分层分布式水电站综合自动化功能①电站主控层；②现地控制... .ppt

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1、分层分布式水电站综合自动化功能电站主控层；现地控制单元,操作员工作站:运行值班人员与监控系统的人机联系设备，用于监视与控制。,工程师工作站:维护工程师与监控系统的人机联系设备，用于调试、修改程序等。,培训工作站: 培训人员与监控系统的人机联系设备，用于仿真培训。,现地控制单元:对按单元划分的机电设备进行现地控制的装置。,站控:监控系统的控制权在电厂的厂站层。现地控制:监控系统控制权在现地，设备由现地控制单元唯一控制。,操作命令冲突或事故处理时，应该按现地优先于厂站，厂站优先于远方的原则进行处理。,监控系统各操作员站对同一对象进行操作时，应具备先选优先的原则，并具备互锁功能。,UPS ：为监控系

2、统提供不间断电源保障。,一 电站主控层（站控层）的主要功能1数据采集功能。周期或随机地自动采集下列数据：通过计算机网络通信自动采集各现地控制单元的电站设备运行数据；机组、主变、母线、线路、厂用电、调压井闸门及全厂公用系统电气模拟量、非电气模拟量脉冲量开关量 通过与外部系统通信接收电网调度命令、电站或枢纽其他系统送来的数据。,2数据处理功能。对采集的数据进行分析处理并生成数据库，包括下列内容：对采集的数据进行可用性识别（包括数据合理性及采集通道可用性鉴别），对不可用数据给出标志并进行系统处理；对采集的模拟量（发电机定子电流、发电机定子线圈和铁心的温度、母线电压、线路负荷电流、主变负荷电流、频率偏

3、差）进行越限检查，越限时产生报警报告并记录；（遥测越限）对报警的数字量（QF、QS、Relay ）产生报警报告并记录，包括事件顺序记录； （遥信变位）报警方式主要有自动推出画面：音响提示(语音或可变频率音响)、闪光报警、信息操作提示 根据监控或管理要求对采集的数据进行各种计算，包括累加和统计计算，趋势或梯度分析；将有关数据生成数据库，如实时数据库和历史数据库。实时数据库是将从LCU采集到并传来的各种物理量经过处理后，分为测量量、状态量、电能量等数据进行存放和管理的数据库，以供不同的画面用于实时显示、事件和操作的提示查询。历史数据库主要包括历史数据和趋势记录等，可用来实现历史数据的保存、历史数据

4、存取和检索的管理以及历史趋势的选点、显示、时间修改、变倍等功能,并且历史数据库可生成数据曲线和数据棒图。,3控制与调节功能。计算机系统自动启动的控制和调节。由运行人员通过计算机系统进行的集中控制和调节。例：机组的顺序控制。主要指机组的开/停机操作、同步并网；断路器、隔离开关和公用设备的控制；各种运行工况的转换；机组频率（转速）或有功功率调节；机组电压或无功功率调节；自动发电控制（AGC）、自动电压控制（AVC）,安全操作闭锁,所有的操作控制均能就地和远方控制、就地和远方切换相互闭锁，自动和手动相互闭锁。断路器操作时必须闭锁重合闸。 操作管理权限按分层(级)原理管理：监控系统设有专用密码的操作口

5、令，使操作人员、维护人员和系统管理 人员进行能够按权限分层(级)操作和控制。,4监测功能运行监测主要指对水电站的运行工况和设备状态进行自动监测，即对水电站各种状态量变位情况的监测和各种模拟量的数值监测。 1)运行参数监测；2)运行状态监测。状态变化分为两类，一类为自动状态变化，如由自动控制或保护装置动作而导致的状态变化；另一类为受控状态变化，如由计算机监控系统的命令引起的状态变化。发生此两种状态变化都应显示并打印。3)保护动作监测。上位机定时扫查各保护装置状态信号，一旦发生动作将随之记录保护名称及其动作时间，随之在CRT上即时显示并发出音响报警。计算机监控系统对故障状态信号的查询周期一般不超过

6、2s。 4)控制操作过程监视 监视机组开停机条件、开停机进程、状态转换过程的顺序及转换时间,5人机接口功能。向运行人员提供对全站设备及计算机系统进行监控和管理的接口，包括下列内容：1) 实时显示站内各主系统的运行状态、主要设备的动态操作过程、事故和故障报警、有关参数和运行监视图、操作接线图等画面，以及趋势曲线、各种一览表、测点索引等，定时刷新画面上的设备状况和运行数据，且对事故报警的画面具有最高优先权，可覆盖正在显示的其他画面，事故时自动推出特定画面和处理指导意见。 (1)显示采集和计算的实时运行参数。监控系统所采集和通过采集信息计算出来的U、I、P、Q、有功电能、无功电能以及发电机定子绕组温

