电站计算机监控系统学习实例教程.docx
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电站计算机监控系统学习实例教程
某某电站计算机监控系统
1.水电发电设备监控的要求
（1）电网对水轮发电机组控制的要求
水轮发电机组的控制调节灵活，与火电厂相比，机组的启动和停止要求非常迅速，有时更要求频繁对负荷进行调节；另外，在电力系统的经济运行中，还必须考虑长距离输电的线路损耗，这都对电站计算机监督控系统提出了高要求。
（2）水轮发电机组控制的特殊性
水轮发电机组如何在运行时避开振动、汽蚀区，如何对油泵、水泵进行合理地切换这都是水轮发电机组常要面临的问题。
水电厂的自动化不仅要实现机组一级的自动化，还要实现电厂一级的自动化，即不仅要求机组、开关站及辅助设备实现自动监控，还要将全厂电气系统作为一个整体实现统一的监控；同时监控系统还要考虑水力系统对运行方式的制约，实现能与水库优化调度计划相协调的优化控制等等。
2.某某水电站计算机监控系统的设计原则
（1）某某水电站按“无人值班（少人值守）”的管理模式设计。
运行初期在电站地下厂房中控室安排少量值班人员，系统稳定运行后运行人员将在某某枢纽管理综合楼电站控制室值班，电站地下厂房中控室将不再安排值班人员。
计算机监控系统要与第一台机组同时投运。
（2）计算机监控系统能实现电站机组及其附属设备、全厂公用设备、断路器、隔离开关、接地刀闸等主要机电设备的远方控制，并具有事故分析和处理能力。
（3）计算机监控系统能完成与广西电网调度中心、某某电网调度中心、水情自动测报系统、主坝计算机监控系统、视频监视系统、电站继电保护信息管理系统、枢纽生产管理系统之间的通信。
（4）按电网调度自动化的要求将电站的主要信号和参数送至调度中心，并按调度中心给定方式，实现电站的优化调度、安全、稳定及经济运行。
（5）系统采用全分布、全开放系统，LCU这样的控制器应具有能独立工作能力，所有应用软件为模块式并且能同时运行。
（6）计算机监控系统能提供整个电站在正常和事故情况下可靠的操作环境和良好的实时响应特性。
（7）人机接口界面友好、操作方便。
3.某某水电站计算机监控系统的结构
系统结构图如下图
电站计算机监控系统由相互连接成网的如下设备组成：
2套厂级管理工作站，3套操作员工作站，1套工程师工作站，3套通信处理站，1套电话语音报警处理站，1套打印处理站，4套机组现地控制单元（LCU），1套升压站现地控制单元（LCU），1套公用设备现地控制单元（LCU）。
此外还应包括1套模拟返回屏，1台大屏幕投影仪，2台激光打印机，2台喷墨打印机，2台全厂公用便携式人机接口MMI，1套GPS时钟装置以及1套电站控制级UPS电源（含2台冗余UPS）。
（1）电站控制级
①2套厂级管理工作站，2套通信处理站，1套GPS时钟装置，1套电站控制级UPS电源将布置在地下厂房计算机室内。
②2套操作员工作站，1台大屏幕投影仪将布置在地下厂房中控室内；
③1套工程师工作站，1套打印处理站，4台打印机运行初期将布置在地下厂房计算机室，系统稳定运行后将布置在某某枢纽管理综合楼电站控制室；
④1套操作员工作站，1套通信处理站，1套语音电话报警处理站，1套模拟返回屏将布置在某某枢纽管理综合楼电站控制室。
（2）现地控制单元LCU
①机组LCU（LCUl～4）布置在主厂房发电机层相应机组旁，它们接收和处理相应水轮发电机组及其附属设备的有关信息，实现对水轮发电机组的监控，并与电站控制级计算机系统进行数据交换。
②升压站LCU（LCU5）布置在主变洞GIS层的继电保护室内，它采集和处理升压站的有关信息，实现对升压站电气设备的监控，并与电站控制级计算机系统进行数据交换。
③公用LCU（LCU6）布置在地下厂房计算机室，它采集和处理电站公用辅助设备、厂用电设备和直流系统设备的有关信息，实现电站公用辅助设备、厂用电设备和直流系统设备的监控，并与电站控制级计算机系统进行数据交换。
