水电站监控系统-foxnicco

水电站监控系统-foxnicco第一页，共41页。绪论本讲包含的内容监控系统结构、功能监控系统检修、维护及试验第二页，共41页。计算机监控系统体系结构计算机监控系统的学习方法作为水电厂监控系统的维护人员，应对水电厂的整个系统概念比较清楚，比如本厂的一次设备、二次设备、油水气系统等等，因为这些都是监控系统的控制和监视对象，没有这些信息，监控系统就不知道要做些什么。收集、整理该厂监控系统所须的一些资料，比如一、二次接线图纸、控制流程设计图、要输入的信息内容即所谓的侧点定义表内容（包括模拟量、开关量、开出量、语音语句、模拟量工程值等）。要和运行人员对监控系统存在问题多进行讨论，因为一般情况运行人员对全厂系统概念更清楚，并且使用人员也是运行人员，他们会根据需要提供对人机界面更合理的要求。维护人员根据运行人员提出的要求对监控系统的人机界面进行完善第三页，共41页。计算机监控系统体系结构计算机监控系统的发展以常规控制为主、计算机控制为辅的控制系统这一类型的控制系统计算机主要承担监视的任务、只承担一小部分的控制功能如并网操作。大部分的控制任务还是由常规控制系统来完成以计算机控制为主、常规控制为辅的控制系统这一类型的控制系统计算机就主要承担了控制和监视的任务，但还有一些设备如辅助控制设备等还须靠常规控制。全计算机监控系统目前新建的大、中型水电厂都采用了这一类型的控制，我厂就采用全计算机监控系统控制。全厂的设备控制和监视任务都由计算机来完成。这时的监控系统就如人的大脑及分布全身的神经系统，是全厂设备的控制中心和信息枢纽中心。第四页，共41页。计算机监控系统体系结构计算机监控系统结构与配置厂站系统层（上位机）网络通讯层现地装置层（下位机）上位机、下位机概念与现场设备发生直接关系的计算机通常被称为下位机。用来控制下位机的计算机是被称为上位机。厂站系统层监控设备网络设备现地层监控设备远方控制中心监控系统控制回路采集回路站内监控系统第五页，共41页。计算机监控系统体系结构第六页，共41页。计算机监控系统体系结构厂站层系统（1）位于计算机房和中控室。它的主要功能：数据采集和处理、监视和控制、历史数据存储、记录和报表、通讯控制、电站运行管理、系统诊断、软件开发、系统扩充和语音报警、AGC/AVC经济运行等高级功能。实时数据服务器(冗余热备)监控系统启动软件、应用软件及数据库均在主计算机中，并对监控系统进行诊断，统计数据处理。历史数据服务器(集群系统+RAID)历史数据储存工程应用维护工作站完成系统的开发，编制和修改应用软件，建立数据库，建立显示图表和记录，初始化参数，检索历史记录，系统管理及故障诊断等工作。第七页，共41页。计算机监控系统体系结构厂站层系统（2）操作员工作站做为主要的人机接口，主要提设备状态监视和控制、报警监视、记录和报表查询、历史曲线查询、电站运行管理等功能。操作员工作站的人机界面可分为：画面索引。画面索引总体上可分为：监视画面、操作控制画面。监视画面有：全厂主接线图及开关、刀闸和主要参数图；机组温度监视图；机组非电量监视图和励磁系统监视图；快速闸门监视图，全厂事故故障光字牌，监控系统现地LCU模块监视图，温度曲线图等。报表索引：包括事故一览表、故障一览表、状变一览表、自诊断一览表、操作一览表、越复限一览表、事故追忆表和运行日志。测点索引：主要是显示模拟量、开出量、温度量、脉冲量，状变量和中断量的状态，通过测点的索引，可查上述变量名，变量的状态以及变量的投退等情况。报警窗口：显示设备状态变化的实时文字报警。第八页，共41页。计算机监控系统体系结构厂站层系统（3）报警信息服务器（含ON-CALL功能）语音报警功能、电话通知功能、短信通知功能通信服务器厂内通讯机：和厂内设备进行通讯，一般包括电能量、振动摆度、直流系统等装置厂外通讯机：和省调、地调进行通讯Web信息服务器通过WEB网向外部发放数据安全性：单向隔离装置、用户权限认证第九页，共41页。计算机监控系统体系结构厂站层系统（4）打印服务器报表、报警记录、曲线的打印培训工作站培训功能（通过用户认证方式和工作站权限配置，限制工作站的操作权限，防止培训人员操作过程中造成误操作）投影系统/大屏返回屏功能GPS接收机+同步时钟分配器接收GPS时钟号，并对监控系统全系统主机进行对时第十页，共41页。计算机监控系统体系结构硬件连接高速网络串行(同步/异步)现场总线等外部通讯系统上级调度现场智能设备状态监测工业电视消防系统生产管理系统辅设控制系统闸门控制系统电能计量系统等第十一页，共41页。计算机监控系统网络通讯网络拓扑结构星形环形总线形树形网状形混合形常用结构星形环形第十二页，共41页。计算机监控系统网络通讯星形拓扑结构星形拓扑是由中央节点和通过点到通信链路接到中央节点的各个站点组成优点控制简单故障诊断和隔离容易信道利用率高缺点电缆长度和安装工作量较大第十三页，共41页。计算机监控系统网络通讯星形拓扑结构环形拓扑网络由站点和连接站的链路组成一个闭合环优点电缆长度短增加或减少工作站时，仅需简单的连接操作缺点多节点的故障会引起全网故障信道利用率较低第十四页，共41页。计算机监控系统网络通讯监控系统中的通信局域网通信介质（1）双绞线Twist-Pair最大传输距离为100m屏蔽/非屏蔽双绞线STP/UTP:Shielded/UnshieldedTP五类/超五类：适用于100M/1000M以太网

