松花江大顶子山航电枢纽工程电站计算机监控系统应用

２０１０年第５期　（总第１９５期）　黑龙江交通科技　ＨＥ　ＬＬＯＮＧＪｌＡＮＧ　ＪＩＡＯＴＯＮＧ　ＫＥＪ　Ｎｏ．５，２０１０　（Ｓｕｍ　Ｎｏ．１９５）　松花江大顶子山航电枢纽工程电站计算机监控系统应用　帅秀莲，吴清华，徐文财　（松花江大顶子山航电枢纽工程建设指挥部）　摘要：介绍了松花江大顶子山航电枢纽工程电站计算机监控系统及ＳＪ一６００型智能分布式现地控制装置　的结构特点及功能和在现场的应用情况。　关键词：计算机监控系统；ＳＪ一６００；现地ＬＣＵ　中图分类号：Ｕ４９２　文献标识码：Ｃ　文章编号：１００８—３３８３（２０１０）０５—０１３６—０２　１概述　１．１工程概况　松花江大顶子山航电枢纽工程位于松花江干流哈尔滨　下游４６　ｋｍ处，是一座以航运和改善哈尔滨市水环境为主，　兼顾发电，同时具有旅游、交通、水产养殖等综合利用功能的　低水头航电枢纽工程。由船闸、泄洪闸及混凝土过渡坝段、　河床式水电站、土坝及坝上公路等工程组成。工程为大（１）　型工程，工程等别为一等。厂房内装有六台贯流式灯泡机　组，单机容量１１　ＭＷ，总装机容量６６　ＭＷ，多年平均年发电　量３．５２×１０　ｋＷ・ｈ，年利用小时数为５３３４ｈ，水库为径流无　调节水库。电站在电力系统中担负基荷。　大顶子山航电枢纽控制系统主要包括航运监控系统与　电站监控系统，本文仅介绍电站及３８孑Ｌ泄洪闸门计算机监　控系统。　１．２电站接线形式及调度管理方式　电站６．３　ｋＶ发电机出口侧采用三机一变扩大单元接线　方式，全厂共两组机变扩大单元；电站６６　ｋＶ出线侧采用变　压器一线路组（带备用断路器）接线方式，正常时按变压器　线路组接线运行，当任一变压器线路组回路的断路器故障，　通过倒闸操作，投人备用断路器恢复运行。大顶子山电站由　黑龙江省电力调度通信中心统一调度，在电站不设单独的远　动装置。遥测、遥信远动信息通过计算机监控系统送往省调　和绥化地调。电站采用厂内计算机监控系统、泄洪闸门监控　系统、视频监视系统等各系统整合，以枢纽调度运行管理系　统为核心的综合自动化系统。　１．３监控系统的结构　电站按“无人值班，少人值守”设计，采用以全计算机监　控系统的控制方式，中控室设计算机驱动模拟屏。采用开　放、分层分布式结构，第一层为电站厂级监控层，负责全厂集　中控制任务；第二层为现地控制单元层，完成机组、变电站和　公用设备等监控任务。整个系统网络采用双星型Ｅｔｈｅｒｎｅｔ　网，通信速率１００Ｍｂｉｔ／ｓ，通信介质为光纤。计算机监控系统　由南瑞公司成套提供，下位机控制系统中的ＬＣＵ采用ｓＪ一　６００智能模件ＬＣＵ。　电站的正常运行完全依靠计算机监控系统，计算机监控　系统中与电站安全运行密切相关的设备一律双重化设置。　电站级监控设备选用两台上位机，双机互为热备用。全厂设　九个现地控制单元，包括六台机组１ＬＣＵ一６ＬＣＵ、变电站及　厂用和公用设备７ＬＣＵ（高压空压机ＬＣＵ、低压空压机ＬＣＵ、　设备消防水泵ＬＣＵ、厂房渗漏、检修排水ＬＣＵ、厂区渗漏排水　ＬＣＵ）、中心开闭所３９ＬＣＵ、坝区左岸４０ＬＣＵ。　１．４电站计算机监控系统的主要特点　双星型网络结构。本系统采用双星型网络结构是根据　本工程特点决定的。因为本电站共６台机组，工期较长，叉　不能影响原系统运行，故对系统的拓展性要求很高，而双星　型结构具备拓展性、可用率和开放性的特点，所以采用了双　星型网络。　网络资源优化。由于以太网具有传输速率快，实时性　强，适应恶劣的工业环境等特点，作为监控系统的主干网，目　前使用最广泛１００Ｍｂｐｓ的以太网；控制器局部网ＣＡＮ（Ｃｏｎ．　