电站公用辅助设备包括油系统、气系统、水系统等辅助设备，厂用设备包括10kV系统、机组自用电400V系统、全厂公用电400V系统、地下厂房照明400V系统、进水塔400V系统配电设备，直流系统设备包括整流/充电装置、蓄电池组、母线及馈线设备等。
（3）各设备的主要参数
4.某某水电站计算机监控系统的主要功能
（1）控制方式
①LCU可直接实现对相应机组、闸门、断路器等设备的控制。
②电站控制级能将控制、调节命令发到各LCU实现对电站机组、断路器等的控制。
③调度中心的调控命令和电量设定值可发到电站控制级计算机系统，由电站的各LCU实现对电站机组、断路器等的控制。
（2）控制权限
①在LCU实现的现地控制；
②在电站控制级计算机上实现的远方控制；
③通过调度中心计算机实现的远方控制；
各级之间的转换可通过切换开关（例如，装在LCU上的现地/远方开关）和/或软件切换来实现。
（3）某某水电站计算机监控系统的主要功能：
数据采集与监视控制（SCADA）；数据交换；人机接口；自动实时控制；电站经济运行；调度自动化；事故分析和处理；历史资料管理。
①电站控制级的功能
A：
数据采集和处理（周期性采集、更新、存储、分析和处理）；
B：
运行监视和事件报警（状态变化监视、趋势分析和越限检查、过程监视、监控系统异常监视并进行报警处理、事故和报警报告）；
C：
电站经济运行（根据机组运行限制条件、避开机组振动气蚀等约束条件，计算在当前水头下电站的机组最优开机组合及运行机组间的最优负荷分配，该系统可开环控制也可闭环控制）；
D：
自动电压控制（AVC实现各台机间无功功率的合理分配，可开环可闭环将信号直接作用于励磁调节器）；
E：
人机界面（访问控制、局部以及全局的画面显示和交互操作、电站运行参数模拟返回屏）；
F：
事故分析和处理（当电站中任一或多个设备发生事故时，如水轮发电机组、主变压器、输电线路事故等，电站计算机监控系统应根据事故的情况制定处理措施，自动起动相应的处理程序，以保证电站的安全）；
G：
运行管理指导（建立设备运行档案、数据库的主要数据传送至枢纽生产管理系统）；
H：
历史资料系统（收集经过计算机处理后的数据，具有查询和检索的功能）；
I：
统计和制表打印（可方便的查询、分类打印报表以及重要事件的相关信息）；
J：
系统自诊断和自恢复（掉电保护、看门狗等）；
K：
通信功能（局域网上各节点的通信采用双重冗余频率为100Mbps的交换式以太网，采用光纤通信；与调度的通信既有光纤通道，也有载波+微波混合通道；与视频监视系统、主坝计算机监控系统、水情自动测报系统、程控电话交换机和移动短信服务器、枢纽生产管理系统均采用串口通信，仅允许电站计算机监控系统单向向枢纽生产管理系统传输数据和信息，通信介质为屏蔽电缆）；
L：
GPS同步时钟系统（GPS主时钟发出参考时钟信号对各工作站计算机和各LCU的内部时钟进行时钟同步）；
M：
语音电话报警（分告警级别通过直接拨号电话和移动短信业务发出告警信号）；
厂级管理管理工作站的功能：
管理全厂的运行自动化。
即全厂经济管理（EDC）;自动发电控制（AGC）；自动电压控制（AVC）；事故分析及事故处理；历史数据保存及检索管理；运行报表打印等。
厂级管理管理工作站配置两台冗余计算机。
操作员工作站的功能：
操作员工作站是全厂集中监视和控制的中心和人机接口,用来实现水电厂的实时图形显示、各种事件的发布、各种报表显示、报警和复归的显示、系统自诊断信息的显示、设备的控制操作、系统配置等各种操作处理。
操作员工作站还作为厂级管理管理工作站部分功能的备用。
工程师工作站的功能：
工程师站除具有程序开发、调试以及培训仿真等功能外，并兼有操作员工作站的全部功能，还作为操作员工作站的冷备用。
通讯处理站的功能：
通信处理机站是电站监控系统与其他系统的输入/输出接口,负责与主坝闸门监控系统、升船机自动化系统、火灾监测自动控制和报警系统、水情自动测报系统之间的串行通信。
并与广西电网调度中心某某地网调度中心和广西防汛调度中心通信。
还完成模拟返回屏信号处理、输出和实现语音报警。
②机组现地控制单元LCU的功能
