三峡左岸电站综合自动化系统综述

中国•海南中国科协2004年学术年会电力分会场暨中国电机工程学会2004年学术年会论文集353三峡左岸电站综合自动化系统综述陈国庆（三峡水力发电厂，湖北省宜昌市，443002）THESUMMARYOFAUTOMATIONSYSTEMOFTHREEGORGESLEFTBANKPOWERSTATION(ThreeGorgesHydroelectricStation,Yichang443002,HubeiProvince,China)ABSTRACT:Theautomationsystemofthreegorgesleftbankpowerstationisacomprehensivesystemanddesignedbasedontheinternationalstandard.Alongwiththeoperationoffirstsetofgeneratingunits,thebenefitofautomationsystemhasbeenbroughtout.Thispapermakesabriefsummaryaboutthecomputercontrolsystem,governorsystem,excitationsystem,protectionsystem,thedevicesoffaultrecorder,videomonitoringsystemandsoon.KEYWORDS:ThreeGorgesLeftBankPowerstation,AutomationSystem摘要：三峡左岸电站综合自动化系统按照国际标准设计，内容完整全面。随着机组的逐渐投产，其效益已开始全面发挥。本文对三峡左岸电站的计算机监控系统、调速系统、励磁系统、继电保护、故障录波、图像监控等自动化系统和设备的配置进行了概述性总结。关键词：三峡左岸电站;综合自动化系统三峡工程是治理和开发长江的重要工程，具有防洪、发电、航运等巨大的综合效益。三峡工程于1994年12月开工建设，2009年建成完工后将成为世界上特大型的水电工程。三峡工程的发电设施包括左岸电站、右岸电站两部分，其中左岸电站装机14台（ALSTOM机组8台，VGS机组6台），右岸电站装机12台，单机容量均为700MW，总装机18200MW，全部投产后年均发电量可达847亿KWH。左岸电站发出的电能通过7回出线，分别输送到华东、华南、华中、四川等9省一市。由于该工程的地位和重要程度，左岸电站的综合自动化系统从设计开始就立足高起点。随着三峡左岸电站机组的逐渐投产，电站的综合自动化系统已经开始全面发挥其巨大的效益。本文重点介绍左岸电站综合自动化系统的基本配置情况。1计算机监控系统三峡左岸电站计算机监控系统选用了阿尔斯通（ALSTOM）瑞士公司提供的监控系统。系统整体上采用了较成熟的分层分布式结构，整个系统可以分为电站级和现地级两个主要的层面，通过这两个层面的不同的软/硬件体系结构与功能的结合，一起完成全厂众多复杂的实时监控功能。1.1电站级系统：电站级系统由三个主要部分组成1.1.1操作员工作站AdvantStation500SeriesOperatorStations这一部分包括四台AS520OS（AdvantStation520OperationStation），其硬件平台为CPU主频500MHz的64位HPUNIX工作站(hpWorkStationb2600)，配备双液晶显示器，采用HP－UX10.20操作系统以及AS500系列操作员站应用软件。主要供电厂中控室的运行值班人员进行全厂受控设备的实时监视和控制操作。1.1.2辅助工作站这一部分包括ES工程师工作站、培训工作站以及AS140工程师工作站，其中ES工程师工作站和培训工作站与操作员工作站的配置基本相同，主要供电厂维护人员和运行操作人员进行测点数据库、监控画面、控制流程等进行修改、加载之类的维护工作。AS140工程师工作站则为电厂维护人员对测点数据库、控制流程进行维护和联机调试的工具。