计算机监控系统在发电厂电气系统中的应用

1、宁夏电力2006年第3期摘要:以宁夏中宁电厂2×330MW 扩建工程中计算机监控系统应用为背景,对发电厂电气系统所用计算机监控系统的功能、控制范围、功能实现等方面作了介绍。关键词:发电厂;监控系统;电气控制系统;五防中图分类号:TM769文献标识码:B 文章编号:1672-3643(200603-0038-05计算机监控系统在发电厂电气系统中的应用徐力卫1,梁庆2(1、宁夏中宁发电有限责任公司,中宁755100;2、宁夏发电集团有限责任公司,银川市750002Application of computer monitoring system on electrical system

2、in power plantXU Li-wei 1,LIANG Qing 2(1.Ningxia Zhongning Electric Power Generation Co.,Ltd.,Zhongning 755100,China;2.Ningxia Electric Power Generation Group CO.,Ltd.,Yinchuan 750002,ChinaAbstract:Based on the application of computer monitoringsystemin 2×330MW expanding project of Zhongning Po

3、wer Plant,introduces the function,controlling scope,function realization of computer monitoringsystemused byelectrical systemin power plant.Key words:power plant;monitoringsystem;electrical control system;five prevention收稿日期:2005-07-20作者简介:徐力卫(1972-,女,工程师,从事电气生产技术工作。1引言随着中国经济总体规模的高速扩展,经济模式的全面市场化,一个安

4、全、可靠、适应市场需要的高效率发电厂已成为所有电力公司的一个明确的发展目标。现代发电厂的装机容量不断扩大,整体自动化控制和管理是保证其安全、可靠、经济运行和发展的不可缺少的技术手段。在宁夏中宁电厂2×330MW 扩建工程中,全面采用了性能可靠、结构先进、功能完备的计算机监控系统,对整个发电过程进行监视控制,大大方便了运行、操作、维护,提高了生产过程的安全性、可靠性、经济性。特别是电气量控制打破常规强电一对一控制的硬手操手段,实现全面计算机监控,本文就此加以介绍。2电气控制、信号、测量总体情况本工程控制系统实行硬件物理分散布置,信息集中管理的设计原则,采用网络监控系统(NCS、电气控制

5、系统(ECS 以及辅助车间控制系统组成的控制网络对所有电气设备实现监测、控制。电气控制系统(ECS 是分散控制系统DCS 中的电气控制部分,分散控制系统由高数据网和连接在网上的人机接口站MMI 和分散处理单元三大部分组成。系统分不同层面运行。DPU 面向被控对象,从被控对象获得相关信息,对被控对象进行38相应操作,负责进行快速数据I/O和闭环控制计算,完成报警检测,同时接收操作命令和组态修改命令。MMI面向操作者,以流程图、棒状图、曲线、表格、按钮、对话框等方式提供数据,“解释”操作命令并送到DPU。高速数据网主要完成实时信息的共享、文件与打印的共享。由ECS控制和监测的电气设备包括发电机-变

6、压器组、高低压厂用电源系统(含起动/公用/备用电源、保安电源系统。主厂房直流、UPS等纳入厂用电源数据采集系统后与ECS公用的通信口进行数据交换。运行人员在单元控制室内以LCD、键盘和鼠标为监视控制工具,实现机组的启/停、正常运行的监视和调整以及异常工况的处理。ECS对电气部分的控制仅实现高层次的逻辑,如与热工系统的联锁,操作员发出的手动操作命令的合法性逻辑检查等。监视和操作功能在ECS的人-机接口上实现。电气部分的其他操作逻辑均由电气独立装置实现,这些电气独立装置包括:发电机变压器组继电保护装置、厂用电系统的继电保护装置、发变组故障录波装置、自动准同期装置、发电机自动电压调节装置(AVR、厂