7、度、主变压器温度T、系统频率 f 等，都可在CRT显示器的屏幕上实时显示出来。 (2)显示实时主接线图。主接线图上断路器和隔离开关的位置要与实际状态相对应。进行对断路器或隔离开关的操作时，在所显示的主接线图上，针对所需操作的对象应有明显的标记(如闪烁等)。各项操作都应有汉字提示。 (3)事件顺序记录(SOE)显示。显示所发生事件的内容的时间。 (4)越限报警显示。显示越限设备名、越限值和发生越限的时间。 (5)值班历史记录。 (6)历史趋势显示。显示主变压器负荷曲线、母线电压曲线等。 (7)保护定值和自控装置的设定值显示。 (8)故障记录显示、设备运行状况显示等。 2) 通过CRT、鼠标或键盘

8、等输入设备，向计算机系统发出电站设备的监控命令，如机组启停、断路器分合闸、有功功率增减、无功功率增减命令等；对计算机系统进行各种操作，如画面和报表的调用、系统结构操作或参数设定、监控状态设置等。3)事故、故障的音响或语音报警、电话报警或查询。4)各种记录、报表、操作票等的打印。5)提供编辑、软件开发和操作员培训的接口。,6事故追忆功能 事故跳闸前后一段时间内模拟量的有效值变化过程. 发生事故时，对一些与事故有关的参数的历史值和事故期间的采样值进行显示和打印。事故追忆值为出线有功功率、无功功率、三相电压、电流及频率；主变零序电流、温度；发电机三相电压、电流及转子电压、电流和有功功率、无功功率。

9、通过从综合自动化系统中调取事故前后的记录，了解系统或某一回路在事故前后所处的工作状态，对于分析和处理事故起辅助作用。 追忆的时间越长，需要的数据库容量越大。可根据系统的实际情况和需要来确定追忆时间的长短。事故追忆一般以召唤方式在CRT上显示或打印。,7事件记录功能上位机应具有将电站所有设备发生的事件如各种越限信号、事故信号、故障信号、控制操作等具体内容按一定事件顺序详尽记录下来，形成数据文件，便于查询和打印的功能。8统计计算功能从运行情况评价及“无人值班” (少人值守)验收的要求来看，电站各种事件的统计记录是非常重要的一个评价依据，统计主要包括：(1)电能统计。监控系统应可方便的对电站日、月、

10、年累积的电度量(按峰、平、谷时段)进行统计计算。统计计算的公式、初始值、结果等应均可由用户在上位机监控软件中定义或修改。(2)设备投运统计。主要指统计各机组运行、停机时间各断路器分、合次数(3) 其他统计母线电压每天定时记录的最高值和最低值，以及相应时间主变压器和输电线路的有功功率和无功功率每天定时记录的最大值和最小值，以及相应的时间。控制操作和修改定值记录,9打印功能上位机应能提供定时打印、召唤打印、事故打印等多种打印方式，随时打印各种所需的报表信息。定时打印即在设定的时间由上位机自动把一天24小时的所有运行数据用报表的方式从打印机中打印出来。召唤打印即通过电站工作人员干预，通过一定的操作，

11、让上位机把电站某天或某部分的报表打印出来，或把某天的事故记录、越限记录打印出来。事故打印即在电站出现事故时，上位机从打印机上打印出事故设备、事故种类、事故时间等信息。打印表格有：(1)越限报警报表；(2)事件顺序记录报表；(3)电量分时计量报表；(4)年、月、日生产报表；(5)设备运行状态统计报表。,10数据通信功能电站主控级与各现地控制单元LCU之间的通信；与调度中心或信息管理系统以及水情测报系统等外部系统进行通信。11时钟同步功能接收同步时钟的同步时钟信号使电站主控级计算机时钟与标准时钟同步。电站主控级还可以通过系统网络向各现地控制单元传送时钟同步信号，使现地控制单元时钟同步。12自诊断功

12、能、自恢复、自动切换功能和故障处理自诊断功能是指对监控系统的硬件(包括前置机、主机、各种模件、通道、网络总线、电源等)和软件故障的自动诊断，并给出自诊断信息供维护人员及时检修和更换。自恢复功能是当由于某种原因导致系统停机时，能自动产生恢复信号，进而对外围接口重新初始化，保留历史数据，实现无扰动的软、硬件自恢复，保障系统的正常可靠运行。自动切换功能是指双机系统中，当其中一台主机故障时，所有工作自动切换到另一台主机，且在切换过程中所有数据不能丢失。（热备用、冷备用）,13优化运行水电站计算机监控系统利用中长期洪水预报及实时雨量测报，可使水电站进行优化运行，合理调整水电站的运行，合理分配机组间的负荷

