陕西桑元坝水电站综合自动化系统技术方案

1、 陕西桑元坝水电站综合自动化系统技术方案列多水电站综合自动化系统技术方案一、慨述1.1、陕西桑元坝水电站概况陕西桑元坝水电站装机： 2500KW 机组 2 台， 1250KW 发变机组 1 台，8000KVA/38.5KV 主变 1 台，1 回 38.5KV 出线。1.2、综合自动化系统结构陕西桑元坝水电站采用本公司设计生产的 WJK6000 系列计算机监控系统，该系统按“无人值班，少人值守”进行总体设计和系统配置，整个系统采用全分布开放式系统结构，由站（厂）级主控层、现地控制层（LCU）、微机保护装置组成，通信方式采用 10/100M 以太网。其综合自动化系统配置如下：² 站级计算

2、机工作站 1 套；² 机组 LCU 监控屏 3 台；² 公用 LCU 监控屏 1 台；²发电机保护屏 1 台（3 套机组保护装置）；²35KV 主变线路保护屏 1 台；²100AH/220V 微机直流电源系统 2 屏/1 套；²厂用交流电源屏 2 屏/1 套。二、设计遵循标准及原则2.1、设计遵循标准l 微机线路保护装置通用技术条件GB/T15145-94l 继电保护微机型试验装置技术条件DL/T 624-1997l 水电厂计算机监控系统基本技术条件DL/T 578-95l 水电厂计算机监控系统设计规定DL/T 5065-1996l

3、静态继电保护及安全自动装置通用技术条件DL478-92l 继电器及继电保护装置基本试验方法GB726187l 静态继电器及保护装置的电气干扰试验GB616285l 电力设备预防性试验规程DL/T1596-96l 继电保护和安全自动装置技术规程GB1428593l 电工成套装置中的指示灯和按钮颜色GB2682-81l 电力系统二次电路用控制及继电屏（柜、台）通用技术条件 JB/T5777.3-91l “电安生”（1994019 号）电力系统继电保护及安全自动装置反事故措施要点l 电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范GB50171-92 2.2、设计原则2.2.1、按照全站综合自动化

4、以计算机监控为主、常规控制为辅的指导思想进行总体设计和系统配置。计算机监控系统为容错设计，任何一台监控设备发生故障不会引起系统误操作而降低系统其它性能。LCU 也不会因主控级发生故障而影响 LCU 各自的监控功能。2.2.2、采用成熟的、可靠的、标准化的硬件、软件、网络结构和汉化系统。对水电站的各种运行参数进行实时采集、处理、监视、储存；对水电站各控制对象的控制方式灵活、安全（设有防误操作功能），即可单步操作，又可自动顺序开机至机组满负荷中的任一工况位置；人机界面友好；具有事故故障处理、报警、记录功能。2.2.3、系统应高度可靠，高度冗余，不但其本身的局部故障不会影响现场设备的正常运行，而且系

5、统的 MTBF 等各项指标均达到部颁 DL/T578-95水电站计算机监控系统基本技术条件及 DL/T5065-1996水力发电厂计算机监控系统设计技术规定的要求。2.2.4、系统配置和设备选型适应计算机发展迅速的特点，具有先进性和向上兼容性；软件采用模块化、结构化设计，保证系统的可扩性，满足功能增加及规模扩充的需要。2.2.5、全分布开放式系统，既便于功能和硬件的扩充，又能充分保护用户的投资。分布式数据库及软件模块化、结构化的设计，使系统能适应功能的增加和规模的扩充。2.2.6、实时性好，抗干扰能力强，适应现场环境。2.2.7、人机接口功能强，操作方便，适应电厂运行人员操作习惯。2.2.8、

6、电厂计算机系统和电站今后的计算机系统及上级调度之间进行通讯，实现遥信、遥测、遥调功能。2.2.9、保护事故、故障信号均应有两对信号空接点输出。2.2.10、装置软件应具有通用性和灵活性，对于不同运行场合工况可任意整定，而无需改动软件。三、站级计算机工作站3.1、站级工作站功能：²数据采集处理及打印；²运行监视及事件报警；²操作、调节等各种监控指令的下达；²监视画面显示、语音报警；²运行操作指导；²事件顺序记录（SOE）及查询；²运行参数统计记录与生产管理；²数据通信及短信发送；²系统自诊断与冗余切换、系统