7、用电源自动切换装置、断路器防跳回路、断路器跳闸及合闸线圈回路监视等。2.1由ECS实现电气单元控制的项目(1发电机-变压器组系统控制功能组控制的项目:!"发电机变压器组断路器及相应隔离开关投切;#"发电机静态励磁系统灭磁开关投切;$"发电机励磁系统AVR工作方式的选择;%"发电机变压器组断路器同期(ASS的投切。(2厂用电源系统的控制功能组控制的项目:!"起动/公用/备用变高压侧断路器的投切;#"起动/公用/备用变分支断路器的投切;$"起动/公用/备用变有载调压开关的控制;%"厂高变低压侧断路器的投切;&&

8、quot;厂高变和起动/公用/备用变的自动快速切换;"主厂房低压厂用变压器断路器的投切;("主厂房380V PC低压厂用电源进线断路器和联络断路器的投切;"应急柴油发电机组的起停及顺序加载的控制。2.2由ECS实现电气单元监测的项目(1包括上述所规定的各项;(2柴油发电机组的重要信号。辅助厂房380V输煤、电除尘(除灰、化水和综合水泵房、污水处理站的PC电源进线断路器及联络断路器就近在相应的辅助厂房PLC系统中控制。2.3厂内配电系统数据采集系统(1主厂房6kV工作段及400V各PC段配电系统数据采集采用现场总线系统,电流量、控制回路断线、远方/就地位置等信号通过

9、装设在6kV开关柜和400V开关柜内的现场采集传输元件的通讯接口传送至ECS,与顺控系统有关的开关状态、控制命令采用硬接线送至ECS的I/O卡件。400V MCC段数据交换采用硬接线。(2辅助厂房数据采集为传统方案,即辅助厂房配电回路所有信号及控制命令采用硬接线接入各自系统的PLC的I/O卡件。网络监控系统(NCS实现对升压站220kV线路断路器、母线设备及相应的电动隔离开关的监控。2.4220kV系统220kV系统的所有信息量的数据采集均由网络监控系统来实现。该系统采用全分布开放式结构,整个构架分站控层、间隔层及网络接口。站控层包括操作员站、工程师站、五防工作站等设备,操作员站采用冗余配置,

10、热备用的工作方式。间隔层设备主要指微机主控单元(D200前置处理机、多功能智能测控单元(D25,D200采用双机系统,可实现故障无扰动自动切换。通过操作员站的管理还可以实现D25双通道的自动切换,使得系统中各个单元设备的通信更加可靠。整个系统采用10/100BASE-T 双以太网作为通信主干道,在D200前置处理机与D25测控单元均配置有网卡,直接接入以太网。微机保护装置或智能型设备,通过D200提供的串口接入间隔层网络。间隔层与站控层运用光缆连接。系统具有下列功能:(1数据采集处理、安全监测、控制操作、越限报警、事故顺序记录、事故追忆、事故画面的自动推出。39(2统计计算、制表打印、屏幕画面

11、显示、数据远传(RTU、同期检查、系统自诊断等功能。(3由ECS、NCS控制的220kV断路器与相应隔离开关、接地刀闸之间的闭锁均由五防工作站计算机内的微机五防闭锁功能实现。ECS在组态中也做了相应的闭锁逻辑。3系统电气控制功能的实现根据以上介绍,工程电气设备控制主要由ECS与NCS两系统完成,下面就这两系统电气控制功能的实现及与其相关的微机五防系统进行详细说明。3.1ECS系统对于每一个子组项及相关设备,它们的状态、启动许可条件、操作顺序和运行方式,均在CRT上显示出系统画面。运行人员可通过CRT/鼠标操作每一个被控对象。程序控制是按命令逻辑顺序进行的,每步都有检查,在正常运行时,程序一旦起

