第3章：现地控制单元(LCU)课件

水电厂计算机监控系统主讲：贾振国长春工程学院能源动力工程学院电站控制教研室水电厂计算机监控系统主讲：贾振国长春工程学院能源动力工程学1第三章：现地控制单元（LCU）现地控制单元（LCU）概述

一二LCU的结构类型

LCU典型应用实例

三四LCU的机组顺控操作三峡右岸电站LCU系统简介五水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院第三章：现地控制单元（LCU）现地控制单元（LCU）概述2一、LCU在监控系统中的地位---监控系统的基础

1、LCU:LocalControlUnit 2、RTU:RemoteTerminalUnit二、LCU的发展阶段

1、由继电器构成的机组自动屏

2、采用固态元件构成的布线逻辑

3、以计算机为基础的LCU三、LCU的基本功能

1、数据采集与处理---正常状态、事故状态

2、控制与调节---设备运行方式控制、机组控制调节

3、通信---与电厂级通信、与智能化单元装置通信

4、时钟同步---保证事件顺序记录的统一时钟

5、自诊断---在线自诊断、离线自诊断

6、人机接口---运行人员进行监视、控制的桥梁§3.1LCU概述

水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院一、LCU在监控系统中的地位---监控系统的基础§3.13§3.2LCU的结构类型

一、以PLC为基础的LCU（一）基本结构：水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院§3.2LCU的结构类型一、以PLC为基础的LCU4（二）基本组成：

CPU

存储器 控制器： 通信模块 电源模块 内部总线

CPUPLC-BasedLCU: 智能I/O模块： I/O组件 内部总线 电量采集装置 温度量采集装置 智能单元装置：微机励磁调节器 微机调速器 微机同期装置

……§3.2LCU的结构类型

水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院（二）基本组成： CP5 丰满水电厂计算机监控系统结构

§3.2LCU的结构类型

水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 丰满水电厂计算机监控系统结构§3.2LCU的结构类6特点： ①机组的数据采集、控制调节功能全部由PLC完成 ②主站用于连接实时性要求高的点，如水机回路输入与控制信号 ③远程站用于连接实时性要求不高的点，如部分压力量、液位量 ④现地计算机主要用于通信和人机联络§3.2LCU的结构类型水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院特点： ①机组的数据采集、控制调节功能全部由PLC完成§3.7中型水电厂PLC-BasedLCU实例---福建永安安砂水电厂

（1）安砂水电厂概况：安砂水电厂位于福建沙溪上游九龙溪中段永安市安砂镇，为沙溪流域的龙头电站，装机容量11．5万kW。1975年电厂投产发电。1999年3月，电厂实现“无人值班”（少人值守）。§3.2LCU的结构类型水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院中型水电厂PLC-BasedLCU实例---福建永安安8

（2）安砂水电厂计算机监控系统结构：§3.2LCU的结构类型水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 （2）安砂水电厂计算机监控系统结构：§3.2LCU的结9★安砂水电厂控制室：§3.2LCU的结构类型水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院★安砂水电厂控制室：§3.2LCU的结构类型水电厂10★计算机监控控制室与常规控制室对比：安砂水电厂控制室：三明东牙溪水库坝后电站控制室

（115MW）(2x1250+630=3130KW)§3.2LCU的结构类型水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院★计算机监控控制室与常规控制室对比：§3.2LCU的结构11（3）安砂水电厂LCU配置：配置原则： ①按“无人值班”（少人执守）要求设计，实现对机组、主变及辅助设备的全自动化监视、控制和操作。 ②取消原水轮机及其公用辅助设备的常规集中控制部分，机组顺控全部由LCU的PLC完成. ③每台机组一套LCU,公用系统一套LCU,开关站一套LCU。 ④中型电厂LCU可非冗余配置。 ⑤LCU能够与调速器、励磁调节器等进行通信。硬件配置： ①每台LCU的主控制器均为MODICON的984-685系列PLC。 ②I/O接口采用MODICON的984-800系列PLC模块。软件配置：

LCU采用MODSOFTPLC编程软件。§3.2LCU的结构类型水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院（3）安砂水电厂LCU配置：§3.2LCU的结构类型12（4）LCU主要功能：

①数据采集及分析处理功能：周期<50ms,重要量1ms ②事件顺序记录功能:时标分辨率1ms ③事故追忆功能：事故前30s:60点/s；事故后：120点/s ④辅助设备集中控制功能:油、水、风系统设备 ⑤人机联系功能：现地可以进行操作（5）主要效益： ①缩短开机时间—节约水能 ②提高劳动生产率—减人增效§3.2LCU的结构类型水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院（4）LCU主要功能：§3.2LCU的结构类型水电13★安砂水电厂机组LCU:§3.2LCU的结构类型水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院★安砂水电厂机组LCU:§3.2LCU的结构类型水14小型水电厂PLC-BasedLCU实例---黑龙江黑河象山水电厂