光纤OpticalFiber损耗低，传输距离长。抗干扰能力强，误码率低。通道容量大，传输速率快。较铜质导线重量轻，绝缘性能好，且经济。 e.g.P122Lc1C2121数据传输速率可达1Gbps单模(SingleMode)光纤：只提供一条光路，具有更大的通信容量和更远的传输距离（约120km）。多模(MultipleMode)光纤：使用多条光路传输同一信号，通过光的折射来控制传输速度。传输距离因型号而不同，通常为275m/550m，一般不超过2km。第十五页，共41页。计算机监控系统网络通讯监控系统中的通信局域网通信介质（2）同轴电缆（CoaxialCable）基带同轴电缆，又称网络同轴电缆数据传输速率10Mbps可分为粗缆和细缆：粗缆(RG-11，阻抗75Ω)的直径为1.27厘米，最大传输距离达到500米。细缆(RG-58，阻抗50Ω)的直径为0.26厘米，最大传输距离185米。较易受干扰通信信号接口RJ45IEC(60)603-7标准化以太网接口DB9、DB25RS232、RS485串口标准接口第十六页，共41页。计算机监控系统网络通讯监控系统中的通信通信协议/规约Modbus/ModbusPlus一种标准的串口通讯规约，定义了连接口的针脚、电缆、信号位、传输波特率、奇偶校验。第十七页，共41页。计算机监控系统网络通讯监控系统中的通信数据传输速率的表示方式带宽：单位时间内能够在线路上传送的最大数据量单位：bit/s，即bps（注意：大写B表示字节Bytes）描述带宽时常常把单位省略，如称带宽为10M，实际是指10Mbps。系统的信号带宽不但与信号传输介质有关，而且与收发信号装置的性能有关。区别单位：波特率baud表示每秒所传输分立信号的元素数信号元素可为多位（多bit）编码如果每个信号元素只表示一位（1bit）时，波特与bit/s同义第十八页，共41页。计算机监控系统体系结构现地装置层可独立运行的现地主控制单元（脱离上位机独立运行，可在现场完成对设备的监视控制功能）PLC现地人机交互设备触摸屏分布式I/O单元同步时钟接收器对时方式：串口对时、分对时现地配套装置手、自动准同期装置交流采样装置第十九页，共41页。计算机监控系统功能下位机指现地控制单元（LCU）LocalControlUnit通常有机组LCU、开关站LCU、公用LCU、闸门LCU等机组LCU：完成对机组单元设备的监视、控制功能，开关的同期并网。开关站LCU：完成对开关站设备的监视、控制功能，集中同期功能。公用LCU：完成对厂用10kV、400V、公用辅助设备的监视、控制功能。闸门LCU：完成对泄洪设备的监视、控制功能。LCU（屏柜）的构成工业触摸屏或工控机(IPM)可编程控制器(PLC，ProgrammableLogicController)模块手动准同期装置（MSY）和自动准同期装置（ASY）串行通讯控制器（CPC）、交换机（ESW）等通讯装置电能表、交流采样仪等电测仪表转接端子、接口电路、电源等附属电路机柜第二十页，共41页。计算机监控系统功能监控系统中PLC模块的分类功能CPU模块：控制和逻辑计算、网络通讯通信模块各PLC模块、子站间的现场总线通信现地LCU与上位机间的网络通信信号输入模块信号输出模块其它功能模块：如通讯模块、电源模块等现地LCU的所有PLC模块构成了一个完整的计算机系统总线（Bus）是计算机各种功能部件之间传送信息的公共通信干线，它是由导线组成的传输线束第二十一页，共41页。计算机监控系统功能监控系统中的信号输入信号(Input)分类（1）中断输入量（InterruptInput）即SOE（SequenceofEvent，事件顺序记录）量需要控制单元根据其动作情况作出迅速反应（如保护出口量）带有时标（通常精确到毫秒级），便于事故分析属于较特殊的开关输入量（DI）分辨率要求：<2ms