12、动将至结束。运行人员可通过CRT上的图形操作指导,中断程序的自动执行,程序将自动返回到上一步等待,直到运行人员确认程序可以自动执行。控制程序中每一步均通过从设备来的反馈信号得以确认,每一步都监视预定的执行时间。如果程序未能在约定的时间内完成,发报警信号,且禁止程序进行下去。如果故障消除,在运行人员再启动后,可使程序再自动进行。ECS的开关控制是通过软手操,送出DO点,接入开关的跳、合闸回路,实现跳、合闸控制。再根据开关返回状态量DI点,通过CRT上开关的不同颜色,显示开关状态。常规辅机之间的电气联锁、锅炉大联锁也由ECS根据送入的状态量实现原有的功能。该项包括发电机、主变、厂高变、主变出口开关

13、、自动准同期、手动准同期、自动励磁调节器、灭磁开关等。发变组控制设自动程序控制和手动顺序控制两种方式。在机组启动前,可通过CRT/鼠标选择窗口,用自动程序控制或手动顺序控制进行方式选择,发电机升压并列按以下四种之一进行。(1自动调节器升压,自动准同期并列按并列程序,自动准同期装置投入时,发出自动准同期投入信号。由准同期装置根据发电机和系统频率的差值向DEH发出增速和减速指令,直至满足频率差定值要求。由准同期装置根据发电机和系统电压的差值向微机励磁调节器发出增磁和减磁指令,直至满足电压差定值要求。频率差、电压差和相差达到定值要求时,发电机出口开关合闸,并发出并列信号。(2自动调节器升压,手动准同

14、期并列按并列程序,手动准同期装置投入时,发出手动准同期投入信号。由DEH手动调整发电机转速,直至满足频率差值要求。在ECS中调出调节器的增减磁窗口,根据发电机和系统电压的差值,操作增磁或减磁按钮,直至满足电压差定值要求。调出发电机出口开关的操作窗口,当频率差、电压差、和相差达到定值要求时,手动操作发电机出口开关合闸,并发出并列信号。(3手动备励升压,自动准同期并列按并列程序,自动准同期装置投入时,发出自动准同期投入信号。由DEH调整发电机转速,直至满足频率差值要求。在ECS中调出调节器的增减磁窗口,根据发电机和系统电压的差值,操作增磁或减磁按钮,直至满足电压差定值要求。当频率差、电压差和相差达

15、到定值要求时,发电机出口开关自动合闸,并发出并列信号。(4手动备励升压,手动准同期按并列程序,手动准同期装置投入时,发出手动准同期投入信号。由DEH手动调整发电机转速,直至满足频率差值要求。在ECS中调出调节器的增减磁窗口,根据发电机和系统电压的差值,操作增磁或减磁按钮,直40至满足电压差定值要求。调出发电机出口开关的操作窗口,当频率差、电压差、和相差达到定值要求时,手动操作发电机出口开关合闸,并发出并列信号。在ECS接受手动或自动同期指令后,有信号在CRT上显示,满足并列合闸条件并经运行人员确认后,断路器方可允许手动或自动合闸,反之,则闭锁断路器合闸回路。该项包括公用系统开关等设备的相关操作

16、;公用电源切换设自动和手动两种方式,CRT提供上述系统“手动一自动”切换操作窗口。将公用电源从工作电源正常切换到备用电源,或从备用电源正常切换到工作时,均采用先合后断方式(用电流作开关已合的证实。厂用电源自动切换时,ECS中的厂用断路器分合闸回路与厂用电快速切换装置相配合。3.2NCS系统此系统电气操作的基本步骤如下:(1操作人员在微机五防工作站上根据CRT显示的电气主接线画面,写出相应的操作票,并在工作站电脑上通过图形操作系统进行模拟预演,检验操作票,将正确的操作票传送给电脑钥匙。(2远方操作时,操作人员在监控系统操作员站CRT画面上依据操作票选择遥控对象,选中后,监控系统结合一个遥控界面。