（1）象山水电厂概况：象山水电厂位于黑龙江省黑河市附近，装有3台6MW的机组，装机容量18MW,属小型水电站。其自动化水平在我国小水电站中处于领先地位。

（2）计算机监控系统结构：§3.2LCU的结构类型水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院小型水电厂PLC-BasedLCU实例---黑龙江黑河15（3）LCU配置方案选择：

①对LCU的基本功能要求 ☆自动开机、停机

☆有功功率、无功功率闭环调整

☆高速脉冲测机组转速

☆机组温度量巡回检测

☆采集机组所有电气、机械事故及故障信号

☆事故停机 ②LCU的I/O测点统计§3.2LCU的结构类型水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院（3）LCU配置方案选择：§3.2LCU的结构类型16 ③硬件方案比较§3.2LCU的结构类型水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 ③硬件方案比较§3.2LCU的结构类型水电厂计17（4）PLC在小型水电厂LCU应用中存在的问题

①模拟量输入成本高 ②中断型开关量输入能力差 ③通信组网方式不灵活§3.2LCU的结构类型水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院（4）PLC在小型水电厂LCU应用中存在的问题§3.218§3.2LCU的结构类型二、以IPC或MPU为基础构成的LCU(一）以IPC或MPU加一般I/O加智能I/O结构

1、结构图：水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院§3.2LCU的结构类型二、以IPC或MPU19

2、基本组成：

（1）主控制器：由CPU、存储器、通信模块、I/O模块构成。

◆

CPU:一般采用16位以上，冗余配置 ◆

通信模块：与电厂网络采用冗余配置，与现场总线可非冗余配置。 ◆

I/O模块：根据I/O点数配置 ◆

存储器：按40%以上裕度配置（2）子控制器：指远程I/O、微机调速器、微机励磁调节器、微机保护装置、微机温度采集装置、微机电量采集装置

（3）现场总线：连接主控制器和子控制器，双总线配置，一般采用光缆§3.2LCU的结构类型水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 2、基本组成：§3.2LCU的结构类型水电厂计算202、特点：①无智能I/O接口 ②所有模拟量通过变送器接入模入通道(二）以IPC或MPU加一般I/O结构§3.2LCU的结构类型1、结构图：

水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院2、特点：①无智能I/O接口(二）以IPC或MPU加一21

3、提高LCU可靠性的途径②配置一台工控机的LCU结构

①配置两台工控机的LCU结构§3.2LCU的结构类型水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 3、提高LCU可靠性的途径②配置一台工控机的LCU结构①22§3.2LCU的结构类型三、以IPC+PLC构成的LCU1、基本结构：水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院§3.2LCU的结构类型三、以IPC+PLC23§3.2LCU的结构类型2、产生原因：3、基本组成：（1）对微机可靠性的担忧（2）早期PLC组网功能弱（3）早期PLC模入成本高（1）工控机（2）PLC机组顺序控制器（3）微机单元装置水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院§3.2LCU的结构类型2、产生原因：3、基本24§3.3LCU的结构实例典型实例1—新丰江电厂(3*72.5+1*85=302.5MW)

LCU水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院§3.3LCU的结构实例典型实例1—新丰江电厂(25典型实例2—大广坝电厂（4*60MW)

LCU

§3.3LCU的结构实例水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院典型实例2—大广坝电厂（4*60MW)LCU§3.326典型实例3—三峡水电厂LCU

§3.3LCU的结构实例水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院典型实例3—三峡水电厂LCU§3.3LCU的结构27典型实例4—南瑞LCU—工控机直接接入方式

§3.3LCU的结构实例水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院典型实例4—南瑞LCU—工控机直接接入方式§3.28典型实例5—南瑞LCU—触摸屏+PLC方式

§3.3LCU的结构实例水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院典型实例5—南瑞LCU—触摸屏+PLC方式§329典型实例6—南瑞LCU—控制面板+PLC方式

§3.3LCU的结构实例水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院典型实例6—南瑞LCU—控制面板+PLC方式30典型实例7—南瑞LCU—SJ600双机双网模式

§3.3LCU的结构实例水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院典型实例7—南瑞LCU—SJ600双机双网模式31一、水轮发电机组的运行工况及其转换流程

1、常规机组（1）运行工况：停机发电调相（2）工况转换：六种停机状态发电状态调相状态①②③④⑤⑥§3.4LCU的机组顺控操作水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院一、水轮发电机组的运行工况及其转换流程停机状态发电状态调322、抽水蓄能机组（1）抽水蓄能机组的特点（2）运行工况：停机发电发电调相抽水调相抽水（3）常用运行工况转换：停机状态抽水状态抽水调相状态发电状态发电调相状态抽水方向抽水方向发电方向发电方向§3.4LCU的机组顺控操作水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院2、抽水蓄能机组停机状态抽水状态抽水调相状态发电33二、机组及其辅助设备自动化的内容

