电力水利]安家咀水电站计算机监控系统技术方案

电力水利]安家咀水电站计算机监控系统技术方案内容摘要：

技术方案 杭州亚太水电设备成套技术有限公司 9 操作员工作站 配置 2 套主控机 /操作员工作站， 操作员工作站供运行值班 人员使用，具有图形显示、运行监视、发操作控制命令、设定与变更工作方式，各图表曲线的生成，事故故障信号的处理等功能。 电厂所有的操作控制和负荷调节，都可以通过鼠标器及键盘实现；通过大屏幕液晶显示器可以对电厂的生产、设备运行作实时监视，并取得所需的各种信息。 电站主控机负责全厂自动化运行及管理。 即完成全厂历史数据存档、归类、检索和管理，在线及离线计算功能，各图表、曲线的生成，事故故障信号的分析处理，运行报表生成与打印，作为运行人员与计算机监控系统的人机接口，完成实时监视、控制和报警。 完成全厂经济运行管理，自动发电 控制 (AGC)，自动电压控制 (AVC)。 主控机同时供运行值班人员使用，具有图形显示、全厂运行监视和操作功能、发操作控制命令、作定值修改、设定与变更工作方式等功能。 全厂所有的操作控制都可以通过鼠标器及键盘实现；通过 LED 显示器可以对全厂的生产、设备运行作实时监视，并取得所需的各种信息。 主控机具有与 ISA/PCI 总线兼容的扩展槽，具备 Microsoft Windows NT 开发环境，通过网络功能插件能方便地组成网络，并留有通讯口，便于建立通讯服务器，实现与其它系统的通讯。 上位机系统具有抗高温、低温、振动 、电磁干扰以及防尘功能，具有完善的自诊断功能，具有连续运行功能。 主控站工业控制机把每一台下位机看作是外部设备，通过驱动程序和这些外部设备交换数据，包括采集数据和发送数据 /指令。 每一个驱动程序都是一个 COM 对象，这种方式使通讯程序和上位机主控软件构成一个完整的系统，既保证了运行系统的高效率，也使系统能够达到很大的规模。 主控机采用 美国 DELL 计算机： 7010MT CPU G645 内存： 2GB（ DDR） 硬盘容量： 320GB DVDRAM 光盘刻录机 标准键盘、电源线等 AGP 64M 图形卡 SAMSUNG 22”彩色液晶监视器 (1680 1050) RS232 串行口，六个 USB 接口，一个并行口。 网络通讯卡等配件 声卡 安家嘴 水电站 计算机监控保护系统 技术方案 杭州亚太水电设备成套技术有限公司 10 音箱 平均无故障工作时间 (MTBF)≥ 50,000 小时； 环境相对湿度 ≤ 95%； 工作温度为 10℃ ~+50℃； 环境相对湿度 ≤ 90%； 电源电压 180VAC260VAC 50Hz； 海拔高度 ≤ 1000m； 耐振能力 水平加速度 ，垂直加速度 ，水平、垂直加速度同时作用。 现地控制单元 LCU 机组的现地控制单元 LCU，由 日本三菱 FX3U 系列 PLC、智能交流电参数测量仪、转速信号装置、自动同期装置、 交直流电源变换装置 、出口中间继电器等组成。 PLC完成机组的顺序控制、监视、调节功能，完成数据的采集及数据预处理功能。 在与主控站工控机脱离联系时，通过操作开关能独立工作。 并完成与调速器、励磁系统、发电机微机保护装置等数据通讯。 机组现地控制单元 LCU 3 套 当 PLC 与主机 /操作员工作站脱离联系时仍然能实现对机组进行必要的监视和控制功能，这些功能包括机组的开、停操作；有功、无功负荷增、减；机组运行状态及参数的监视，而当其 与主机 /操作员工作站恢复联系后又能自动地服从上位机系统的控制和管理。 （ 1）可编程序控制器 PLC 机组当地控制单元中的可编程序控制器 (PLC)为采用 日本三菱 FX 系列 ，带 “看门狗 ”。 当地单元的人机界面采用触摸屏的方式，且触摸屏与 PLC 通过通讯口连接。 