第二十二页，共41页。计算机监控系统功能监控系统中的信号输入信号(Input)分类（2）一般开关量输入信号/扫查量（DigitalInput）脉冲输入量（ImpulseInput）模拟输入量一般模拟输入量（AnalogInput）RTD输入量输出信号（Output）分类开关量输出信号（DO）模拟输出量（AO）第二十三页，共41页。计算机监控系统功能设备的状态转换控制对设备的不同状态进行定义，操作员发目标状态转换控制令，程序根据设备的当前状态执行相应流程以达到控制设备的目的。机组状态停机态:断路器在分、出口刀闸在合、机组转速<5%、电压<10%空转态:断路器在分、出口刀闸在合、机组转速>95%、电压<10%空载态:断路器在分、出口刀闸在合、机组转速>95%、电压>90%发电态:断路器在合、出口刀闸在合、机组转速>95%、电压>90%断路器、隔离开关状态分闸位置合闸位置开机条件进水口闸门全开/机组制动系统正常/制动闸(风闸)已落下/调速器压油系统正常/导叶全关位置/发电机出口断路器在分/机组无机电事故励磁开关在分/接力器锁定拔出/冷却水系统正常其它第二十四页，共41页。计算机监控系统功能水机保护功能机组事故停机分类（1）

按事故级别不同，即动作后果不同，一般事故停机分为以下3类：事故停机:电气事故电气保护全停出口励磁事故机械事故机组温度过高密封水、冷却水中断延时（温度保护后备）油槽油位不正常（温度保护后备）调速器故障事故停机按钮上位机事故停机令动作后果分机组出口断路器、分灭磁开关/逆变灭磁、投调速器紧急停机电磁阀、调用空转-停机流程第二十五页，共41页。计算机监控系统功能水机保护功能机组事故停机分类（2）紧急停机:机组二级过速（转速>140%）调速器事故低油压剪断销剪断、拐臂错位/卡阻紧急停机按钮（萨扬事故后，要求在中控室安装紧急停机按钮）上位机紧急停机令动作后果落快速闸门/关蝶阀、分机组出口断路器、分灭磁开关/逆变灭磁、投调速器紧急停机电磁阀、调用空转-停机流程第二十六页，共41页。计算机监控系统功能水机保护功能机组事故停机分类（3）主配拒动:机组一级过速（转速>115%且主配关方向未动作且导叶位置空载以上且断路器在分）动作后果投事故配压阀（过速限制器）、分机组出口断路器、分灭磁开关/逆变灭磁、投调速器紧急停机电磁阀、调用空转-停机流程第二十七页，共41页。计算机监控系统功能流程的优先级机组普通控制流程（操作人员控制启动）事故停机控制流程（装置自启动、操作人员控制启动）主配拒动控制流程（装置自启动）紧急停机控制流程（装置自启动、操作人员控制启动）高优先级流程中止低优先级流程温度保护：温度测量方式温度量模块温度测量装置判断温度过高的处理方法：温度值合法性判定（梯度）+温度越限+单侧相邻点温度过高温度值合法性判定（梯度）+温度越限+两侧相邻点趋势判定梯度判定：单位时间内温度变化小于定值目的：防止温度保护误动第二十八页，共41页。计算机监控系统功能常规水机保护常规水机保护和LCU水机保护的关系并列：同时动作事故追忆记录系统或指定设备在事故发生过程中及发生前、后的工况（数据）第二十九页，共41页。计算机监控系统功能其他控制功能（1）PQ调节（PID）闭环调节，开环运行环是指信息的路径闭环控制系统是指系统的输出量对控制有直接影响的系统，即反馈控制系统。客观上讲其输出部分影响输入。