LCU主要就是就地对机组运行实现监视和控制，布置在发电机附近，是计算机监控系统较底层的控制部分。
原始数据在此进行采集，各种控制调节命令都最后在此发出，因此可以说是整个监控系统很重要的、对可靠性要求很高的“一线”控制设备。
在上位机系统出现故障或退出运行时，LCU仍能正常运行和实现对水轮发电机组发电的基本控制。
A：
数据采集和处理（包括模拟量和数字量）；
B：
控制操作和调整（机组工况的变换和发电工况运行参数的调整）；
C：
机组流程控制（启动、正常停机、事故停机具体流程未定）；
D：
手动紧急停机；
E：
通信（与电站控制级计算机、保护系统以及其他智能装置的通信）；
F：
水力机械保护（如温度异常保护、油压异常保护、机组过速保护、剪断销剪断保护、油位和水位异常保护、冷却水中断保护、轴电流保护、火灾保护等）；
G：
同期（自动和手动准同期）；
H：
人机联系（靠LCU屏上的TFT触摸屏和按钮来实现的）；
I：
时钟同步（具有与电站控制级同步的实时时钟）；
J：
自诊断（故障诊断能定位到电路板，对于冗余模件，故障时能自动切换到备用模件）；
③升压站现地控制单元LCU的功能
升压站LCU作为开放式全分布系统的一个节点，负责升压站主变压器、高压厂用变压器、断路器、隔离开关、接地刀闸等各主要电气设备的自动监视和控制，功能与机组LCU类似。
④公用现地控制单元LCU的功能
公用LCU作为全分布系统的一个节点，负责10kV厂用电系统、0.4kV厂用电系统（含主要出线断路器位置监视）、直流电源系统、电站高压空压机、电站低压空压机、电站渗漏排水泵、电站检修排水泵、公用技术供水系统等辅助设备的自动监视和控制。
⑤全厂公用便携式人机接口MMI的功能
便携式MMI用于电站计算机监控系统LCU的维护和调试工作，具有测试LCU通讯接口的功能，利用便携式MMI可通过局域网访问任意一台LCU，并可实现对LCU进行故障诊断、程序修改、装载、启动等功能。
便携式MMI应可共用，因此它应可以用于整个所有的LCU。
5.机组的自动化元件
从压力开关、温度开关、液位开关、流量开关以及振动摆度、轴位移传感器等来的电量模拟量、脉冲量、非电量模拟量经相关变送器转换后输入LCU，经LCU完成逻辑计算，发令至机组或公用设备中参与控制的各种电磁阀来实现设备的自动控制。
水力监测系统的一些传感器布置图如附图。
6.监控系统试验、验收
由于水电厂计算机监控系统试验测试的项目多且因电厂情况不同而要求各异，以下引用了DL/T822-2002《水电厂计算机监控系统试验验收规程》的相关规定：
检验项目
工厂试验及验收
出厂验收
现场试验及验收
产品外观、软硬件配置及技术文件检查
√
√
√
现场开箱、安装、接线检查
√
绝缘电阻测试
√
√
√
介电强度试验
√
功能与性能测试
1）模拟量数据采集与处理功能测试
√
√
√
2）数字量数据采集与处理功能测试
√
√
√
3）计算量数据采集与处理功能测试
√
√
√
4）数据输出通道测试
√
√
√
5）其他数据处理功能测试
√
√
√
6）控制功能测试
√
√
√
7）功率调节功能测试
√
√
√
8）自动发电控制（AGC）功能测试
√
√
√
9）自动电压控制（AGC）功能测试
√
√
√
10）人机接口功能测试
√
√
√
11）系统时钟、时钟同步及不同现地控制单元间
的事件分辨率、雪崩处理能力测试
√
√
√
12）通信功能测试
√
√
√
13）应用软件编辑功能测试
√
√
√
14）系统自诊断及自恢复功能测试
√
√
√
15）其他功能测试
√
√
√
16）实时性性能指标检查及测试
√
√
√
17）CPU负荷率、内存占有率、磁盘使用率等性能指标测试
√
√
√
电源适应能力试验
√
√
连续通电检验
√
√
可用性（或可利用率）考核
√
7.检修项目及标准
根据个人的理解列出一些，仅供参考：
序号
现地控制级单元LCU检修项目
标准
1
各I/O控制板及端子板检查
接口、板面清洁干净
外观检查正常
2
转接屏端子紧固及电缆整理
端子牢固
3
机组LCU各输入输出回路信号检查校对
信号校对正常
4
