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第3章发电企业信息化主要内容3.1我国发电厂自动化与信息化现状3.2水电站厂级监控系统3.3火力发电厂的厂级监控系统3.4发电厂智能管理信息系统3.1我国发电厂自动化与信息化现状我国电厂的自动化水平达到国际先进水平。电厂自动化历来是电力企业信息化建设的重点，大部分大中型水力发电，火力发电机组均配备了计算机监控系统。小型水电站的自动化水平总体上还不是太高。发电生产自动化监控系统的广泛应用大大提高了生产过程自动化水平。由于大部分使用的监控系统采用了国外的先进技术，因此某些单项指标基本达到了国际水平，但在整体应用上仍有差距。3.1我国发电厂自动化与信息化现状我国发电力企业信息化发展的特征如下:电力生产过程自动化系统应用成熟。管理信息系统的建设与应用逐渐推进（为公司业务管理和决策服务）。总体来看，管理信息化滞后于生产过程自动化的发展进程。发电企业信息化建设的战略目标发电企业信息化建设的战略目标是:以先进思想为主导、以现代信息技术手段为支撑，实现电厂内外部信息的全面集成，建设数字化电厂。3.2水电站厂级监控信息系统近年来国内水电站自动化得到了迅速的发展，已成为一个集计算机、控制、通信、网络、电力电子为一体的综合系统，具备完备的硬件结构、开放的软件平台和强大的应用系统。不仅可以完成对单个水电站的监控，还可以进一步实现对梯级、流域、甚至跨流域的水电站群的经济运行和安全监控。水力发电厂简介水力发电厂是将水力发电就是利用水力(具有水头)推动水力机械(水轮机)转动，将水能转变为机械能，如果在水轮机上接上另一种机械(发电机)随着水轮机转动便可发出电来，这时机械能又转变为电能。水力发电在某种意义上讲是水的势能变成机械能，又变成电能的转换过程。再经过变电和输配电设备将电力送到用户。主要一次设备：大坝闸门水轮机（导水叶阀门）发电机小型水电站的电气结构水电站监控对象包括水轮机、发电机、机组进水阀、尾水闸门、机组附属及辅助设备(油、水、气)，主变压器、开关站、全厂公共和辅助设备、大坝（闸门）等。水电站厂级监控系统主要任务和功能(1)实现站级层监控系统对相应主要机电设备运行工况、位置、参数的监视,并实现对主要开关设备的状态监视并显示。(2)实现站级层监控系统对相应主要机电设备的现地/远方，自动/手动监控，调节，包括机组起/停，开关倒闸等。操作员工作站通过人机接口或者根据调度的命令、应用程序（AGC、AVC等）的命令自动地对监控系统对象进行控制和调节。(3)具有越限报警和趋势报警功能.水电站厂级监控系统主要任务和功能(4)在电力系统事故或电站设备工作异常时，监控系统应能自动起动音响报警、语音电话自动告警系统，并在操作员站上显示报警信息,打印报警信息并记录入数据库.(5)监控系统异常监视：当监控系统的硬件或软件发生故障时，给出提示信息，并在操作员工作站上显示故障位置和进行打印记录。同时，在工程师站上给出报警信号，显示故障位置及原因。(6)对系统运行的各种数据进行收集、统计、分析判断，生成各种报表，提供生产运行和维护指导。水电站厂级监控信息系统的结构水电站厂级监控信息系统采用三层体系结构，如图3-1所示。系统ERP监控系统主站现场设备信息安全接口企业管理和决策层生产调度和监控层基础和过程自动化层基础和过程自动化层（现地控制层）现地控制层主要功能：完成现场设备的数据采集过程自动控制实现与主站监控计算机的通信。将采集的实时数据、经处理后确认的事件、控制过程的有关信息上送给主站监控计算机，接受其下达的控制调节等命令并执行相应的操作。水电站监控系统现地控制层现地控制层系统结构如下图所示。水电站监控系统现地控制层现地控制层设计：全厂设置若干个现地控制单元（LCU），实现对各生产对象的监控。就地控制单元的个数由机组的台数和开关站及共用设备的规模大小来决定，最大不超过64个。每台机组一套LCU，开关站及共用设备共用一台LCU或各自一台LCU。