ｔｒｏｌｌｅｒ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）属于现场总线的范畴，它是一种有效支　持分布式控制或实时控制的串行通信网络，具有实时性强、　抗电磁干扰能力强、成本低等优点，下位机控制系统的主要　组成部分就是现地控制单元ＬＣＵ，ＬＣＵ主要是就地对机组运　行实现监视和控制，一般布置在发电机附近，是计算机监控　系统较底层的控制部分。考虑监控系统各控制层的实际信　息量，本网络系统分为二层：第一层是用于中控层，电厂级各　工作站和ＬＣＵ等之间通信采用１００Ｍ光纤以太网，第二层是　在现地ＬＣＵ内部使用的ＣＡＮ网（ＣＡＮ称为控制局域网，属　于总线式通信网络）。这样形成高效、合理、结构清晰的网　络，不仅优化了资源配置，而且合理地分配了网络负载。　冗余监控系统。监控系统采用冗余配置：数据服务器、　操作员工作站、通讯服务器、网络交换机、网络通道、ＵＰＳ、现　地总线、机箱电源、机柜电源等，均采用冗余配置；现地ＬＣＵ　采用ＰＬＣ扩充双ＣＰＵ、双电源。采用冗余以太网时，两个网　络不分主用网络与备用网络，而是处于同等地位并行工作　的，也就是说对于通过网络发送的数据可以由１号网络传　输，也可以由２号网络传输。但具体对每一个发送请求使用　哪个网络，则由客户进程根据网络的健康状况和忙闲程度自　动选择其中的一个网络将数据发送出去。这样可以充分发　挥网络的通信能力。二台服务器互为备用，工控软件可实现　这一功能，当发生故障时，备用机的数据库具有故障系统相　同的内容且继续对过程做数据登录，并对以前登录的数据具　有完整的访问许可权，一旦主用机恢复正常，就可以自动对　进行数据同步，切换过程无扰动，提高了自动化水平和系统　安全性能。　可靠的ＡＧＣ／ＡＶＣ高级管理软件。系统在ＡＧＣ／ＡＶＣ投　入运行后自动进行控制；在ＡＧＣ运行时，可按给定日负荷曲　线运行，也可以按实时给定总有功运行。在ＡＶＣ运行时，可　按给定电压曲线运行。　以上特点，为保证电站安全、高效、可靠运行奠定了基　础。　２电站计算机监控系统主要功能　２．１　中央控制层监控具有以下主要功能　（１）数据采集和处理：接收各现地控制单元发送的有关　数据并存人数据库，用于显示器画面更新、控制调节、记录检　索、操作指导及故障记录分析。故障报警信号优先传送，并　登录故障发生的时间，数据采集除周期性进行外，在所有时　间内，可由操作员或应用程序发命令采集任何一个现地控制　单元的过程信息。接收调度系统的命令、信息、自动接收电　厂监控系统以外的数据信息，进行必要的比较、处理和更新　实时数据库和历史数据库。　（２）运行监视：在中央控制室每台操作员工作站设置２　台彩色液晶显示器，用于安全运行监视包括状态变化监视，　越限检查，过程监视，趋势分析和监控系统异常监视，开关量　的状变监视，运行设备运行状态的改变，保护装置的动作以　及来自操作运行人员的控制命令等。监控系统应立即响应　并显示记录等。　（３）控制和调节：监控系统根据予定的原则及运行人员　实时输人的命令进行机组的正常开机，停机及自动并网，运　收稿日期：２００９—１０—３０　作者简介：帅秀莲（１９６４一），女，高级工程师，从事航电枢纽水利工程管理工作。　・１３６・

　第５期　帅秀莲，吴清华，徐文财：松花江大顶子山航电枢纽工程电站计算机监控系统应用　总第１９５期　行工况转换，断路器跳合，隔离开关分合及联锁操作，同时监　控系统可由运行人员或远方调度的给定值或增减命令进行　机组出力的手动或自动调节。　（４）人机接口、画面显示、报警显示、记录、报告、统计制　表、联网与通信、系统自诊断、软件开发及系统管理、培训功　能、电站设备运行管理及指导、时钟同步功能等。　２．２现地控制层监控具有以下主要功能　现地控制单元采用，ＳＪ一６００系列装置，ＳＪ一６００具有快　速的处理能力，强大的抗干扰性能和灵活的可扩展功能，并　可与远程智能仪表或Ｉ／Ｏ控制设备相联，具有标准的ＴＣＰ／　ＩＰ　Ｅｔｈｅｍｅｔ。　