1、对机组润滑系统的自动化要求

（1）需要润滑的部件①推力轴承②发电机导轴承③水轮机导轴承

（2）润滑油循环方式①自循环式润滑系统②强迫油循环式润滑系统特征：A、一般用于大轴卧式机组。

B、需要设置高位油箱、回油箱、油泵和冷却水系统。 （3）对润滑系统的自动化要求

①双轴承油泵以主、备方式工作。②轴承油槽油位监视，不正常时发出故障报警信号。§3.4LCU的机组顺控操作水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院二、机组及其辅助设备自动化的内容§3.4LCU的机组顺控342、对机组冷却系统的自动化要求

（1）对轴承的冷却系统自动化要求 ①装设冷却水示流信号器②在轴承处设置温度信号器和温度传感器（2）对水轮发电机冷却系统自动化要求 冷却方式：空气冷却式水冷却式蒸发冷却式 要求：A、开机时投入冷却水电磁阀，示流信号器监视水流量

B、设置温度传感器监视冷却系统的进出口温度。

C、设置温度传感器监视定、转子及铁芯等部位温度。3、对水轮机密封装置的自动化要求

（1）对主轴密封的要求 （2）对检修密封的要求4、对水轮发电机制动系统的自动化要求（1）对机械制动的要求（2）对电气制动的要求§3.4LCU的机组顺控操作水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院2、对机组冷却系统的自动化要求§3.4LCU的机组顺控操35三、LCU机组顺序操作程序的设计原则2、停机命令优先于发电和调相命令，在开机过程中、发电状态和调相状态均可以执行停机命令，一旦停机命令被选中，其它控制均被禁止。3、操作过程中的每一步操作，军设置启动条件或以上一步操作成功为条件，仅当启动条件具备后，才解除对下一步的操作闭锁，允许下一步操作。若操作条件未具备，发出故障信号。4、对每一步操作命令，均需检查其执行情况。5、操作过程中(除停机过程)，若机组设备发生事故或运行状态发生变化，不允许操作继续进行时，应自动中断过程使程序退出。1、在操作人员发出机组操作命令后，LCU可以自动按预先设定的流程完成全部的操作，也可以在操作人员的干预下进行单步操作。§3.4LCU的机组顺控操作水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院三、LCU机组顺序操作程序的设计原则2、停机命令优先于发电36一、开机条件检测1、进水口闸门全开2、机组无事故3、导叶锁定拔除4、断路器在开断位置5、制动闸落下四、竖轴反击式水轮发电机停机转发电操作程序流程二、开辐机1、工作油泵故障时，延时后投备用油泵，两泵故障转停机。2、出现冷却水中断信号后经延时发冷却水故障信号。3、若开启密封水电磁阀并经过延时后，无密封水信，发密封水故障信号。STEP1开机令开机条件具备？STEP2N故障1投高压减载油泵投密封水电磁阀投冷却水电磁阀高压减载油泵运行？T≥T1?NN①②Y水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院一、开机条件检测1、进水口闸门全开四、竖轴反击式水轮发电机停37停机转发电操作程序流程①YY②故障2投备用油泵备用油泵运行？NT≥T2?NY故障3有冷却水？NT≥T3?NYY故障4Y有密封水？NT≥T4?NY故障5Y③高压减载油泵已运行水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院停机转发电①YY②故障2投备用油泵备用油38三、启动调速器1、启动调速器，将开度限制开至空载开度。2、当导叶位置在空载位置时，程序自动解除对下一步的闭锁。③YSTEP3投入调速器导叶在空载开度？NT≥T5NY故障6Y转速>80%额定转速？NT≥T6故障7Y投励磁装置STEP4④Y四、投励磁装置1、如采用准同期方式，当转速上升至80%额定转速时，投入励磁装置。2、检测发电机端电压，在故障判断时间T7内，使发电机端电压升至90%