17、当五防系统对本次操作进行五防判断合格后,对此操作进行解锁,操作人员可通过遥控界面执行操作。否则闭锁操作不能执行。每一步操作,在操作员站CRT和电脑钥匙上都有提示、反馈,一旦出现错误,闭锁操作并给以提示。现场操作时,操作人员持电脑钥匙到现场根据操作票及钥匙的提示开锁并进行操作。线路断路器就地操作在所属D25配屏上,线路隔离开关的就地操作在线路对应相机构箱中,那里设有电编码锁、远方/就地切换开关。(3操作完毕,将电脑钥匙插回传送/充电座,自动向系统汇报整个操作的执行情况。NCS系统对遥控功能的实现采取了多重安全措施,包括操作权限的检查、操作闭锁条件的检验、所有开关点的确认、操作命令传送校验等。在遥

18、控执行过程中,就有多处体现。例如,在遥控对象被选中过程中,当地SCADA系统进行检查:检查所选择的对象是否是一个可遥控的对象。这种可被遥控的属性是由系统维护人员预先确定的。当所选对象不具备可作遥控属性时,系统给出相应的提示信息,并中止遥控过程。当上述检查通过后,系统提示操作人员在遥控操作界面上输入遥控对象的线路编号、操作人员密码、监护人员密码,只有当所有内容均正确无误时,系统提示进入遥控过程的下一步操作-发送预置命令。当地SCADA发出预置命令,D200/D25将所收到的命令经检验后返送给当地SCADA系统,当地SCADA系统将收到的内容再检验。如检验不正确,给出相应的提示信息,并中止遥控过程

19、。当预置校验完成后,系统提示操作人员进行遥控操作。将操作命令经D200/D25进行闭锁及同期检查,确认无误后下发给遥控执行机构输出执行。系统的开关控制也是通过软手操,利用输出的DO点控制出口继电器,由出口继电器的接点接通跳、合闸控制回路。系统不论是遥控方式还是就地方式都有SBO (选择、校核、执行方式的操作流程。监控系统将同期检测功能含在每个控制单元D25中,每条母线的电压以及线路电压都被固定接入到间隔单元中。在整个检测期间,当同期断路器两侧的电压、相位角与频率的差值保持在整定范围之内时,同期检测功能就处于允许合闸状态;其主站遥控命令下达时,I/O单元同时进行同期,闭锁条件、远方就地控制状态等

20、条件来判定。若条件成立,则执行相应的控制操作方式。220kV所有断路器为同期并列点,各断路器的D25I/O测控单元内均有同期检测软件,实时进行断路器同期的检定。当手动合闸时,可进行同期检测,也可以由操作人员根据不同操作任务的需要手动解除同期闭锁进行合闸。3.3微机五防系统在该系统中,防误闭锁操作可以在监控系统的间隔层D25控制单元和D200远动数据通信、控制处理机分别完成,而对于ECS系统只要经过五41防判断满足条件即将ECS相应控制回路解锁,五防系统与ECS之间不进行通信联系。工程选择了珠海优特UT-2000型微机防误操作系统。该装置将工控机板及软件均置于计算机中,通过显示器模拟预演操作,并

21、将正确的操作内容传输至电脑钥匙中。其主要功能有:通过一次设备加装锁具,对其操作实施强制闭锁,只有在本系统中模拟过后,以正确顺序进行的操作方可解锁操作,从而达到五防的目的,实现五防要求:防止误分、合断路器;防止误入带电间隔;防止带负荷拉、合隔离开关;防止带电挂地线或合接地刀闸;防止带地线(接地刀闸合断路器(隔离开关。系统可通过显示器上的模拟元件直观地反映系统的工作状态,且通过记忆对位的方式或通过与监控通讯,接收监控系统发来的实遥信号,检测显示器上各元件的状态是否与实际设备的运行状态一致,若不一致时则告警并显示设备名称,提示操作人员进行对位。模拟预演结束后,微机五防系统将正确的操作内容(一次操作票