水电站监控系统现地控制层（1）采用现场总线如PROFIBBUS，将一类总线主站（LCU）、现场各类智能控制器和各种I/O及仪表连接在现场总线上，实现现场设备的实时数据采集和过程自动控制。（2）一类总线主站（LCU）若干个，全厂设置若干个现地控制单元（LCU），实现对各生产对象的监控。图中用２个中档的可编程控制器，各带若干种类型的输入输出模块、通信模块、变送器、继电器、仪表等信号变换装置、驱动装置及输入输出信号源等。水电站监控系统现地控制层（3）现场总线上挂若干个智能控制器，该控制器可以是用中档的可编程控制器（带PROFIBBUS接口）实现的闭环控制系统，实现某生产过程的自动调节（调速器，励磁），同时也可以是测温装置，测机组振动装置，各辅助设备控制装置。挂在现场总线上的智能控制器受一类总线主站的控制，将需要的数据上传一类总线主站，接受其下达的控制调节等命令并执行相应的操作。（4）将各种数字仪表和远程I/O挂在现场总线上，将需要的数据上传一类总线主站，并接受其下达的命令，执行相应的操作。实现远程现场设备的监视与控制。水电站监控系统现地控制层（5）大坝监控系统是对大坝所有现场设备进行监视和控制（大坝离电站一定的距离）将一个一类总线主站（用一个中档的可编程控制器，带若干个若干种类型的模块）、数字仪表和远程I/O挂在现场总线上，通过大坝监控系统的一类总线主站（大坝LCU）实现大坝所有现场设备的实时数据采集和过程自动控制，通过通信模块和通信线路实现与主站的通信，将需要的数据上传主站监控系统的一类总线主站（机组LCU），接受其下达的控制命令并执行相应的操作。水电站监控系统现地控制层（6）现场总线通过协议转换接口将非总线协议的智能设备连接在总线上，实现全厂现场设备的监视与控制。（7）公用LCU，结构同机组LCU（智能控制器加上现场总线）。公用LCU采集全厂厂用变压器、10kV厂用电断路器状态和继电保护、备用电源自动投入装置的状态、动作、报警信息和电测量信号；定时对全厂公用、辅助设备的状态量，以及断路器、开关和分合进行处理，上送至电站中控层。接受电站中控层控制命令、完成全厂性有关断路器顺序操作、隔离开关的投、切。水电站监控系统现地控制层采用硬布线和通讯结合机制：与机组附属及相关设备的通信采用现场总线技术。对于无法采用数字通信的设备采用硬布线I/O进行连接。对于安全运行的重要信息、控制命令和事故信号除采用现场总线通信外，还需通过硬布线I/O直接接入LCU，实现双路通信，以保证安全。水电站监控系统现地控制层智能控制器加上现场总线技术是现地控制单元的发展趋势，现场总线是连接智能设备和自动化系统的数字式双向传输、多分支结构的通信网络。针对水电站被控对象分散的特点，现场总线将分散在现场的智能仪表、智能Ｉ/Ｏ、智能执行机构、智能变送器、智能控制器连接成一体，提高了系统的自治性和可靠性，可以节省大量的信号电缆和控制电缆。近年来，以PLC为基础的机组现地控制单元（LCU）在水电厂中得到了广泛的应用。机组LCU应有下述功能：(1)采集机组运行的电气参数、开关状态、水轮机组及励磁屏、调速器、辅机的运行状态及事故、故障信号、非电模拟量等数据。(2)显示机组运行的实时参数、实时状态、事故及故障信息、控制参数及保护整定值等。以PLC为基础的机组现地控制单元（LCU）以PLC为基础的机组现地控制单元（LCU）(3)根据主控计算机的命令和现场的命令，完成机组的启动、合灭磁开关、启励、调压、调频、准同期并车、有功功率和无功功率的闭环调节、甩负荷、停机。(4)可修改机组的部分控制参数。(5)机组的事故、故障处理。发生机组机械事故和电气事故时，根据不同的事故类型，采取减负荷停机、甩负荷紧急停机和关进水口闸门等措施。出现故障时发出相应的故障报警信息。机组LCU监控范围包括水轮机、发电机、机组进水阀、尾水闸门、机组附属及辅助设备等。机组现地控制单元设备布置于发电电动机机旁。