额定电压。停机转发电操作程序流程有密封水水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院三、启动调速器1、启动调速器，将开度③YSTEP3投入调速器39④90%端电压？NT≥T7?NY故障8Y转速>95%？NT≥T8?NY故障9Y五、停高压减载油泵六、投准同期装置1、电压>90%额定电压2、转速>95%额定转速泵停运？切除高压减载油泵STEP5YNT≥T9?NY故障10YSTEP6投入准同期装置⑤停机转发电操作程序流程励磁装置已投入水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院④90%端电压？NT≥T7?NY故障8Y转40⑥准同期投入？NT≥T10?NN故障11Y断路器合闸？NT≥T11?NY故障12Y打开开度限制至全开开度限制全开位置？NT≥T12?NY故障13Y开机完成七、合发电机断路器1、同期装置自动调节电压和频率，监视相角差，自动发断路器合闸信号。2、断路器合闸后，程序自动解除对STEP8的闭锁。STEP7STEP8八、打开开度限制至全开1、调速器自动打开开度限制至全开，为机组带负荷创造条件。2、停机转发电过程完成停机转发电操作程序流程投准同期装置水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院⑥准同期投入？NT≥T10?NN故障11Y41STEP1发电转调相令STEP2减有功、无功功率为最小T≥T1?NN①有功、无功功率为最小？故障1开度限制至全关导叶全关？T≥T2?NNYY故障2五、竖轴反击式水轮发电机发电转调相操作程序流程一、减负荷：

1、接到调相令后自动减有机组功、无功功率为最小。2、机组有功、无功功率为最小时自动解除对STEP2的闭锁二、关闭开度限制1、关闭开度限制为全关。2、导叶全关时，机组进入调相运行状态解除对STEP3闭锁水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院STEP1发电转调相令STEP2减有功、无功42YSTEP3开补气电磁阀补气阀打开？NT≥T3NY故障3Y①调相状态三、调相压水给气电磁阀和调

相压水补气电磁阀操作1、调相压水给气电磁阀操作（1）转轮室水位超过设定上限水位时，开启调相压水给气电磁阀，将转轮室水位压下。（2）转轮室水位低于设定下限水位时，关闭调相压水给气电磁阀。2、调相压水补气电磁阀操作为弥补压缩空气的逸出，当进行调相运行时，开启调相压水补气电磁阀，持

续给转轮室补气。导叶已全关发电转调相操作程序流程水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院YSTEP3开补气电磁阀补气阀打开？NT≥T343§3.5三峡右岸电站LCU系统一、三峡右岸电站LCU系统简介1、LCU设置

机组LCU12套：#15--#18LCU（东方电机厂机组）

#19--#22LCU（法国ALSTOM机组）

#23--#26LCU（哈尔滨电机厂机组）开关站LCU2套：#33--#34LCU10KV厂用电LCU1套：#35LCU400V厂用电LCU1套：#36LCU辅助系统LCU1套：#37LCU模拟屏驱动LCU1套：#38LCU水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院§3.5三峡右岸电站LCU系统一、三峡右岸电站LC44§3.5三峡右岸电站LCU系统一、三峡右岸电站LCU系统简介

1、LCU设置

机组LCU控制柜配置

（1）GPS时钟部件（2）PLC主备CPU机箱（3）本地采集RIO机箱（4）工控机（5）交流采样百抄表（6）变送器（7）电度表（8）同期装置（9）水机保护回路（10）操作把手（11）通讯设备（12）电源回路（13）开出继电器等本地柜3面

远程测温柜5面

技术供水远程柜1面

水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院§3.5三峡右岸电站LCU系统一、三峡右岸电站LC45§3.5三峡右岸电站LCU系统一、三峡右岸电站LCU系统简介

2、LCU的硬件设备配置

（1）施耐德PLC（2）工控机或触摸屏（3）操作控制面板（4)准同期装置（5）转接端子（6）接口电路（7）电源（8）机柜等水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院§3.5三峡右岸电站LCU系统一、三峡右岸电站LC46§3.5三峡右岸电站LCU系统水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院§3.5三峡右岸电站LCU系统水电厂计算机监控系统47§3.5三峡右岸电站LCU系统一、三峡右岸电站LCU系统简介

3、LCU的配置特点

（1）双CPU主/热备用方式运行（2）双电源模块（3）双网络（4）热备方式（5）一体化工控机及触摸屏（6）掉电保护功能（7）电源恢复自动重启功能（8）时钟同步水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院§3.5三峡右岸电站LCU系统一、三峡右岸电站LC48§3.5三峡右岸电站LCU系统4

LCU

人

机

界

面

水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院§3.5三峡右岸电站LCU系统4

LCU

人

49§3.5三峡右岸电站LCU系统水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院§3.5三峡右岸电站LCU系统水电厂计算机监控系统50§3.5三峡右岸电站LCU系统水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院§3.5三峡右岸电站LCU系统水电厂计算机监控系统51§3.5三峡右岸电站LCU系统水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院§3.5三峡右岸电站LCU系统水电厂计算机监控系统52§3.5三峡右岸电站LCU系统水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院§3.5三峡右岸电站LCU系统水电厂计算机监控系统53二、三峡右岸电站LCU功能简介

§3.5三峡右岸电站LCU系统1、数据采集和处理2、安全运行监视3、控制与调节4、通迅·采集机组、主变和线路各种非电气量、电气量，经处理后上送全厂控制层（主控级）及现地显示。·采集机组、线路、厂变有功电度和无功电度并上送主控级。·