微機(jī)自動(dòng)化在虎跳水電站的應(yīng)用

　　小水電站微機(jī)自動(dòng)化，是改善和提高電站運(yùn)行條件，保證電站安全可靠運(yùn)行，提高水電站綜合經(jīng)濟(jì)效益的重要措施，也是技術(shù)進(jìn)步的標(biāo)志。

       1、虎跳水電站的微機(jī)自動(dòng)化裝置

       (1)水電站基本情況： 虎跳水電站位于珠江水系的黃華江二級(jí)支流上，電站裝機(jī)2×2500kw，年發(fā)電量1981萬kwh。電氣接線采用兩機(jī)一變擴(kuò)大單元接線，從發(fā)電機(jī)出口電壓6.3kv升至110kv并網(wǎng)運(yùn)行。電站實(shí)現(xiàn)了全微機(jī)自動(dòng)監(jiān)控，為流域梯級(jí)電站優(yōu)化調(diào)度，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程中心控制打下良好基礎(chǔ)。為當(dāng)?shù)匦∷娬窘ㄔO(shè)起到帶頭和示范作用。自2002年9月投入運(yùn)行以來，效果良好。

       (2)水電站微機(jī)系統(tǒng)配置： 電站的監(jiān)控部分采用sjk-3000微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，保護(hù)部分采用微機(jī)系列保護(hù)裝置，勵(lì)磁部分采用gec2-a1型的plc微機(jī)勵(lì)磁裝置，調(diào)速器采用tdbywt型步進(jìn)電機(jī)plc微機(jī)調(diào)速器。 微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用分層分布式結(jié)構(gòu)，由主控層和現(xiàn)地層組成，兩層設(shè)備功能各自獨(dú)立，互不影響，在主控層設(shè)備退出運(yùn)行時(shí)，現(xiàn)地層能獨(dú)立完成全站運(yùn)行。分布結(jié)構(gòu)使現(xiàn)地設(shè)備的控制彼此獨(dú)立運(yùn)行，模塊化的軟件結(jié)構(gòu)，檢修維護(hù)方便。主控層與現(xiàn)地層之間采用100m星型拓樸單以太網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)傳輸速率高，實(shí)現(xiàn)主控層實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)地層的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫實(shí)時(shí)自動(dòng)更新，歷史數(shù)據(jù)庫完整保存。主控層硬件由兩臺(tái)nuprorack615的工控機(jī)組成：一臺(tái)為主機(jī)，另一臺(tái)為備機(jī)的冗余配置，當(dāng)主機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)能自動(dòng)切換到備機(jī)工作，當(dāng)主機(jī)恢復(fù)正常時(shí)能自動(dòng)切回到主機(jī)工作。兩臺(tái)微機(jī)均采用windows2000操作系統(tǒng)為平臺(tái)，載以南思監(jiān)控軟件nspro2.0組成監(jiān)控系統(tǒng)的主控層。nspro2.0監(jiān)控系統(tǒng)在虎跳水電站的應(yīng)用中，制作了運(yùn)行監(jiān)視、主接線圖、開停機(jī)流程、保護(hù)定值、實(shí)時(shí)和歷史報(bào)表、實(shí)時(shí)和歷史曲線，歷史事件、輔機(jī)狀態(tài)等11個(gè)項(xiàng)目。 主控層系統(tǒng)具備：①電站運(yùn)行安全監(jiān)視功能，包括機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)各電量、輔機(jī)狀態(tài)、越限報(bào)警記錄、事故記錄、故障狀態(tài)、溫度趨勢的監(jiān)視；②數(shù)據(jù)的采集及處理功能，實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場各種監(jiān)測量，包括開關(guān)量、模擬量、測試量，并進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算、越限報(bào)警、變位報(bào)警、電量累計(jì)、功率總計(jì)；③機(jī)組順序控制功能，系統(tǒng)接收運(yùn)行人員開停機(jī)指令實(shí)現(xiàn)機(jī)組按順序自動(dòng)啟、停機(jī)；④機(jī)組調(diào)節(jié)功能，實(shí)現(xiàn)發(fā)電控制及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行(agc)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)電壓控制或機(jī)組無功功率聯(lián)合控制(avc)，以及人工指令控制；⑤定值設(shè)定，報(bào)表的生成與打印功能，包括事件列表、歷史報(bào)表等打印功能；⑥語音報(bào)警功能，當(dāng)出現(xiàn)設(shè)備變位、狀態(tài)異常、保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)，通過多媒體系統(tǒng)進(jìn)行語音報(bào)警；⑦人機(jī)交互界面友好，全中文顯示，簡捷、直觀、操作方便，即使不太熟悉計(jì)算機(jī)的運(yùn)行人員也能在短時(shí)間內(nèi)掌握操作方法。 現(xiàn)地層由微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的公用屏、機(jī)組自動(dòng)屏、測溫制動(dòng)屏、同期屏、電表屏構(gòu)成。公用屏內(nèi)硬件主要由美國satecpm130p電量采集裝置，西門了s7-300可編程控制器(plc)，康泰克contecipc-m40一體化工控機(jī)組成。pm130p負(fù)責(zé)采集110kv(35kv)線路有功、無功、電壓、電流、功率因數(shù)、頻率等量，實(shí)時(shí)顯示和上傳給一體工控機(jī)；s7-300plc負(fù)責(zé)采集開關(guān)站，油、氣、水，保護(hù)裝置等設(shè)備開關(guān)量，執(zhí)行plc程序?qū)Ω鬏o機(jī)設(shè)備實(shí)施自動(dòng)化控制，一體化工控機(jī)接收plc、pm130p、電表和保護(hù)設(shè)備上傳的信息，顯示運(yùn)行數(shù)據(jù)并上傳至主控層計(jì)算機(jī)。機(jī)組自動(dòng)屏內(nèi)硬件主要由美國satecpm130p電量采集裝置，西門子s7-300可編程控制器(plc)，康泰克contecipc-m40一體化工控機(jī)組成。pm130p負(fù)責(zé)采集機(jī)組有功、無功、電壓、電流、功率因數(shù)、頻率等發(fā)電機(jī)參數(shù)，實(shí)時(shí)顯示和上傳給一體工控機(jī)，并上傳機(jī)組出力狀態(tài)至plc。plc機(jī)組自動(dòng)屏中主要功能是：①實(shí)現(xiàn)機(jī)組開停機(jī)的自動(dòng)控制，控制指令既可在屏上按鈕發(fā)出，也可由屏上工控機(jī)遙控，或由主控層工控機(jī)遙控發(fā)出；②實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)有功功率，準(zhǔn)確迅速執(zhí)行調(diào)節(jié)命令；③實(shí)現(xiàn)調(diào)速器油泵自動(dòng)控制。一體化工控機(jī)負(fù)責(zé)收集plc、pm130p、溫度巡檢儀的上傳信息，實(shí)時(shí)顯示和上傳給主控層計(jì)算機(jī)，并下傳控制命令(遙控或遙調(diào))給plc。