13、，使整个水电站运行的综合效率最高，达到消耗最少的水发出尽量多的电的目的。通过在上位机的监控软件中建立优化运行的数学模型，可实现按水位运行、按系统调度要求运行等优化功能。,14 站控层设备输入数据的功能,水电站投入运行后，随着输电量的变化，保护定值、越限值等需要修改；由于负荷的增长，需要更换原有的设备，改变数据。因此在人机联系中，必须有输人数据的功能。需要输入的数据至少有以下四种内容： (1)电流互感器(TA)和电压互感器(TV)变比。 (2)保护定值和越限报警定值。 (3)自控装置的设定值。 (4)运行人员密码。,现地控制单元层结构 机组LCU公用设备LCU升压站LCU工控机(IPC)可编程控

14、制器(PLC)自动化装置,工控机主要承担数据处理、控制操作、历史事件记录、报警、人机联系、与电站主控层计算机通信以及与自动化设备联系的功能。 PLC主要承担机组顺序操作和数据采集等功能。 自动化装置包括：微机调速器、微机同期装置、智能电参数测量仪、温度巡检装置、微机励磁调节装置与微机测速装置以及微机保护装置等。这些自动化装置可以独立运行，也可与机组现地控制单元层的工控机进行数据通信、接收指令和反馈信息。,现地控制单元层（LCU）的主要组成部分,二 现地控制单元（LCU）的主要功能,1数据采集功能 PLC 应能自动（定时和随机）采集各类实时数据，数据类型包括模拟量(如水轮发电机组和主变的电压、电

15、流、功率、水压等)、开关量(如断路器位置、事故信号等)、脉冲量(如有功和无功电能)、事件顺序量（SOE）等数据。在事故或故障情况下，应能自动采集事故、故障发生时刻的各类数据。模拟量1）电量参数的测量电量变送器 远程终端采集单元（RTU）的A/D采集板采集和预处理 计算机监控系统温漂和零漂，需要定期校验，监测精度不高 智能电参数测量仪 测量发电机组的交流电参数(输出电压、输出电流有效值、有功功率有效值、无功功率有效值、有功电度、无功电度频率以及其他交流电以外) 测量发电机励磁电压、励磁电流等直流电参数,2）非电量参数的测量非电量参数油压、油位、气压、水压、水位以及温度等。油压、油位、气压、水压、

16、水位等非电量参数一般通过传感器，经机组现地控制单元中的可编程序控制器（PLC）的A/D转换模块进行采集和预处理，而温度参数如轴瓦温度、定子铁芯温度、风冷温度等一般由温度巡检仪进行测量。温度巡检仪除了可以测量温度参数外，有些温度巡检仪还具有越限报警、重要瓦温的变化率趋势报警以及实时显示当前最高瓦温和温度的平均值，并通过RS-232C通讯接口或RS-485C通讯接口与机组现地控制单元交换信息。,现地控制单元（LCU）的主要功能,2数据处理功能数据处理应对不同设备和不同数据类型的数据处理能力和方式加以定义。 模拟量数据处理，应包括模拟数据的滤波、数据合理性检查、工程单位换算、数据改变（是否大于规定死

17、区）和越限检测、A/D变换越限检查、 趋势检查等，并根据规定产生报警和报告。状态数据处理，应包括防抖滤波、状态输入变化检测，并根据规定产生报警和报告。SOE数据处理，应记录各个重要事件的动作顺序，动作发生时间（年、月、日、时、分、秒、毫秒）、事件名称、事件性质，并根据规定产生报警和报告。数据统计，包括主/备设备动作次数累计、主/备设备运行时间累计。事故/故障记录。现地控制单元应具有一定的存储容量，用于存储相关的事故/故障信息。有了这些信息之后，即使在电站级计算机故障退出运行期间，如果本现地控制单元所辖设备出现事故或故障时，运行人员仍可根据这些信息进行相应的事故/故障分析和处理。,3 控制和调节

18、功能 水轮发电机组的控制与调节对象包括水电站各机组及其辅助设备等。如水轮机、发电机、调速器以及励磁系统等。控制与调节方式包括远程控制方式和现地控制方式两种。 开停机、 准同期并网、增减负荷、调节频率和电压、给定负荷或负荷曲线、给定发电机出口电压、给定系统频率等。,现地控制单元（LCU）的主要功能,3 控制和调节功能 现地控制单元一般应对运行设备的控制方式进行如下设置：设置现地控制单元级/电站级控制方式。现地控制单元宜装设一个现地/远方控制切换开关来进行控制方式的设置。当切换开关在现地位置时，现地控制单元仅传送数据给电站级而不接受电站级的控制和调节命令；当切换开关在远方位置时，现地人机接口中的控