２．２．１　机组现地控制单元主要功能　（１）数据采集和处理：①采集机组各电气量和非电气　量；②接收机组有功电度和无功电度，分时积算和作标度值　变换，求得机组发电电度的实际值，然后上送到电厂控制层；　③收集主辅设备、继电保护装置和自动装置的状态，当发生　变化时，将事件的名称、性质、发生时间存储，并上送电厂控　制层；￣ＰＬＣ监控系统采集模拟量４～２０　ｍＡ。　（２）运行监视：现地控制单元通过液晶触摸显示屏、信　号指示灯、表计对现场各电气量和非电气量进行监视。完成　机组监控对象状变监视、越限检查、过程监视及控制单元异　常监视，确保机组安全运行。　①状态监视：当监视对象发生变化和继电保护及自动装　置动作时，其动作信号在现地控制单元显示器上以图形或文　字有简明的显示，并上送电站控制层。　②越限检查：对采集到的电气量或非电气量，单元控制　板将进行限值检查，当其越限时，显示器上有报警提示，并发　出报警音响，越限检查主要有机组功率、定子电压、定子电　流、转子电压、转子电流、机组各轴承的瓦温、油温、定子线圈　和铁芯温度及变压器油温、机组振动、摆度及其它被监视的　参数。　③过程监视：监视机组处于停机、启机、发电的条件，当　发出开机的指令后，监视机组启机过程及工况转换的顺序，　当工况转换受阻后，在运行人员认可后，转停机。同样还可　以监视停机过程。　④现地控制单元的异常监视：现地控制单元的硬、软件　故障时，除在现地报警显示外，还应送电厂控制层显示、记　录。　（３）控制和调节：机组现地控制单元应能自动完成工况　变换和有功无功功率的调整任务；机旁盘设置控制权切换开　关，开关置于“远方”时，机组受控于电厂主控级；置于“现　地”则由运行人员在现地通过机组单元控制器对机组进行　控制，现地控制单元均有返回信息。根据机组调试和检修的　需要，可在机旁通过触摸显示器完成机组分步控制。　机组启停方式：停机备用——启动空载运行方式；停机　备用——启动同期并列发电运行；发电——正常停机、正常　卸负荷解列停机；发电——紧急停机、解列停机；机组控制　单元可完成机组断路器、隔离开关的手动或自动控制及其相　互闭锁。　（４）数据通信“现地控制单元具有与电厂级计算机通信　的功能，完成与电站控制层的数据交换，实时上送电站控制　层，接收电站控制层的控制和调整命令，并将执行情况回送　到主控制级，实现与机组微机调速器、微机励磁及继电保护　设备、温度巡检装置、交流采样装置等设备之间的数据交换。　（５）自诊断功能：可在线或离线自检设备的故障，可检　测到电路板级，可在线或离线自检各种应用软件；在线运行　时，当检测到故障时，将故障性质上送到电厂级以使显示打　印和报警。当诊断出故障点时能自动闭锁控制出口，并将故　障信息上送主控制级；同时，在现地控制单元上有显示和报　警。现地控制单元的软件自诊断能诊断出故障软件功能块　及其故障性质。　（６）时钟同步：使ＬＣＵ时钟与电站控制层时钟与卫星　时钟同步。　（７）软件开发：可在线或离线编辑单元级数据库，可在　线或离线编辑ＰＬＣ中的程序。　２．２．２变电站、厂用公用设备现地控制单元主要功能　（１）数据采集和处理：通过数据总线采集全站公用的　油、水、气辅助系统、通风火警系统、保护自动装置等的动作　信号；接收线路有功电度、无功电度信号分时累计和作标度　变换，求出有功，无功电量的实际值，上送电站控制层；采集　６６　ｋＶ开关站各电气量，断路器机构等非电气量，采集６６　ｋＶ　线路及主变的继电保护，自动装置动作信号，断路器、隔离开　关、接地开关的位置信号，并根据要求上送电站控制层。