        (3)電站微機(jī)系列保護(hù)裝置： 微機(jī)系列保護(hù)裝置包括線路保護(hù)屏、變壓器保護(hù)屏、發(fā)電機(jī)保護(hù)屏。微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)采用分層多cpu并列運(yùn)行的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，每個(gè)cpu由單獨(dú)的開關(guān)電源供電，可靠性高，檢修維護(hù)方便。各模塊系統(tǒng)相關(guān)性少，工作運(yùn)行獨(dú)立，單元管理機(jī)采用一體化工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，集中人機(jī)接口和信息處理人機(jī)接口界面，可在線進(jìn)行10進(jìn)制方式的定值修改。故障報(bào)告及調(diào)試信息自動(dòng)存入工控機(jī)硬盤，可隨時(shí)查閱和打印輸出，并具備軟硬件自檢功能，有更高可靠性。

       (4)電站微機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)： 電站采用gec2-a1型微機(jī)勵(lì)磁裝置，采用西門子全數(shù)字6ra70調(diào)節(jié)器，s7-200可編程控制器plc，操作單元采用西門子6英寸觸摸屏，簡體中文顯示各種運(yùn)行狀態(tài)、參數(shù)設(shè)置、報(bào)警信息、在線幫助等畫面，操作直觀、簡便，準(zhǔn)確地了解勵(lì)磁系統(tǒng)現(xiàn)場運(yùn)行情況。通過勵(lì)磁調(diào)節(jié)器上的rs-485接口，或可編程控制器上加以擴(kuò)展，既可連接plc，也可直接連接上位機(jī)，與電站整體計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)緊密連為一體。具有恒流、恒壓、恒功率因數(shù)等多種勵(lì)磁方式，在恒發(fā)電機(jī)電壓的運(yùn)行方式中，可跟蹤電網(wǎng)電壓自動(dòng)起勵(lì)。

        (5)電站微機(jī)調(diào)速器系統(tǒng)： 電站采用tdbywt型步進(jìn)電機(jī)plc微機(jī)調(diào)速器，利用美國進(jìn)口步進(jìn)電機(jī)，配合三菱公司的plc進(jìn)行控制工作，操作界面采用觸摸屏，簡體中文顯示各種運(yùn)行狀態(tài)、參數(shù)設(shè)置、報(bào)警信息、在線幫助等畫面，操作方便直觀。該調(diào)速器采用交、直流兩用工作電源，電網(wǎng)失壓時(shí)工作有保證；運(yùn)行調(diào)節(jié)準(zhǔn)確，響應(yīng)迅速，具有機(jī)頻自動(dòng)跟蹤電網(wǎng)頻率，機(jī)組起動(dòng)并網(wǎng)迅速準(zhǔn)確。設(shè)有rs-485接口，與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，與電站整體計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)緊密連為一體。