1.1.3水电控制－信息管理系统（HPC－IMS）这是一个结构比较复杂的部分，是ALSTOM公司在ABB公司的HPC系统上的一个扩展。HPC－IMS也分成几个具有不同功能的部分。应用程序工作站――由两台DELL公司生产的PC机和两台AC450（AdvantController450）构成。两台AC450为冗余工作方式，主要功能是通过MB300网与厂内各个现地控制单元的AC450以及操作员工作站进行数据交换。两台PC机也同样为冗余工作方式，采用Windows2000操作系统,通过前面提及的AC450与厂内各个现地控制单元的AC450以及操作员工作站进行数据交换和人机交互，完成全厂AGC、AVC功能。数据库服务器――由两台DELL公司生产的PC服354中国科协2004年学术年会电力分会场暨中国电机工程学会2004年学术年会论文集中国•海南务器PowerEdge6650和冗余磁盘阵列组成，采用Windows2000Advancedserver操作系统、SQL－Server数据库和ALSTOM的应用软件。数据服务器――由两台DELL公司生产的PC服务器PowerEdge2500构成冗余结构，采用Windows2000Server操作系统。它通过冗余配置的转换节点（由AC450担任）采集现场实时数据，并为数据库服务器和信息查询服务器提供数据服务。1.2现地控制单元系统现地控制单元设备共配置１９套，包括14套机组LCU装置、1套500KV开关站LCU装置、2套厂用电LCU装置、1套全厂辅设LCU装置和1套泄水闸LCU装置。所有LCU装置均采用AC450控制器。AC450通过MB300网络与各个AS520工作站连接，而与现地I/O模件之间则采用AF100（AdvantFieldbus100）进行连接，实现对现场设备的数据（信号）采集和控制。该套监控系统的监控对象包括了三峡左岸电站中所有机电主辅设备。由于机组容量大，需要监视控制的对象多，整个计算机监控系统的输入输出信息采集点总量多达39000多个，是目前世界上最大的水电站监控系统之一。２机组调速器系统三峡左岸电站14台发电机组的调速器系统均选用法国ALSTOM公司产品，主要由电气控制部分、机械液压及其辅助部分组成。2.1调速器系统电气控制部分调速器系统电气控制部分由三套系统组成，两台冗余的NEYRPIC1500和一台电手动NEYRPIC1000.正常运行时一台NEYRPIC1500为主，另一台备用，它们操作同一个执行机构—电液转换器，每一个控制器分别有独立的一组传感器，分别采集主配压阀和主接力器的位移量。电手动装置NEYRPIC1000有自动和手动两种模式，它配有自己单独的电液转换器和一组位移传感器。当两台NEYRPIC1500控制器都出现故障时，调速系统会无扰动地自动切换到NEYRPIC1000运行，通过NEYRPIC1000的PID运算保证机组的安全。调速器的转速测量采取双重测速，即大轴齿盘测速和机端PT测速，在机组正常运行时，调速器测速以PT测速为主，齿盘测速作为PT测速的后备。2.2调速器系统机械液压部分调速系统的电液转换器（伺服阀）采用环喷式电液转换器(TR10)和不带环喷的电液转换器（DE12）两种。压油装置ALSTOM机组设计有4台油泵，VGS机组设计为3台油泵，压油装置的控制采用PLC控制，PLC实现了与机组LCU的数据通信。该PLC可根据输入泵的信息以及工作周来设定工作泵，也可人为设定1台泵为工作泵。工作泵是不间断运行泵，在机组开机前先启动，停机后停止运行。调速系统的主接力器尺寸设计按机组型式的不同而有所区别，ALSTOM机组接力器行程为1050mm，VGS机组接力器行程为960mm，因此在调速器设计时，压力油罐的体积、集油槽的体积、油泵的数量也就有所不同。3发电机励磁系统三峡左岸电站14台发电机组的励磁系统均选用德国VOITH-SIEMENS公司的产品。机组采用自并激励磁方式，励磁电源取自机端并联的励磁变压器。