I/O 输入点数 88 点； I/0 输出点数 40 点； A/D 转换为 8 路； 基本指令执行速度高达 s/步； 平均无故障工作时间 (MTBF)≥ 100,000 小时； 环境温度为 5℃ 55℃； 环境相对湿度≤ 90%； 允许停电时间为 20ms； 通讯速率最大达 ，并可通过开关选择为 RS232C 方式或 RS485 方式，与调速器、励磁系统、温度巡检仪进行通讯。 出口中间继电器采用欧姆龙进口产品，屏柜端子预留 20%。 （ 2）智能交流电参数测量仪 PM130 PM130 为 美国 SANTEC 公司的产品。 采用 16 位 CPU， 1 个 高亮度显示窗口同时安家嘴 水电站 计算机监控保护系统 技术方案 杭州亚太水电设备成套技术有限公司 11 显示 3 个交流参数，密封薄膜键进行功能设定及测量参数切换。 提供变送器交流电参数测量仪的电流、电压、有功、无功转化成 4－ 20mA 输入 PLC。 当地单元 LCU 采用的智能交流电参数测量仪带当地显示，可测量回路中 V、 A、W、 Var、 PF、 Wh、 Varh、 Hz 等所有交流量。  选择性配置 RS485 通讯方式， MODBUS RTU 协议；  测量精度：电压电流： 级；频率： ；其他 级；  最大输入电压：线电压 400Vac，适用于三相三线和三相四线配线。 （ 3）转速信号装置 每个机组 LCU 各配一套转速信号装置 ,测速装置由电子式残压测频（ HRCZ8）完成。 （ 4）防雷与抗干扰 考虑到山区雷击与电站各种干扰，在电站监控系统中所有智能设备的通信口采用自行研制的防雷与防过电压装置（ BL1）。 （ 5）微 机自动准同期装置 电站每台机组各配一个微机自动准同期装置。 型号为 HRCSyn。 微机自动准同期装置采用现代控制理论对合闸相角差进行预测控制，对被同期对象的电压、频率进行变参数调节，提高了同期精度，同时提高了并网速度。 装置的所有参数全部采用数字式整定，自动校准零点和线性，便于装置的运行和维护。  额定辅助电压 DC220V  额定交流电压 AC100V  频率范围 45Hz65Hz  环境温度 040℃  环境湿度 5%90%  大气压力 80KPa110Kpa  同时配置手动 同期装置装置一套 (包括：整步表、同期继电器、合闸把手等 )。 公用现地控制单元 LCU 1 套 （ 1）可编程序控制器 PLC 公用 当地控制单元中的可编程序控制器 (PLC)为采用 日本三菱 FX 系列 ，带 “看门狗 ”。 当地单元的人机界面采用触摸屏的方式，且触摸屏与 PLC 通过通讯口连接。 I/O 输入点数 88 点； I/0 输出点数 40 点； A/D 转换为 8 路； 基本指令执行速度高达 s/步； 平均无故障工作时间 (MTBF)≥ 100,000 小时； 安家嘴 水电站 计算机监控保护系统 技术方案 杭州亚太水电设备成套技术有限公司 12 环境温度为 5℃ 55℃； 环境相对湿度≤ 90%； 允许 停电时间为 20ms； 通讯速率最大达 ，并可通过开关选择为 RS232C 方式或 RS485 方式，与 线路保护装置、直流系统、其他仪表等进行通讯。 （ 2）防雷与抗干扰 考虑到山区雷击与电站各种干扰，在电站监控系统中所有智能设备的通信口采用自行研制的防雷与防过电压装置（ BL1）。 微机保护系统 微机保护系统的主要监控保护对象包括： 3 套水轮发电机、 2 台主变压器、 35kV线路 、 至枢纽线路、 2 台厂用变压器 保护。 保护选用 上海南自 的 SNP3000 型微机保护测控装置 ， 装 设在 2发电机 、 1主变压器保护屏，及 3发电机、 2主变压器及线路、厂变 保护屏内。 SNP3000 系列水电站微机综合自动化监控系统适应于中小型水电站的自动监测、控制和保护，采用分层分布式结构，模块化设计。 符合《水力发电厂计算机监控系统设计规定》 DL/T 5065199《水电厂计算机监控系统基本技术条件》 DL/T 57895《继电保护和安全自动装置技术规程》。 