19、制和调整操作功能应均被禁止。设置运行设备自动/手动控制方式。当切换开关在手动方式时，所有控制和操作只能通过手动执行，自动控制和操作则被禁止；反之，手动控制和操作被禁止，所有控制和操作只能通过计算机执行。现地控制单元对于接收的控制/调整命令，不论是来自电站级还是现地人机接口，均应进行控制允许/给定值合理性校核，只有在控制允许/给定值合理性得到确认之后，才发出执行命令（譬如，一个隔离开关的合闸控制允许，要求与其相邻的断路器和接地刀闸必须是打开的，否则，对该隔离开关发出的合闸命令将被自动禁止）。,现地控制单元（LCU）的主要功能,4保护功能水电站根据规范要求和具体情况配置所需的继电保护，在进行保护动

20、作时计算机监控系统应对机组作出相应的控制。（1）机组的保护机组的电气保护是指发电机的电气保护，主要内容有：差动保护、过电流保护、过电压保护、过负荷保护、欠电压保护、低频保护、零序保护、负序保护、转子一点接地保护等。保护对象是发电机，对于不同的机组，保护的数量和种类是有差别的。,1）纵联差动保护：动作于停机、解列；2）定子绕组过电压保护：经延时动作于停机、解列；3）复合电压闭锁过电流保护：经延时动作于停机、解列；4）发电机失磁保护：经延时动作于停机、解列；5）定子绕组一点接地保护：动作于信号；6）定子绕组过负荷保护：动作于信号；7）转子一点接地保护：动作于信号。,升压站 （2）主变压器保护主变压

21、器保护主要内容有：差动保护、过电流保护、过电压保护、过负荷保护、重瓦斯和轻瓦斯保护、温度过高保护等。对于不同的变压器，保护的数量和种类不同。（3）线路保护小水电站出线电压等级与电站装机容量和电力系统结构有关，典型的出线电压是10kV和35kV。线路保护主要内容有：电流速断保护、过电流保护、过电压保护、欠电压保护、过负荷保护、零序保护等。对于不同的线路，保护的数量和种类是不同的。装机容量较大的电站出线采用110kV电压等级，还要求增加距离保护等。,5通信功能与监控系统电站级通信，包括下列内容：随机和周期性地向电站级传送实时过程数据、有关诊断数据和事件信息。接受电站级下达的控制和调节命令。与本现地

22、控制单元相关的调速、励磁及保护系统进行通信（可选）。6时钟同步功能各现地控制单元级的时钟同电站监控系统主站级的时钟应能进行同步控制，供事件顺序记录使用的时钟同步精度应高于所要求的事件分辨率。,7自诊断及自恢复功能周期性在线诊断。对现地控制单元级处理器及接口设备进行周期性在线诊断，当诊断出现故障时，应自动记录和发出信号；对于冗余设备，应自动切换到备用设备，如冗余供电系统的电源自动切换，双网工作方式时的网间自动切换，采用冗余I/O方式时的I/O接口自动切换，双CPU工作时的主、备CPU间的自动切换。在现地控制单元在线及人机对话控制下，对系统中某一外围设备能使用请求在线诊断软件进行测试检查。离线诊断

23、。应能通过离线诊断软件或工具，对现地控制单元设备或设备组件进行查找故障的诊断。失电保护。自恢复功能。当LCU或某智能模块出现死机时，可以产生自恢复信号，使系统或模块重新工作，并保留历史数据。自恢复可以用软件、硬件实现，如监控定时器（看门狗）电路。,8人机接口功能现地控制单元应配置必要的人机接口功能，以保证调试方便，在电站级故障时，电站运行人员能通过现地控制单元人机接口完成对所属设备的控制和操作，从而达到保证电站设备的安全及生产的正常运行。必要的人机接口功能是保证现地控制单元能够独立运行的重要条件。人机接口功能的配置可根据现地控制单元硬件配置的不同而有所区别。一般来说，现地控制单元如果采用了工控机结构，则人机接口功能可考虑配置完善一些，否则，人机接口功能的配置可考虑简化一些，但必须确保现地控制单元调试方便及能够独立运行。人机接口功能除了要满足实现单项设备控制、闭环控制及顺序控制要求外，还应具有顺序控制等软件的编辑、编译、下载功能，以及现地数据库编辑、下载功能等。,