水电站计算机监控系统工程实例

1第10章水电站计算机监控系统工程实例10.1老石坎水电站计算机监控系统概述老石坎水电站位于浙江省安吉县境内，属于小型水电站，它有两台水轮发电机组，1#水轮发电机功率为2500kW，2#水轮发电机组功率为1000kW，全厂采用NJK-2001型水电站计算机监控系统，该系统由杭州南望自动化技术有限公司研制和开发。老石坎水电站实现计算机监控后，实现了少人值班（无人值守）的目标，提高了水电站运行的经济性、可靠性和安全性，减轻了运行人员的劳动强度，减少了水电站自动控制设备的安装调试时间，减少了设备占地面积，提高了水电站的自动化水平和运行管理水平，同时使水电站的技术水平上升到一个较高的层次。老石坎水电站计算机监控系统集水电站的监测、控制、保护、电度量电费统计和管理于一体，采用分层分布式结构，模块化设计，以工业级计算机IPC为上位机，以可编程序控制器PLC、微机保护装置、智能交流电参数采集装置等构成现地控制单元（LCU），再加上各种变送器如水位变送器、压力变送器等，从而构成完整的水电站计算机监控系统。老石坎水电站计算机监控系统的分层分布式结构图如图10-1所示，该系统结构分三个层次：电站主控层、现地控制单元层（LCU）和通信网络层。电站主控层由操作员工作站（1个）、操作台以及其他办公设备组成，操作员工作站主要设备是上位机，上位机采用工控机；现地控制单元层（LCU）由PLC(GE90-30)、智能仪表、微机同期装置等构成。通信网络层由工业以太网、MOXA通信服务器、RS485总线以及交换机等组成。10.2老石坎水电站计算机监控系统的功能老石坎水电站计算机监控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；对水电站各种控制对象进行控制；具有事故、故障处理、报警、记录功能；具备水电站多种经济运行模式；此外，所有的输入、输出均带有隔离，软硬件滤波，防触点抖动等措施；上位机与现地控制单元LCU的软件有完备的防误操作、自诊断、自恢复功能；某一设备故障不影响系统性能；重要部位采用冗余技术；具有完备的抗干扰和防雷击技术措施。这些技术措施的使用，提高了系统的可靠性、安全性及稳定性。10.2.1上位机层功能（1）完成对水电站实时状态的采集与处理；（2）对实时运行参数的采集、处理及监控；（3）远方控制；（4）对被控对象运行参数进行调节，完成优化运行；（5）报警及事故记录、顺序事件记录和控制记录；（6）电站历史数据和状态的查询；（7）报表处理与打印；（8）事故追忆；（9）计算统计；（10）实时显示电站设备运行状态和参数等功能；（11）接受现地控制单元传来的数据；（12）向现地控制单元发出控制调节指令。10.2.2现地控制单元层功能（1）完成对机组的自动开、停机操作；2（2）完成对机组的有功、无功调节；（3）机组故障及事故报警；（4）实时显示机组温度及运行参数；（5）接收上位机的开、停机命令及有功、无功自动调节控制命令；（6）将采集的开关量和模拟量信息送至上位机等。PLC温度巡检仪微机同期微机保护电参数测量仪操作员工作站1主机/操作员工作站计算机软、硬件平台ICS-4004M工控机CPU：PIV2.4G内存：256MB硬盘：60G软驱：1.44M光驱：CD-RW刻录机显示器：PHILIPS22纯屏网卡：10/100M自适应Windows2000操作系统中文水电站计算机监控软件硬件软件UPS电源电站主控层现地控制单元层LCURS485以太网操作员工作站2厂长终端MOXA服务器以太网PLC温度巡检仪微机同期微机保护电参数测量仪#1机组LCU屏调速器励磁系统调速器励磁系统PLC电参数测量仪电参数测量仪1＃电度表2＃电度表10KV线路保护35KV线路保护近区线路保护备用公用及开关站LCU线路保护测量屏#2机组LCU屏图10-1系统结构图10.2.3通信网络层功能操作员工作站的上位机通过工业以太网与MOXA通信服务器相连，MOXA通信服务器采用RS485总线与现地控制单元进行通讯，网络结构参见图10-1。