7、自动重启动；²软件开发与维护。3.2、站级工作站设备设 备 名 称型 号 / 规 格单位数量备注1站级计算机内存：2G台1硬盘：500GB光驱：52XCD-ROM网卡：10/100M 自适应标准键盘、光电鼠标声卡、显卡2 串口 1 并口系统软件、电力 SCADA软件、数据库管理软件、数据采集软件、网络通信软件2DELL 液晶彩色显示器22”显示器 1680×1650台13UPS 电源美国三特 1000VA台14语音报警系统声卡音响软件套15打印机A4、 EPSON ME 30台16短信发送装置DETU-1080台17网络屏 1 台GPS2000 时钟台1南京九轩GLOCK-

8、16 口网络交换机台1MOXA485 服务器 NPORT 5230台1MOXA5 类网线米3008计算机工作台台13.3、监控系统性能指标一系统实时性指标1数据采集时间电气模拟量采集周期1s非电气模拟量采集周期2s温度量采集周期5s状态量采集周期0.5s报警量采集周期0.5s中断量响应时间2ms事件顺序记录分辨率2ms2控制响应能力控制命令响应时间1s从接受控制命令到执行该指令响应时间1s一般控制1s负荷控制1s联合控制有功功率执行周期2s3min联合控制无功功率执行周期2s3min自动经济运行功能处理周期515min自动控制指令执行响应时间2s3数据采集响应时间从任一 LCU 采集到的变化数

9、据送到实时数据库的时间2s主机数据库响应所有 LCU 变化数据的时间2s4人机接口响应时间调用画面的响应时间1s显示画面上动态数据刷新时间1s指令发出到控制单元回答显示时间2s报警产生到画面显示和发出语音的时间2s二可靠性、可维护性和可用性1平均故障间隔时间 MTBF主控级计算机30000h现地控制单元40000h2平均维修时间 MTTR0.5h3计算机监控系统可用性99.97三适应环境能力和抗干扰能力1环境温度主控制级-545温度变化率 5/h现地控制级-1055温度变化率 5/h2相对湿度主控制级3080现地控制级1095（无凝结）3防尘能力主控制级尘埃粒度0.5，个数10000 粒/升现

10、地控制级尘埃粒度0.5，个数18000 粒/升4海拔高度44600 米5振动和冲击主控制级振动频率在 5200Hz 范围内，加速度 5±0.5m/s现地控制级振动频率在10200Hz 范围内，加速度10±0.5m/s6抗干扰能力无线电干扰：30500MHz，10V/m抗静电干扰ESC 150PF-150：8KV电磁兼容性800A/m四、机组 LCU 监控屏机组 LCU 控制屏作为 WJK-6000 水电站计算机监控系统的子系统，即可接受站级计算机工作站的各种指令进行运算操作和数据传送，又可以脱离站级计算机工作站独立运行，直接面对水轮发电机组设备进行测量、保护、控制调节和供运

11、行人员进行各种操作、数据显示和参数设定。4.1、数据采集与处理对机组的运行状态，运行参数及测量值进行实时采集、工程量化，存入实时数据库，作为系统实时监视及实时监控计算和处理的依据。4.1.1、发电机电参数：三相电压、三相电流、频率、有功功率、无功功率等电气参数，并将数据传送站控计算机。4.1.2、机组非电参数：机组断路器、隔离刀闸及 PT、CT 的状态量，机组温度、机组转速、水机开度以及进水闸阀、冷却水中断、剪断销剪断状态量。4.1.3、对机组调速器、励磁系统、机组微机保护系统的运行数据采集。4.2、控制调节功能²自动顺序开机（一键开机）及同期并网至机组满负荷流程中的任一工况位置；&

12、#178;自动顺序减负荷关机（一键关机）至机组空载或停机状态；²单步或手动完成机组开机、并网、停机；²按设定值自动调节机组有功；²按设定值自动调节机组无功；²按设定功率因数值自动调节机组有功、无功；²按水位控制水轮发电机组的经济运行；²防误操作闭锁及安全运行监视；²对励磁系统的监控；²对调速器的监控；²机组其他辅助设备监视和控制。4.3、运行操作界面以站级计算机集控界面进行机组监控运行操作为主，机组 LCU 彩色触摸屏进行机组监控运行操作为辅，并在机组 LCU 监控屏上设有完备的手动常规操作及监视设备，作

13、为机组的备用运行操作界面。4、屏柜采用钢化玻璃门全封闭结构，具有防尘、抗干扰、防振动、防松动、防锈蚀能力。柜体尺寸：高 2260×宽 800×深 600（mm）。五、公用 LCU 控制屏公用 LCU 控制屏作为 WJK-6000 水电站计算机监控系统的子系统，即可接受站级计算机工作站的各种指令进行运算操作和数据传送，又可以脱离站级计算机工作站独立运行，直接面对升压站及电站公用设备进行测量、保护、控制调节和供运行人员进行各种操作、数据显示和参数设定。5.1、数据采集与处理对升压站及电站公用设备的运行状态，运行参数及测量值进行实时采集、工程量化，存入实时数据库，作为系统实时监视

