用过程中存在的制造工艺和维护调试问题 我国目前较多采用了以可编程控制器 PLC 为依托的LCU 由于可编程控制器一般均按工业环境使用标准设计 因此它具有可靠性高 抗振等性能好等优点 为系统集成商省去了机械设计 加工 装配 焊接等技术和工艺要求等的工作 并且接插性能好 整机可靠性高 由于PLC并非为水电厂监控而专门设计 其性能上同样存在以下不足 1 由于PLC以 扫描 方式工作 单元监控装置的内部时钟精度和计算机监控系统内部设备之间时钟同步的精度不能满足要求 2 PLC在自诊断功能方面不能完全满足我国电力生产安全可靠方面的要求 3 PLC的中断开入不能满足水电站的需要 4 PLC的浪涌抑制能力不满足水电站的需求 3 智能I O模块配工业实时网的LCU 第二节微机现地自动控制装置 一 现地自动控制装置 LCU 的构成和特点微机处理信息的能力足够完成对一些类型的被控设备实现综合控制的要求 因此 比较多的单元自动控制装置仍采用微机基础结构 并采用总线和可扩展接口等形式 二 LCU的冗余设置1 异构型冗余两台性能 型号 原理等不尽相同的设备构成的冗余系统2 同构型冗余两台性能 型号 原理等完全相的的设备且能以任意组合的方式构成主 备关系 3 交叉型冗余两个相邻LCU 或控制子系统 之间实现冗余 三 现地控制装置的软件设计1 水轮发电机组的单元自动控制装置的软件功能 1 模拟数据的收集和处理A 定时收集数据 按电量和非电量分成二组采集 电量采集周期为2秒 非电量采集周期为30秒 B 对收集的测点数据变换成工程值 C 与限值进行比较 如越限 则将该测点的越限情况记录在事件登录表中 D 与上次测值进行比较 求出运行趋势 E 测值越限和趋势越限所引起的必要操作 报警 打印 进行某项控制操作 F 根据上 下游水位和发电功率或导叶开度求算耗水量 G 积算有功和无功电度量及求出每小时的有功和无功电量 H 积算耗水量及单位时间耗水量 I 保存一定时间的历史数据 2 运行状态的收集和处理A 定时收集运行状态 2秒一次 B 事故和故障信号能立即响应 并按时间顺序对事故进行记录 其分辨率为2毫秒 C 根据收集到运行状态与上次运行状态进行比较 选出变化了的运行状态 D 根据每个开关量的作用作出相应的处理 a 作为事件进行登录 b 作为操作进行操作记录 c 引起某种特殊操作 d 作为其它操作的一种信号等等 E 对收集的开关量进行整理 向上级汇报 3 一天 班 事件的分类登录 4 根据上级命令 进行操作校核 例如按照输电功率允许或不允许该机组开机或正常停机等 5 进行机组的各种顺序操作 A 停机到发电操作 包括开机 并网 带上给定负荷等 B 调相转发电操作 C 空载转发电操作 D 发电到停机操作 包括卸负荷等 E 调相到停机操作 F 空载到停机操作 G 紧急停机操作 H 停机到调相操作 包括并网 带上给定无功负荷等 I 停机到空载 不并网 操作 J 发电到空载操作 6 根据水头和负荷 对有功调节和无功调节的给定负荷加以校核 使机组避免运行在振动 汽蚀区 低效区及其它限制运行区 7 接收上级各种命令 回答上级所需的各种数据 四 可编程序控制器简介可编程序控制器是在继电器控制和计算机控制的基础上开发出来的 并逐渐发展成以微处理器为核心 把自动化技术 计算机技术 通讯技术融为一体的新型工业自动控制装置 目前已被广泛地应用于各种生产机械和生产过程的自动控制中 一 可编程控制器 PLC 的结构组成1 输入部分 由用户输入设备组成 如按钮 操作开关 限位开关 传感器等 