        2、微機(jī)自動(dòng)化運(yùn)行的特點(diǎn)

        電站在2002年9月26日投入運(yùn)行以來，經(jīng)過一年的運(yùn)行實(shí)踐，微機(jī)自動(dòng)化系統(tǒng)裝置具有以下特點(diǎn)：

       (1)微機(jī)自動(dòng)化程度高，運(yùn)行人員每班可以減少到2人，還可以實(shí)現(xiàn)無人值班，大大地降低勞動(dòng)強(qiáng)度，使電站發(fā)電成本降低，效益顯著提高。

       (2)開機(jī)令條件滿足后，主控機(jī)的鼠標(biāo)(或現(xiàn)地層工控機(jī))發(fā)出開機(jī)令到成功并網(wǎng)不足2min，比常規(guī)的同期裝置要縮短8～10min，提高了水能利用效率。

       (3)由于采用分層式結(jié)構(gòu)，主控層和現(xiàn)地層設(shè)備各自獨(dú)立，互不影響；主控層(上位機(jī))設(shè)備退出運(yùn)行時(shí)，現(xiàn)地層(下位機(jī))能獨(dú)立而完全滿足運(yùn)行要求，并采用了避錯(cuò)、容錯(cuò)、糾錯(cuò)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了較高的可靠性。

       (4)由于采用分布式結(jié)構(gòu)，模塊化系統(tǒng)硬件及功能分布，現(xiàn)地設(shè)備的控制獨(dú)立，各設(shè)備獨(dú)立運(yùn)行，若某一裝置故障不影響其它裝置運(yùn)行，檢修維護(hù)方便。

       (5)微機(jī)系統(tǒng)安裝了南思監(jiān)控軟件，具有友好的人機(jī)界面，界面可根據(jù)文字提示隨意切換；全中文顯示，簡捷、直觀、操作方便，即使不熟悉計(jì)算機(jī)的運(yùn)行人員也容易掌握操作方法。

        (6)微機(jī)保護(hù)裝置，與常規(guī)繼電保護(hù)相比，具有更高的精準(zhǔn)度和靈敏度，自動(dòng)化程度高，故障報(bào)告記錄準(zhǔn)確。硬件模塊化設(shè)計(jì)，每個(gè)cpu由單獨(dú)開關(guān)電源供電，故障報(bào)告記錄準(zhǔn)確，可靠性更高，檢修維護(hù)簡便。

        (7)電站的電氣二次線設(shè)計(jì)工作量小，控制連接電纜少，微機(jī)設(shè)備裝置占用空間小；施工安裝工作量較少，現(xiàn)場調(diào)試也非常簡單，但微機(jī)監(jiān)控保護(hù)裝置要比常規(guī)保護(hù)裝置價(jià)格偏高些，有待進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，以適應(yīng)大眾化需求。

        (8)微機(jī)自動(dòng)化(包括微機(jī)勵(lì)磁裝置、微機(jī)調(diào)速器在內(nèi))系統(tǒng)裝置的電源，必須具備兩套工作電源，由交流220v主供，直流220v備用，另配置一套u(yù)ps電源。裝置本身具有交、直流電源自動(dòng)切換功能。直流電源逆變功能。當(dāng)電網(wǎng)失電時(shí)，確保微機(jī)系統(tǒng)仍能可靠工作。

        (9)微機(jī)系統(tǒng)裝置投運(yùn)至今，運(yùn)行狀態(tài)良好；數(shù)據(jù)采集及時(shí)、準(zhǔn)確；操作保護(hù)裝置安全可靠，是現(xiàn)代技術(shù)應(yīng)用的成功之例。 3結(jié)束語 水電站實(shí)施微機(jī)綜合自動(dòng)化，通過近幾年的實(shí)踐，是十分成功的，人們切身體會(huì)到微機(jī)自動(dòng)化的許多好處。它可提高設(shè)備安全運(yùn)行的可靠性，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)少人值班或無人值班，達(dá)到減人增效的直接效益。隨著我們?nèi)娼ㄔO(shè)小康社會(huì)，人們生活水平不斷提高，人們不愿長期生活在深山老林的水電站中，可把電站的生活基地建設(shè)在城鎮(zhèn)，以解決生活方面的問題，提高人們的生活質(zhì)量。因此，電站采用微機(jī)自動(dòng)化是必然之路，蘊(yùn)藏著無限商機(jī)，發(fā)展前景是廣闊的。