①上位机与南瑞的保护装置进行通信，通信规约为部颁103规约，波特率为9600bps，校验采用和校验方式。②上位机与PM140E电参数测量仪进行通信，通信规约为ModBus规约，波特率为9600bps。③上位机与GE公司的PLC进行通信，通信规约采用GE公司的SNP专用通信规约。上位机3通过总线网络发送停机、空转、空载、发电等控制操作命令到PLC。④上位机与福建三明的TDS1600温度巡检仪进行通信，通信规约为ModBus通讯规约，波特率为9600bps。⑤上位机与湖南威胜的电度表进行通信，通信规约为浙江协议，波特率为9600bps。⑥上述通信都在上位机后台通信程序（DcommServ.exe）中解析并返回数据包。10.3老石坎水电站计算机监控系统的操作10.3.1上位机的操作维护1.上位机软件的构成上位机软件由MicrosoftWindows2000和NJK-2001监控系统软件构成。NJK-2001监控系统软件运行于MicrosoftWindows2000平台上。NJK-2001上位机软件由下列模块构成：（1）简报信息程序（Alarm）；（2）老石坎水电站后台通信程序（DcommServ）；（3）日、月、年报表查询程序；（4）简报信息查询程序；（5）峰平谷设置程序；（6）操作员设置程序；（7）密码设置修改程序；（8）系统日志查询程序；（9）遥测遥信查询程序；（10）值班记录查询程序；（11）值班人员设置程序；（12）功率给定程序；（13）操作命令程序；2．软件界面启动和退出操作在Windows2000桌面上，鼠标双击图标老石坎水电站计算机监控系统，运行老石坎水电站计算机监控系统软件，进入画面索引窗口（如图10-2）；通过索引窗口，可以进入到其他操作窗口，画面索引窗口是上位机软件的导航界面。退出老石坎监控系统的操作过程如下：1）退出老石坎监控系统之前，把当前窗口切换到画面索引窗口。2）在该窗口右下脚，鼠标单击退出按钮，系统弹出一个退出系统确认画面，点击退出后即退出监控画面；3）也可以在画面索引任务栏中，鼠标右击单击老石坎水电站计算机监控系统后台通信程序，弹出退出按钮并鼠标单击，退出DcommServ.exe（老石坎水电站后台通信程序）。3．软件界面主操作1）、画面索引运行老石坎计算机监控系统进入画面索引窗口，该窗口集成了进入其它所有监控画面的按钮。在切换到其它监控画面的同时，系统自动关闭当前显示的画面。按钮上标有各监控画面名4称。鼠标单击该按钮，即进入相应的监控画面。图10-2画面索引窗口2）、主接线图10-3主接线在画面索引中鼠标单击主接线按钮，进入主接线窗口，如图10-3所示。该窗口显示的实时参数包括所有与主接线相关的运行参数：①机组参数；②主变参数；③线路参数（包括励磁电压、励磁电流、机组三相电压、机组三相电流、机组有功功率、机组无功功率、机组功率因5数、机组频率、机组功率因数、主变三相电压、主变三相电流、主变无功功率、主变有功功率、线路三相电压、线路三相电流、线路有功功率、线路无功功率、线路功率因数、线路频率等）。其中部分颜色含义表示如下：①断路器颜色显示绿色：表示断路器分闸②断路器颜色显示红色：表示断路器合闸③隔离开关颜色显示绿色：表示隔离开关分闸④隔离开关颜色显示红色：表示隔离开关合闸⑤手车颜色显示红色：表示手车处于工作位⑥手车颜色显示绿色：表示手车处于非工作位⑦AGC显示投入，表示机组处于按有功无功按设定值进行自动调节状态⑧AGC显示退出，表示机组当前已退出按设定的有功无功进行自动调节状态部分符号说明：符号显示为红色，表示设备处于动态，即表示机组空转、空载或发电。符号显示为绿色，表示设备处于静态，即表示机组停机。窗口底端为功率给定按钮，单击该按钮将进行功率给定或功率调节。3）机组主操作画面图10-4机组主操作画面以#1机组为例，在画面索引窗口，鼠标单击#1机组主操作画面，弹出如图10-4窗口。该窗口状态显示栏主要显示了一些在开停机流程中机组当前的一些比较重要的状态量的实时信息。