14、及实时监控计算和处理的依据。 5.1.1、主变线路电参数：三相电压、三相电流、频率、有功功率、无功功率等电气参数，并将数据传送站控计算机。5.1.2、上下游水位数据采集，技术供排水和气、油压系统等公用设备数据采集。5.1.3、升压站设备非电参数：主变线路断路器、隔离刀闸、发电机母线 PT、CT、线路母线 PT、CT 的状态量及主变温度。5.1.4、主变线路保护系统、交直流电源系统的数据采集。5.2、控制操作功能²主变线路断路器的操作；²线路断路器的手/自动准同期并网及自动重合闸；²公用设备运行的手/自动投退操作；²防误操作闭锁及安全运行监视；²

15、其他辅助设备监视和控制。5.3、运行操作界面以站级计算机集控界面进行机组监控运行操作为主，公用 LCU 彩色触摸屏进行机组监控运行操作为辅，并在公用 LCU 监控屏上设有完备的手动常规操作及监视设备，作为升压站及公用设备的备用运行操作界面。5.4、屏柜采用钢化玻璃门全封闭结构，具有防尘、抗干扰、防振动、防松动、防锈蚀能力。柜体尺寸：高 2260×宽 800×深 600（mm）。六、微机保护系统6.1、技术性能特点6.1.1、微机保护装置的软、硬采用模块化设计，便于各种保护功能组合及技术性能升级6.1.2、具有完善的自检和自复位功能，因干扰而造成程序走死时能自动恢复其正常运行

16、，装置中任何一个元件故障时，保护装置不会误动及误发信号。9.1.3、采用液晶显示屏全汉化或英文界面，实时显示三相电压、电流、功率、频率和保护动作及整定参数。6.1.4、采用整体密闭式机箱及拔插组合结构，内部双层屏蔽，加强其抗干扰及抗震性能。6.1.5、高精度硬件时钟电路可与 GPS 接口连接对时，实现系统时钟同步。6.1.6、配有 CAN 及以太网 RS485 接口，与站机计算机双向通讯，接收并存取其发送的保护动作整定参数。6.1.7、微机保护装置全部通过电力工业电力系统自动化设备质量检验测试中心的检验合格试验。6.2、技术指标6.2.1、测量精度²测量误差：±1%；

17、78;温度变差：在工作环境温度范围内，<±2%；²综合误差：±3%；6.2.2、保护动作指标²电流、电压保护动作误差±2%²差动保护动作误差±3%²整定延时1S 时，误差20ms²整定延时>1S 时，误差±2%²差动保护的固有动作时间25ms²速断保护的固有动作时间25ms²返回系数±5% 6.3、机组微机保护屏 6.3.1、保护装置配置²RCX-998 发电机微机差动保护装置3 台；²RCX-988 发电机微机后备保护装置

18、3 台；²RCX-989 发电机微机接地保护装置3 台。6.3.2、微机保护功能A、RCX-998 发电机差动保护²差动速断保护；²比率差动保护；²纵向零序过压保护；²CT 断线告警及闭锁差动功能；²差电流越限告警功能。B、RCX-988 发电机后备保护²三相时限过流保护；²过负荷告警；²复合电压闭锁过流保护；²失磁保护；²过、欠电压保护；²机组高、低频保护；²逆功率保护；²CT 断线告警；²PT 断线告警；²控制回路断线报警。C、RC

19、X-989 发电机转子接地保护²发电机转子一点接地保护；²发电机转子两点接地保护。6.3.3、屏柜采用钢化玻璃门全封闭结构，具有防尘、抗干扰、防振动、防松动、防锈蚀能力。柜体尺寸：高 2260×宽 800×深 600（mm）。6.4、主变线路微机保护屏6.4.1、保护装置配置（按电站设计技术要求配置）²RCX-991 主变微机差动保护装置1 台；²RCX-982 主变微机后备保护装置1 台；²RCX-971 线路微机保护装置1 台；6.4.2、微机保护功能A、RCX-991 主变差动保护²差动速断保护；²