交　流电量模拟量采用交流采样，其它采用直流采样；采集厂用　变压器、厂用断路器及相关继电保护和自动装置等设备状　态，备用电源自动投入装置的动作信号；直流设备信息；尾水　水位和尾水闸门里侧水位；其它全厂公用信息。　（２）运行监视：与电站电厂级配合，完成设备的安全运　行监视，主要包括设备状态监视、越限检查、过程监视、现地　控制单元监视和分布式ＰＬＣ单元监视。　（３）控制：对６６　ｋＶ及６．３　ｋＶ所有断路器及隔离开关　的分合闸操作；接收电站控制层的命令，完成断路器及隔离　开关有关顺序操作；对０．４　ｋＶ母线的进线开关和联络开关　进行操作；对公用设备中压空压机、低压空压机、厂房渗漏排　水泵、厂房检修排水泵、消防水泵、厂区渗漏排水泵、火灾报　警系统等设备进行监控。　（４）数据通信：完成与电厂级的数据交换，实时上送电　厂级所需的过程信息。同时能与线路保护安全自动装置、电　能计量和与之联网的各控制子系统的ＰＬＣ实现通信。　（５）自诊断功能、时钟同步、软件开发等功能。　２．２．３　中心开闭所及左岸坝区控制单元主要功能　本单元主要负责大坝左岸配电所、柴油发电机、中心开　闭所的控制和监视。大坝左岸配电所ＰＬＣ、中心开闭所ＰＬＣ　与３８孔泄洪闸监控系统环形以太网连接。主要功能如下。　（１）数据采集和处理：收集坝区变电所变压器、断路器　及相关继电保护和自动装置等设备状态，备用电源自动投入　装置的动作信号；（２）安全运行监视：与３８孔泄洪闸监控系　统配合，完成设备安全监视任务，主要包括状态监视；（３）坝　区变电所控制：能在中央控制室对６．３　ｋＶ、０．４　ｋＶ的断路　器、隔离开关和４００　Ｖ母线的进线开关、联络开关进行操作；　（４）系统诊断；（５）数据通信；（６）完成与３８孔泄洪闸监控系　统的数据交换，同时能与之联网的各控制子系统的ＰＬＣ实　现通信。　３结束语　电站计算机监控系统现已全部投入运行，全计算机化的　应用已达到国内先进水平。电站计算机监控系统的应用提　高了运行管理水平、减少运行值班人员，节约生产成本；减轻　工作人员劳动强度；减少易损易耗品的更换，降低运行成本；　保障机组安全可靠运行，提高电站运行效率；实现了工程管　理的科学化、现代化，充分发挥了枢纽工程境界效益和社会　效益。从系统运行情况来看，技术先进、可行、稳定。　（上接第１３５页）　目的投资规模会越来越大，其单位面积的工程造价也会越来　越高。这其中主要原因：一是实用性及应用性方面，如在布展　标准、功能要求、展示效果等方面的要求越来越高；二是提高　了工程建成后抵御灾害的能力，如抗震、防火等。消防设备的　电气线路是整个消防系统的重要配套内容，其工程设计和施　工更应该有超前意识，逐步和国际标准接轨。在配线方面尽　可能多采用铜皮防火电缆等阻燃产品。当然，选用诸如铜皮　电缆、耐火电缆、耐热电缆等势必会增加工程投资，但从综合　发展的角度考虑，增加这部分投资是完全能够取得回报的。　（２）目前我国现行的规范中，对消防设备电气线路选择　的规定较少，只有建设部行业标准《民用建筑电气设计规　范｝｝ＪＧＪ／Ｔ６—９２中有些规定，但这些规定距今已年久，根本　适应不了近年来博物馆及各类建筑工程项目的发展实际，建　议规范编制部门在修订过程中，能结合我国电线电缆生产现　状，对博物馆建筑中消防设备的电气线路的敷设能有一个比　较具体的规定，以便有关人员有章可循，从而确保工程质量。　（３）随着我国经济的迅猛发展和人ｉｔ＇］Ｘ，ｔ文化的不断需　求，博物馆作为公益事业文化性机构将日益受到社会各方面　的关注，对博物馆建筑的消防安全的要求也将越来越高，而　目前我国尚缺少直接针对博物馆建筑的消防电气线路的标　准规范，因此建议有关部门能制订详细、具体的博物馆消防　线路的敷设规定，以避免和减少火灾造成的人员伤亡、文物　损毁和经济财产损失。　・１３７・