画面下方显示了机组电流电压及有功无功等一些比较重要的模拟量、当前的有功无功设定值以及当前自动调节AGC是投入或退出等数据和状态信息。左边棒图表示有功或无功设定值，6右边棒图表示有功或无功实际值。该窗口右下方四个按钮分别为前幅按钮、画面索引按钮、工况转换流程按钮、2#主操作按钮，鼠标单击任一按钮，进入相应窗口。开机准备灯为绿色表示机组开机条件未满足。开机准备灯为红色闪烁表示机组开机条件满足。a、空转操作：步骤：·在机组操作栏中，鼠标单击空转按钮，发送机组空转命令。·进入操作员、密码确认窗口。·在指定编辑框中输入操作员代号，姓名，密码。确认无误后鼠标单击确定按钮，完成机组（发电机组）空转操作。其它空转、发电、停机等操作步骤同空转操作。b、功率给定步骤：·在机组操作栏中，鼠标单击功率给定按钮，发送机组功率给定命令。·进入发电机有功无功设定窗口。·在指定编辑框中输入有功功率、无功功率设定值。鼠标单击确定，完成机组（发电机组）功率给定操作。#1机组有功设定范围：100～3000kV，#1机组无功设定范围：100～3000kVar；#2机组有功设定范围：100～1200kV，#2机组无功设定范围：100～1200kVar。对于无效的有功及无功设定(超出有功无功设定范围)，系统将弹出提示对话框：“设定值无效，请重新输入！”。c、紧停、紧停复归及保护复归紧停：单击紧停按扭，系统弹出紧停画面，单击确定按扭，则进行机组紧停操作，单击取消按扭，则取消紧停操作。紧停复归：机组出现紧停时，查明原因后须进行紧停复归操作后方可进行开停机等操作。单击紧停按扭可以进行紧停复归操作。保护复归：进行机组的差动保护及后备保护的报警复归操作。d、状态解释工况转换条件：当该状态框变红时，则表示此时可以进行机组的状态转换操作，如当前机组处于空转态时，可以进行空载、发电或停机等操作。反之则表示工况转换条件不满足，此时不能进行状态转换操作，否则，系统会由于条件不满足而不予执行。空转令复归：当该状态框变绿时，则表示当前系统正在执行空转令，空转令执行完成后，则变回红色。空载令复归、发电令复归及停机令复归状态显示与空转令复归类似。4）机组工况转换流程7图10-5机组工况转换操作流程界面图10-6报警光字牌窗口在画面索引或主操作画面窗口中，鼠标单击机组工况转换流程按钮，显示图10-5所示的窗口。机组工况转换操作流程显示机组运行状态，以及部分实时电参量包括励磁电压、励磁电流、机组三相电压、机组三相电流、机组有功功率、机组无功功率和机组功率因数。画面中文字背景颜色显示红色，表示工况流程运行到这一步；文字背景颜色显示绿色，表示工况流程未8运行到这一步；若鼠标单击前幅按钮，将切换到之前显示的窗口。5）发电机有功无功设定在画面索引或主接线中，鼠标单击功率给定按钮，显示功率给定窗口。功率给定步骤与3）中的b点相同。6）报警光字牌以#1机组为例，在画面索引窗口中，鼠标单击#1机组光字牌，显示如图10-6的窗口。窗口中文字背景显示绿色，表示该状态为正常；文字背景显示黄色，表示该状态为故障；文字背景显示红色，表示该状态为事故。运行中，单击光字牌确认按扭，则系统进行光字牌报警确认操作，操作完成后，现地控制单元上的触摸屏上的处于报警状态的光字牌会停止闪烁，但其底色则还是黄色或红色。运行中，单击光字牌复归按扭，则系统进行光字牌复归操作，此过程大概需要几秒钟时间。操作完成后，对于当前已不存在的故障或事故报警，相应的光字牌底色会变为绿色，对于系统当前还存在的报警，其底色保持为黄色或红色。7）发电机单元结线图以#1机组为例，在画面索引窗口中，鼠标单击#1机单元结线图，显示如图10-7所示的窗口。该窗口显示了相应发电机的全部电量及非电量（累积电度量，机组三相电压、机组三相电流、机组有功功率、机组无功功率、机组功率因数、机组频率）。单元结线窗口集合了部分其它窗口按钮，单击相应的按钮将导航到对应的功能窗口。图10-7发电机单元结线图8）温度参数9图10