22、自动存储并传输到电脑钥匙中,同时打印操作票,该操作票中所列内容为所涉及的一次设备及二次操作部分。运行人员依据电脑钥匙所显示的设备号,进行倒闸操作,电脑钥匙对违反五防规定或与操作票不符的操作实现强制闭锁,通过其内部固化的闭锁逻辑来判断错误操作的类型,并以语音提示及液晶显示方式警告操作人员,同时指出正确的操作项目。倒闸操作完毕,电脑钥匙插回传输口,通过电脑钥匙反馈现场信息(状态给工控机,保证显示屏上设备状态与现场一致。五防系统与监控系统接口,可实现两大功能:信息共享和五防系统对断路器的软闭锁。(1信息共享信息共享包括两个方面,其一是五防系统接受监控系统下传的一次设备(断路器等的位置状态信息量;其二

23、是监控系统接收五防系统上传的监控系统无法采集到的位置状态信息量,包括刀闸、接地刀闸、临时接地线、网/柜门等。五防系统通过接收监控系统下传的一次设备状态信息量,可实现系统与现场一次设备(断路器等状态的实时在线对位,并通过模拟屏或电脑模拟图形自动显示出来。该功能的实现,使五防系统避免了必须通过敷设电缆和配置开关闭锁控制器来实现系统与现场设备对位的方式,可节省大量投资,也使工程量大大减小。监控系统通过接收五防系统上传的设备状态信息量,可以弥补其本身不能采集手动隔离开关、接地刀闸、临时接地线、网/柜门等设备的位置状态量的不足,使监控系统可以全面的掌握变电站现场一次设备的位置状态。(2对断路器实现软闭锁

24、五防系统与监控系统接口,可实现五防系统对断路器的软闭锁,即监控系统在对开关进行某项操作时,必须先向五防系统问讯,当五防系统经逻辑判断认可该项操作可执行时,才会向监控系统下达允许操作命令,监控系统才能进行相应操作,否则操作无法进行。五防系统与监控系统接口,既可实现双方功能的互补,又不影响各自运行的独立性。即两个系统在数据交互的过程中仅作为发送或接收单元,而不作为相互制约的单元。监控系统失灵,不会影响五防系统功能的完善性,更不会影响五防系统的正常使用。五防系统出现故障也不会影响监控系统的正常运行。(下转第49页42宁夏电力 年第 期 （ ） 妙声利系列超声波液位计一般使用在测 量 深 度 为 的

25、水 池 中 ， 其 体 积 小 ， 超 紧 凑 型 设计， 将传感器和信号转换器合为一体， 耐腐蚀性 强， 仪表具有温度补偿功能， 保证仪表在工作温度 下能自动校正物位测量值。超声波物位计在实际 应用中 ， 常常由于被测介质会产生许多回波 （从水 池壁上间接反射、 多次反射、 以及声束范围内的管 道及线缆上产生的回波、马达或可控硅产生的电 气噪声 ）， 从而导致有用的回波减弱或散射。 为解决 这些问题， 妙声利超声波物位计采用了随时间变 化的增益， 自动增益控制、 自动跟踪的距离选通近 区及远区闭锁、 噪声抑制滤波器、 锁相回路等复杂 电路， 来扩大超声物位测量的应用范围， 并将回波 储存，

26、利用计算机处理分析， 更可靠地选择真实的 回波， 形成了 回波处理算法。 “声智能” （ ） 在使用过程中， 初次调试发现变送器无 机组物位测量装置的应用 的接线方式和第一种接线方式相同， 只不过在测量 回路中并联一个 欧姆的精密电阻。现场使用的 超声波液位计要求接线方式为 线制， 但实际的接线 方式为： 将变送器的 输出信号线直 接接到模块端子的正、 负极， 这种接线方式导致了变 送器无 信号输出， 更正接线方式后 显示正常。 （ ） 使用了一段时间后发现液位显示在一个 固定值， 但实际液位是变化的。我们把可能出现的 故障排除后， 此类问题还是没有解决。经分析认为 可能与测量环境有关， 因为这种超声波液位计一 般安装在密闭容器中， 长时间使用后， 传感器表面 就会粘附一些被测介质的蒸发物 （例如水珠 ）， 这样 就会影响测量的真实性。把传感器取出