整个励磁系统由励磁变压器（顺德变压器厂产品）、励磁调节器、励磁功率整流柜、制动功率整流柜、灭磁及过电压保护等装置组成。励磁变压器采用三个单相环氧树脂浇注干式变压器，额定容量分别为：VGS机组3X2200KVA；ALSTOM机组3X2925KVA。励磁调节控制器由两套完全独立的数字式励磁调节器组成（微机双通道,主频为32MHz的PLC控制器），两套调节器采用热备用运行方式，一旦工作调节器故障则备用调节器自动投入调节，实现无扰动切换。当两台励磁调节器的电压调节（AVR）同时故障时，自动切换至励磁电流调节（ECR）方式运行。励磁调节器的调节功能有：自动电压调节（AVR），励磁电流调节（FCR），恒无功功率运行，恒功率因数运行。励磁调节器的控制功能有：机组开停机时励磁系统的顺序控制，机组的起励控制，灭磁开关的合、分闸控制，输出模拟量、状态量及报警信号。励磁调节器的辅助功能有：过励及最大励磁电流限制，低励及最小励磁电流限制，V/HZ限制，定子电流限制，PSS功能，励磁绕组温度计算，线路电压补偿器、AVR/FCR跟踪、自动电压跟踪功能等。励磁功率整流器采用晶闸管整流装置，三相全控桥，5分支并联结构。灭磁装置及转子过电压保护：左岸机组采用的是一个冗余的灭磁方案，灭磁开关包括直流灭磁开关和交流灭磁开关。交直流灭磁开关中的任何一个开关拒动，另外一个开关可配合非线性电阻单独灭磁。灭磁电阻采用碳化硅电阻。中国•海南中国科协2004年学术年会电力分会场暨中国电机工程学会2004年学术年会论文集355转子过电压保护用以保护设备免于遭受励磁回路中出现的瞬态过电压，发电机非全相和异步运行产生的过电压。过电压保护装置能自动恢复且允许连续动作。起励电源由机组自用电经起励变压器降压整流后供给；起励的控制、报警由励磁调节器中的逻辑控制器完成。4发变组、GIS和线路保护装置4.1发变组保护三峡左岸电站的发变组保护共14套，其中6台VGS机组采用SIEMENS产品，8台ALSTOM机组则采用ABB产品。所有发变组保护均为微机数字保护（A、B套配置），自带故障录波功能，通过profibus规约与机组LCU通信。SIEMENS发变组保护由7UM622、7UT612、7SJ611、7RE28等模块组成；ABB发变组保护的型号为REG216，A、B盘各1套。两种类型的发变组保护的配置如表1。4.2GIS继电保护三峡左岸电站500kVGIS设备采用了ABB公司的成套继电保护及控制设备。各套保护装置通过LONBUS接入变电站监控系统SMS530，再由SMS530上的两个冗余的通讯接口连接至电站计算机监控系统。4.2.1500kV短引线保护三峡左岸电站共7回短引线，由联合进线单元接入一倍半接线。每回短引线配置两套RET316*4型数字式短线差动保护，它能快速切除短引线上的各类故障，保护动作后跳开短引线两端的4台断路器，保护动作时间25ms。4.2.2500kV母线保护三峡左岸电站共4组母线，每组母线配置两套不同原理的母线差动保护，一套为数字式低阻抗差动保护REB500，另一套为中阻抗差动保护REB103。4.2.3T区保护三峡左岸电站有三8回出线（１回预留），7回进线，一共构成15个T型接线区域，每个T区配置两套REL316*4数字式电流保护，线路侧T区保护仅当线路检修且线路保护退出运行时投入使用，线路正常运行时该保护可靠闭锁；进线侧T区保护仅当联合单元检修且短引线保护退出运行时投入使用，发变组正常运行时该保护可靠闭锁。4.2.4断路器保护三峡左岸电站共39台500kV断路器，其中14台装于发变组高压侧，它们的断路器保护包括在发变组保护系统内。另外25台断路器保护由两部分组成，表1发变组保护配置功能SIEMENSＡ系统SIEMENSＢ系统ABBＡ系统ABBＢ系统发电机差动√√√发电机阻抗保护√主变差动√√√√不平衡差动保护√√中性点不平衡保护√√失磁保护√√√√失步√√断路器失灵√√√过电压√√√过激磁√√过频率√低压过流√