机组LCU完成下列数据采集与处理功能：机组电气量采集：定时采集机组定子和转子的电压量、电流量、频率、有功功率及无功功率等参量，存入数据库，在机组LCU上显示并上送电站中控层。以PLC为基础的机组现地控制单元（LCU）机组温度量采集：定时采集机组定子铁芯、定子线圈、机组轴瓦、轴承、轴承油、冷却器水、冷却器油及其它系统的温度。检查采集的温度量是否越限，并及时将越限情况及数据送往电站中控层，机组LCU上同时也有报警显示和音响。对部分温度量还要进行温度变化率监视和温升趋势分析及时发现异常情况。机组振动、摆度、蠕动、气隙、流量、压力，对这些数据进行越限检查，并将越限情况与数据送往电站中控层，机组LCU上同时也有报警显示和音响。以PLC为基础的机组现地控制单元（LCU）机组过程控制状态量扫查：在机组启动、停机和运行方式转换时采集机组各操作顺序步的状态量和模拟量，并进行记录，同时向电站中控层发送控制过程中的数据。机组电气保护报警量采集：随机采集机组电气保护动作信息，一旦采集到保护报警信息，立即将该信息送往电站中控层，同时在机组LCU上报警显示和音响。机组LCU应包括对机组控制范围内的断路器和各种隔离开关（不包括检修接地隔离开关）的分合控制，进水口阀门开关控制，尾水事故闸门的充水、开启及关闭控制。这些控制应具有严格的安全闭锁逻辑。以PLC为基础的机组现地控制单元（LCU）机组机械保护报警量采集：随机采集机组机械保护动作信息，及时将采集到保护报警信息送往电站中控层，同时在机组LCU上报警显示和音响。机组LCU监视各辅助设备的运行，发现异常情况及时向电站中控层传送信息，并在机组LCU上有报警显示和音响。执行机组辅助设备启动／停止控制。机组LCU应具有自动/手动有功、无功调节机组运行工况包括：发电（空载、满载发电、调相、正常停机、事故停机、紧急停机。机组LCU针对各工况及其转换应有相应的控制程序。以PLC为基础的机组现地控制单元（LCU）机组LCU与电站中控层脱机时应能独立运行。没有电站中控层命令或脱离电站中控层的情况下，机组LCU也应能独立完成对所控设备的闭环或开环控制，保证机组安全运行和开停机操作。机组LCU监视面板应可显示机组的主要电气量和温度量以及有关辅助设备的状态或参数及主要操作画面。在机组LCU上还装有必要的电气测量仪表和变送器。以PLC为基础的机组现地控制单元（LCU）水电站监控系统生产调度和监控层(电厂控制层)电站监控系统中控层应完成对本电站所有被控对象的安全监控。电厂控制层应具有数据采集与处理、实时控制和调节、参数设定、监视、记录、报表、运行参数计算、通信控制、系统诊断、软件开发和画面生成、系统扩充(包括硬件、软件)、运行管理和操作指导等功能。电厂控制层实时采集来自LCU层的所有主要运行设备的模拟量、开关量、脉冲量等信息以及来自调度层的控制命令和交换数据。电厂控制层的组成如图所示。水电站监控系统电厂控制层（1）网络采用双冗余的光纤网TCP/IP协议；（2）集中控制工作站：双机热备、服务器（数据库服务器）。监控功能：集中控制与保护、现地层与集中层数据通信、实时与历史数据库、与管理层的通信及数据接口；（3）操作员工作站：２台微机、双屏。操作功能：程序及单项操作；（4）工程师工作站：１台微机。维护功能：系统参数的修改、程序与算法的投入与切换；（5）集中控制操作台：急停、紧急故障排除；（6）通过2台交换机，与基础和过程自动化层的各一类总线主站（LCU）连接。(7)C/S结构。电厂控制层与LCU也可以采用以太网相连,如下图示。企业管理和决策层发电企业的ERP系统与传统的ERP系统相比，有自己的特点。发电企业（同冶金、化工企业）是一种连续性生产作业的企业，企业的内部资源、外部市场都非常稳定，电力企业的生产过程一旦启动，其人力、资源的配备和供给严格按计划供应，不可轻易改变。其特点是：（1）设备的安全稳定运行是企业正常运行的保证；（2）企业运行管理的主要内容是加强对于企业生产过程的控制；水电站监控系统布置每台机组的监控LCU位于主厂房发电机层相应的机组旁；厂房设