20、比率差动保护；²纵向零序过压保护；²CT 断线告警及闭锁差动功能；²差电流越限告警功能；²非电量保护：重瓦斯、轻瓦斯、主变油位低、主变油温高。B、RCX-982 主变后备保护²复合电压闭锁过流保护；²零序过流保护；²过负荷告警；²母线接地告警；²PT、CT 断线告警。²控制回路断线报警。C、RCX-971 线路保护²低电压闭锁方向(可分别投退)的电流速断保护；²两段式低电压闭锁方向(可分别投退)的定时限过电流保护；²零序电流保护；²母线接地保护；²

21、;过负荷告警；²CT 断线告警；²PT 断线告警；²控制回路断线告警。6.4.3、屏柜采用钢化玻璃门全封闭结构，具有防尘、抗干扰、防振动、防松动、防锈蚀能力。柜体尺寸：高 2260×宽 800×深 600（mm）。七、WZL2102 微机直流电源屏WZL2102 微机直流电源屏采用微机监控模块、电池巡检仪、绝缘选线监测模块构成直流电源监控系统，对直流电源系统进行全方位智能监控和管理，整个直流电源系统严格按照蓄电池充电曲线进行强充电、均充电、浮充电、避免过充和欠充现象，延长电池的使用寿命。以液晶显示屏作为人机对话界面，采用动画画面方式将直流电源系

22、统的充、放电工况以及母线电流电压、单体电池电压、各支路绝缘故障检测等数据自动显示出来，从而使整个系统运行状态一目了然。该产品具备“四遥”功能，并配有标准 RS-232、RS-485 接口，为实现系统综合自动化及无人值守要求的应用领域，提供了理想的直流电源产品选择。产品性能指标符合及部分优于国家及电力行业标准。7.1、系统设计遵循标准²DL/T 459-2000电力系统直流电源柜订货技术条件²DL/T724-2000电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程²DL/T 504499 火力发电厂、变电所直流系统设计技术规定²JB/T 5777.42000

23、电力系统直流电源设备通用技术条件及安全要求²GB50171-97电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范²DL/T637-2001阀控式密封铅酸蓄电池订货技术条件² ZBK45017-97 电力系统用直流控制屏通用技术条件² LSD2-JT GZD 系列电力系统用直流充电浮充电装置技术要求² GB50172-99 电气装置安装工程蓄电池施工及验收规范7.2、系统性能特点² 设有交流输入 D 级防雷装置。² 采用艾默生智能高频开关电源充电模块及其可并联的模块化设计，容量灵活配置，+冗余备份，并可带电热插拔，使其可靠性

24、、可维护性大大提高。² 充电模块采用了先进的低差自主均流技术，多个模块并机工作时，模块间输出电流差值趋于零， 均分负载不平衡度小于±3%。² 充电模块采用先进的移相谐振高频软开关电源技术，模块效率大于 94%，功率因数大于 0.92，输出纹波系数0.05%。² 充电直流输出采用无级限流方式，可根据负载电流的大小和电池容量，由系统监控模块选择限流点。稳流精度优于 0.5%，模块内设置了短路回缩特性，即使模块处于长期短路状态也不致损坏。² 对三相交流输入电源、充电模块、蓄电池组、直流母线、负载总电流及各支路对地绝缘等工况实施全方位监视、测量、控制。

25、² 自动完成电池状态检测和容量计算，根据检测结果进行均/浮充转换，充电限流以及定时均充等功能，并设有均/浮充电压温度补偿调节功能。² 以充电电流，充电时间为依据，在“手动”方式下均充时间超过其设定值时，自动转入浮充状态。² 具有交流输入过/欠压、缺相；直流输出过/欠压、过流；充电模块过热；蓄电池组过压或单个电池欠压；直流母线或直流输出支路接地等保护报警信息。² 采用液晶显示屏为人机界面，全汉化显示，操作简便，系统的运行状况、信息的显示直观、明了。² 设有标准的 RS-232、RS-485 和以太网通讯接口，具有 “遥测、遥信、遥控、遥调” 四遥

26、功能，适应“少人值守或无人值班”的系统设计。7.3、直流电源系统配置7.3.1、主要设备：²艾默生 HD22010 高频开关电源充电模块,2 台；²艾默生微机监控管理模块,1 台；²ZJJ-3S 绝缘监测装置，1 台；²KHDJ-3A 电池监测巡检装置，1 台；²30A 硅链自动/手动调压装置，1 台；²合闸电源馈电支路数（施耐德空开），6 路；²控制电源馈电支路数（施耐德空开），18 路；²上海复华阀控式密封铅酸蓄电池 100AH/12V,18 只。8.3.2、系统参数：²额定容量： 100AH；