开环控制系统的系统输出由输入完全决定，输出不影响输入。第三十页，共41页。计算机监控系统功能其他控制功能（2）自动发电控制AGCAutomaticGenerationControl在满足输入和限制的条件下以迅速、经济的方式自动控制整个电站的有功功率来满足系统的需要。根据电力系统负荷和频率要求实现全厂参加AGC机组的经济负荷分配并提出机组运行的优化组合指导。具体表现为根据远方调度下达的日负荷曲线或运行人员给定的全厂总有功功率实现电厂的经济调度。以省水多发为目标，在振动、汽蚀等条件的约束下确定在当时水头下电站机组的运行台数最佳组合，并按等微增率法或平均分配法实现运行机组间的最佳负荷分配。可以在主控层设定全厂或单台机组AGC投入/退出或远方/现地工作方式。AGC的控制可分为定值/曲线、开环/闭环、功率控制/频率控制等方式。第三十一页，共41页。计算机监控系统功能其他控制功能（3）自动电压控制AVCAutomaticVoltageControl自动电压控制（AVC）是指监控系统在正常运行时对母线电压及全厂的无功进行控制，在保证机组安全运行的条件下为系统提供可充分利用的无功功率，减少电厂的功率损耗。具体表现为根据设定的全厂总无功功率在电厂运行机组上实现无功功率分配。可以在工作站设定全厂或单台机组的AVC投入/退出或远方/现地工作方式。可实现无功/电压、定值/曲线、开环/闭环等控制方式。可按给定220KV母线电压曲线调节并可合理分配各机组的无功同时考虑机组无功的最大和最小限制。第三十二页，共41页。计算机监控系统检修维护LCU的检修维护LCU的检修项目盘柜卫生清扫端子紧固回路查对

同期装置整定值检查校验、同期装置试验元器件检修元器件外观检查、卫生清扫I/O模块检查模拟量模块线性度检查SOE量时间参数检查开出继电器校验温度测量装置检查电缆绝缘检查（电源回路、PT回路、CT回路、普通I/O回路）使用兆欧表的规定：Ue≤60V者使用250V兆欧表。60V<Ue≤380V者使用500V兆欧表。380V<Ue≤660V者使用1000V兆欧表交流回路外部端子对地的绝缘电阻不小于10MΩ，不接地直流回路对地绝缘电阻不小于1MΩ，或满足受检产品技术条件规定。湿度较大的场合，绝缘电阻标准可酌情降低，但一般不得不小于1MΩ。第三十三页，共41页。计算机监控系统检修维护LCU的检修维护LCU检修后的主要试验、检查项目（1）电源检查：对柜内各电压等级（AC220V、DC220V、DC24V、DC5V）进行检查，各值应在标准要求范围之内。一般情况下：220V

±15V、24V

±1V、

5V

±5%开入信号查对单点开出试验事故停机流程试验：模拟各事故信号，检查LCU流程/常规水机保护启动情况，动作情况，上位机报警情况无水开机试验：由中控室发机组空转令，检查辅助设备投入情况和导叶打开情况。要求：在流道无水的条件下进行（根据现场实际情况，模拟相应水信号。若冷却水为流道取水