装置将采集到的各种信息通过通讯网络上送给微机监控系统、同时微机监控系统把接受到的各种信息显示在界面上或打印出来；微机监控系统把各 种命令通过通讯总线也传送到所对应的单元中。 控制设备层以站内一次设备为通讯对象，面向对象，综合分析变电站对信息的采集、处理及控制要求，分布式配置小型化、高可靠性的测控和微机保护单元。 各单元相对独立，通过以太网进行网络联络，实现变电站层设备通讯，完成变电站综合自动化。 保护装置能适应电站的工作环境，对环境温度、相对湿度、尘埃、震动、冲击、噪音和电磁干扰诸多方面满足有关国际标准和中国国家标准的要求。 机组微机保护系统 各微机保护装置直接作用于断路器跳闸，各保护状态量分别有接点信号输出给PLC；保护装置可 与微机监控系统当地控制单元通信，通信规约采用 Modbus 的 RTU 规约。 保护装置能适应电站的工作环境，对环境温度、相对湿度、尘埃、震动、冲击、噪音和电磁干扰诸多方面满足有关国际标准和中国国家标准的要求。 安家嘴 水电站 计算机监控保护系统 技术方案 杭州亚太水电设备成套技术有限公司 13 控制、保护及测量装置的可靠性采用平均无故障工作时间（ MTBF）来反映，装置的 MTBF30000 小时，设备可利用率 %。 （ 1）纵差保护 差动保护作为发电机定子绕阻的相间短路故障的主保护。 差动保护继电器采用比率制动及循环闭锁原理并采用负序电压解除循环闭锁。 为防止 TA 断线差动保护误动，差 动保护任一相电流互感器断线，均应能闭锁保护。 差动 TA 断线功能应设置开关，使其能投能退。 发变组差动瞬时动作于全停。 （ 2）复合电压起动过流保护（带记忆） 复合电压过流保护作为发电机短路时励磁变压器原方电压降低而产生故障电流的保护。 保护由机端的复合电压 (低电压或负序电压 )和中性点过电流共同构成。 采用电流记忆，设一段延时动作于停机、解列。 （ 3） 过电压保护 定子过电压保护作为发电机的异常过电压保护。 过电压保护带时限动作于解列灭磁。 （ 4） 发电机励磁回路一点接地保护 采用叠加直流原 理的转子一点接地判据构成，经延时动作于信号。 （ 5） 发电机定子接地保护 发电机定子接地保护作为发电机定子绕组单相接地故障保护。 保护由反应发电 机机端和中性点的三次谐波电压定子接地判据与反应发电机机端零序电压的定子接地同构成 100%定子接地保护。 反应三次谐波电压的定子接地动作于信号。 反应发电机机端零序电压的定子接地保护延时动作于发信号。 保护应设置 TV 短线闭锁功能。 （ 6） 发电机失磁 发电机失磁保护作为发电机励磁电流异常下降或完全消失的失磁故障保护。 发电机失磁保护由发电机定子阻抗判据系 统母线低电压判据及闭锁元件共同组成，并具备TV 断线闭锁功能， TV 断线发信号。 外部短路、系统振荡失磁保护不应误动。 具体配置如下：  满足定子阻抗静稳判据，转子电压低于允许值，母线电压不低于允许值，带时限 t1 动作于切换励磁或减出力并发信号，带时限 t2 动作于程序跳闸并发信号。  满足定子阻抗静稳判据，转子电压低于允许值，母线电压低于允许值，经延时动作于程序跳闸并发信号。 （ 7） 发电机定子绕组过负荷保护 保护延时动作于信号。 （ 8） PT、 CT 断线告警 （ 9） 保护事件报告 （ 10） 通讯功能 安家嘴 水电站 计算机监控保护系统 技术方案 杭州亚太水电设备成套技术有限公司 14 （ 11） 断路器操作箱 主变压器保护 变压器差动保护装置型号为 SNP3322，其包含如下功能：  差动速断 保护  比率差动 保护  二次谐波制动的差动 保护  CT 断线报警及闭锁差动  非电量保护  差流越限告警 变压器低后备保护装置型号为 SNP3323，其包含如下功能：  二段式复合电压闭锁过流保护  限时速断保护  过负荷告警  过负荷启动通风  PT 断线、 PT 失压告警  母线接地告警 变压器高后备保护装置型号为 SNP3324，其包含如下功能：  二段式复合电压闭锁方向过流保。