27、78;额定电压： DC220V；²正常负荷： 15A；²事故负荷： 20A；²冲击负荷： 150A.图 2-1-1电池管理曲线图状态恒流均充恒压均充恒压均充恒压浮充时间视电池初始容量而定视电池容量3小时/电压不定，上升趋势2.35*N2.35*N2.25*N电流0.1CA不定不定/时间图 2-1-2正常充电曲线图7.4、技术性能表序号项目指标备注1充电电压范围198Vdc286Vdc2电池组浮充电压可设置（默认值 243Vdc）3转浮充触发电流可设置（默认值 0.02C10）充电电流小于该值，自动进入浮充。4电池组均充电压可设置（默认值 253Vdc）5转均充触发

28、电流可设置（默认值 0.08C10）充电电流大于该值，自动进入均充。6均充时限可设置（默认值 10 小时）电池均充时间，到了转入均充延时。7延时均充可设置（默认值 3 小时）均充延时到了，自动进入浮充。8交流过欠压保护456Vac±5Vac电压正常，模块可自恢复；9充电回路过压保护300Vdc故障自锁，须重新开机；10电池过充告警根据电池组容量设定11电池过压告警根据电池组电压设定12电池欠压告警根据电池组电压设定13充电回路短路保护持续短路，保护正常；故障消除，模块可自恢复；14充电模块过热保护85±5温度恢复正常，模块可自恢复；15合母过压告警可设置（默认值 264Vd

29、c）16合母欠压告警可设置（默认值 230Vdc）17控母过压告警可设置（默认值 242Vdc）18控母欠压告警可设置（默认值 198Vdc）19绝缘接地电阻告警可设置，范围：1 K30K7.5、技术指标表序号项目指标备注1交流输入电压380V±20%，50Hz±10%。三相四线制2直流额定电压220Vdc或 110Vdc3直流电压范围198Vdc286Vdc4稳压精度±0.2%输出电压：90%130%额定值5稳流精度±0.5%输出电压：90%130%额定值6纹波系数±0.1%输出电压：90%130%额定值7均流不平衡度±3%8效率9

30、0%（典型值）9输出限流（10%110% ）×额定值输出电压：90%130%额定值10噪音50dB自冷或风冷式整流模块11电池组温度补偿-0.1V/相对 25，每增-1，充电电压加0.1V。八、结构与工艺8.1、监控系统屏柜结构、工艺，各相互连接回路的所有低压电气设备的工频交流耐压均满足及符合国家标准的要求、规定。屏柜具有防尘、抗干扰、防振动、防松动、防锈蚀能力。8.2、所有的仪表、装置、操作开关均布置在便于监视和操作的位置，PLC 可编程控制器、测量模块、执行继电器、辅助高频开关电源等设备布置在屏柜正面内前中层的宽敞式控制箱内，系统的检测、调试即方便又舒松。8.3、屏柜内的连接线设

31、有特定的线号套管，线号套管打印，标识清晰牢固。屏柜对外接线端子排采用阻燃型端子，为外接线留有一线一端接线的充裕量，并留有 10%的备用端子。8.4、柜体采用冷轧薄板制作及钢化玻璃门的全封闭结构，尺寸为：九、监控系统试验及验收计算机监控系统按国家产品标准、规定进行产品出厂试验、现场试验和验收程序，确保计算机监控系统达到技术规范要求的性能指标。9.1、工厂试验及验收主控级设备工厂试验项目：设备的检查与启动试验；电源试验，包括电压和频率的运行范围及失电后设备自动再启动；检查执行系统和诊断程序；检查各应用程序的功能；核实 LCD 显示的画面数量与内容；检查打印机的工作情况；CPU 负载率的核实；噪声干

32、扰试验；测量下列响应时间： a） 值班操作员要求的显示； b）值班操作员要求的记录； c）报警报告； b） 控制执行。现地单元设备工厂试验项目：设备的检查和启动；输入/输出的耐压试验；电源试验，包括电压和频率的运行范围及失电后设备自动再启动试验；检查执行系统和诊断程序；检查各应用程序的功能；核实 LCD 显示的画面数量与内容；核实系统冗余设备之间的自动切换性能；CPU 负载率的核实；噪声干扰试验；在最不利的条件下，测量下列响应时间：a）值班操作员要求的显示； b）报警报告； c）控制执行。保护设备工厂试验项目：u 绝缘电阻试验；u 工频耐压试验；u 冲击耐压试验；u 电气干扰试验；u 电源试验；u 性能试验：整定值试验、动作时间试验、动作特性试验、逻辑回路联动试验及通信试验