它们直接接在继电器控制线路中 用以产生控制信号 这些控制信号或来自操作台上的操作命令 或来自被控对象上的各种开关信息 2 控制部分 是按照被控对象实际要求而动作的继电器控制线路 其 程序 已固定在线路中 不能灵活改变 3 输出部分 由用户输出设备组成 如继电器 接触器 电磁阀等执行元件以及信号灯 电铃等信号元件 用以控制各种被控对象 如电动机 电炉 电磁阀门等 以及指示输出的状态 接通或断开 二 PLC系统的组成及各部分的作用1 PLC的硬件系统PLC的硬件系统指构成PLC的物理实体或称物理装置 也就是它的各个结构部件 PLC的硬件系统由主机 I O扩展机及外部设备组成 主机和扩展机采用微机的结构形式 其内部由运算器 控制器 存贮器 输入单元 输出单元以及接口等部分组成 其外部由I O扩展机和编程器等组成 其中编程器用作用户程序的编制 编辑 调试和监视 还可以通过其键盘去调用和显示PLC的一些内部状态和系统参数 它经过接口与CPU联系 完成人机对话连接 编程器分为简易型和智能型两类 前者只能联机编程 后者既可联机又可脱机编程 既可用电缆连接到CPU进行编程 又可远离CPU插到现场I O控制站的相应接口进行编程 2 PLC的结构特点根据硬件结构的不同 可以将PLC分为整体式 模块式和叠装式三种3 PLC的编程语言在工程上 PLC主要是采用梯形图的编程方法 梯形图 4 PLC的基本工作原理PLC的基本工作过程有扫描 程序执行过程 对输入 输出的处理等 1 扫描 2 程序执行过程A 输入采样阶段B 输出刷新阶段C 程序执行阶段 3 PLC对输入 输出的处理规则A 输入映像寄存器的数据 取决于输入端子在上一个工作周期的输入采样阶段所刷新的状态 B 输出映像寄存器 包含在元素映像寄存器中 的状态 由程序中输出指令的执行结果决定 C 输出锁存电路中的数据 由上一个工作周期的输出刷新阶段存入到输出锁存电路中的数据来确定 D 输出端子上的输出状态 由输出锁存电路中的数据来确定 E 程序执行中所需的输入 输出状态 数据 由输入映像寄存器和输出映像寄存器读出 五 PC机的工作原理简介PC的工作原理 就是在其系统软件 或称执行程序 的控制下 主机进行了必要的内务处理后 按照用户编写的梯形图网络的序号 从1号网络开始 逐一解读 直到最后一个 然后又从1号网络重新开始六 通讯管理机的基本工作原理1 技术特点2 技术参数3 安全标准4 外形结构5 安装方式6 联接方式 第三节微机自动装置的信息传送 一 微机调速器的控制信息传送1 微机调速器的作用原理2 微机调速器类型3 微机调速器的控制信息传送 二 微机励磁调节器的控制信息传送励磁调节技术提高到一个新的水平 主要表现在以下两个方面 1 微机励磁调节器除了必要的硬件设备外 所有的功能都可以通过软件来完成 特别是某些由模拟式励磁调节器难以完成或无法实现的 比较复杂的控制规律 由微机励磁调节器来实现显得比较容易 2 可以设计较强的自检和自诊断的能力 再加上配置良好的容错设备 以及重构技术的应用 保证了较高的可靠性 1 微机励磁调节器工作原理 2 微机励磁调节器的控制信息传送 微机励磁调节系统原理图 RS 485通信口的微机励磁调节器的输入输出框图 三 微机自动准同期的控制信息传送1 微机自动准同期工作原理具有以下的特点 1 原理上保证合闸冲击电流接近于零 2 控制准同期条件第一次出现时就能准确地将发电机投入系统 3 可以实现对待并列发电机电压及频率的调节 加快并列速度 4 具有结构简单 方便扩充功能的特点 5 每次并列操作后 能够提供并列点断路器的实际合闸时间 以作为整定导前时间的可靠依据 微机自动准同期系统原理图 2 微机自动准同期的控制信息传送 微机自动准同期的输入输出框图 第四节微机现地控制装置实例 福建顺昌洋口水电站的所采用计算机保护系统一 工程概况顺昌洋口水电站位于福建省顺昌县境内 为低水头径流式水电站 距顺昌县约15km 水库正常蓄水位115 0m 为日调节水库 河床式电站 地面厂房内装有3台灯泡贯流转桨式水轮发电机组 单机容量16MW 电站总装机容量为48MW 电站接入省电网 设一台40MVA主变压器和一台20MVA主变压器 电站110kV出线二回 其中一回至顺昌华阳变 另一回备用 本电站110kV母线处系统最大运行方式下短路电流 三相 为7 5kA二 计算机保护系统1 洋口水电站计算机保护系统的设计要求 2 洋口水电站计算机保护系统的配置 DGT801A出口组合装置硬件框图 三 继电保护装置的技术要求1 发电机保护 1 发电机纵差保护 2 发电机定子一点接地保护 3 发电机转子一点接地保护 4 发电机失磁保护 5 发电机定子绕组过负荷保护 6 发电机过电压保护 7 发电机复合电压过流保护 8 高周切机2 主变压器保护 1 主变差动保护 2 主变零序保护 3 变压器冷却器启动回路 4 变压器瓦斯保护 5 变压器温度保护 6 变压器压力释放保护装置 7 变压器冷却器故障 8 6 3kV母线零序过电压保护 9 复合电压过电流方向保护 10 变压器油位降低保护 3 电压互感器断线闭锁装置4 电流互感器断线闭锁装置5 厂变保护6 坝变保护四 发电机保护装置的结构及工作原理 一 发电机纵差保护1 可选比率制动和标积制动原理2 保护逻辑框图可选单相出口方式及循环闭锁出口方式3 CT断线判别4 动作灵敏度高于非线性特性曲线5 高抗CT饱和的能力6 区外故障切除时防止保护误动7 发电机电气制动不误动8 保护动作时间不大于25ms 二 发电机定子一点接地保护 三 发电机转子一点接地保护 四 发电机横差保护1 单元件横差保护 反应3Uo 3Ut的零序电压式定子接地保护逻辑框图 单元件横差保护交流接入回路 单元件横差保护逻辑框图 A B C 发电机定子绕组 装置交流模块 2 裂相横差保护 裂相横差保护交流输入回路示意图 比率制动式裂相横差保护的动作特性 裂相横差保护逻辑框图 1 五 发电机基波零序电压式定子接地保护 零序电压式定子接地保护交流接入回路 六 发电机三次谐波电压式定子接地保护 七 发电机零序电流式定子接地保护 八 发电机注入式转子一点接地保护 转子一点接地保护逻辑框图 九 发电机转子两点接地保护 转子两点接地保护逻辑框图 十 发电机失磁保护 阻抗原理 阻抗型失磁保护框图 十一 发电机失磁保护 逆无功原理 逆无功原理失磁保护逻辑框图 十二 发电机失步保护 失步保护逻辑框图 五 变压器保护装置的结构及工作原理 一 变压器纵差动保护 包括发变组 主变 厂变 励磁变 启备变 1 保护构成原理 变压器差动保护交流接入回路示意图 变压器差动保护动作特性 2 逻辑框图3 几种不正常工况的判别4 定值清单及整定原则5 灵敏度校验6 关于变压器差动保护各侧平衡系数7 工程应用 二 变压器零序差动保护1 保护构成原理 自耦变压器零差保护交流接入回路示意图 2 动作特性 3 逻辑框图 4 定值清单及取值建议5 工程应用六 励磁机差动保护装置的结构及工作原理1 动作方程 2 动作特性 3 逻辑框图 七 洋口水电站计算机保护系统的设备试验要求 一 工厂试验