屏柜卫生清扫
卫生清扫干净
5
继电器校检
校检合格
6
模拟量输入板校检
校检合格
7
各回路绝缘检查
绝缘合格
8
UPS电源检查及充放电试验
试验正常
9
主监视器硬件及配置参数检查
参数正常
10
上位机画面检查及修改
检查正常
11
数据库修改及安装
安装后正常
12
整组模拟试验
动作成功
13
自动开/停机试验
试验成功
序号
控制级设备检修项目
标准
1
盘柜的检修
盘柜整体无尘土、污垢，无锈蚀点;端子排洁净、无尘，端子白头清晰，接线与图纸无误，端子连接良好;各接地线连接良好;电缆牌清晰、完整、无误，电缆洞封堵良好
2
显示器的检修
只作外观洁净、无尘;内部结构检修由外部专业人员完成。
3
电源配置单元的检修
模块洁净、无尘;电路板无开焊、虚焊现象;开关、保险无异常;各连接线缆连接牢固，核对无误;连机上电后检查各部电源正常
4
硬盘单元的检修
模块洁净、无尘;电路板无开焊、虚焊现象;各连接线缆连牢固、正确;连机上电后硬盘灯点亮正常
5
报表打印计算机检修
各部件洁净、无尘;各连接线连接牢固、正确;报表打印计算机系统各项功能正常
6
不间断电源的检修
工作正常
7
系统检查与试验
机组远方自动开机试验、机组远方负荷调节试验、机组远方停机试验、断路器远方分、合闸试验、断路器同期合闸试验、隔离开关远方分、合闸试验、设备控制功能远方投、退试验、机组联合控制试验、故障、报警信号传输试验都正常
附页1：
各设备的主要参数
厂级管理工作站
制造厂
美国SUN
产品目录/型号
SUNBlade2000
CPU
1.2GHz
RAM
1G
硬盘
73GB
光驱
10XDVD
刻录机
40X40X12
软驱
1.44M
显示适配器存储器容量
32M
通信接口类型/数量
2个RS232C/R423（DB25-F）1个RJ-45（可加至4个）
操作员工作站
制造厂
美国SUN
产品目录/型号
SUNBlade2000
CPU
1.2GHz
RAM
1G
硬盘
73GB
光驱
10XDVD
刻录机
40X40X12
软驱
1.44M
显示适配器存储器容量
32M
通信接口类型/数量
2个RS232C/R423（DB25-F）1个RJ-45（可加至4个）
工程师工作站
制造厂
美国SUN
产品目录/型号
SUNBlade2000
CPU
1.2GHz
RAM
1G
硬盘
73GB
光驱
10XDVD
刻录机
40X40X12
软驱
1.44M
显示适配器存储器容量
32M
通信接口类型/数量
2个RS232C/R423（DB25-F）1个RJ-45（可加至4个）
通信处理站
制造厂
台湾ADVANTECH
产品目录/型号
AWS-8259V
CPU
2.4GHz
RAM
512M
硬盘
36X2GB
光驱
24XCD-ROM
软驱
1.44M
显示适配器存储器容量
64M
通信接口类型/数量
COM/2，LPT/1
语音报警处理站
制造厂
台湾ADVANTECH
产品目录/型号
AWS-8259V
CPU
2.4GHz
RAM
512M
硬盘
36X2GB
光驱
24XCD-ROM
软驱
1.44M
显示适配器存储器容量
64M
通信接口类型/数量
COM/2，LPT/1
模拟返回屏
制造厂
南京双有
结构型式
屏体拼装
尺寸
6000×2500×600mm
亮度
20db
电源
220Vac/220Vdc±10%/46~55Hz
GPS时钟装置
制造厂
南瑞集团
时钟精度
1μs
电源
198~242V/47~63Hz
UPS电源
逆变器
制造厂
ABB
容量
15kVA
蓄电池
制造厂
HOPPECKE
型式
阀控式密封铅酸蓄电池
容量
12V200Ah
电压
12V/节，总共384VUPS
外形尺寸
560×835×1470mm
电池柜
1100×835×1470mm
机组LCU
输入/输出量总量
开关量输入
288点
SOE量输入
32点
脉冲量输入
0点
模拟量输入
32点
温度量输入
160点
开关量输出
64点
模拟量输出
4点
通信接口类型/数量
RS485/8个口
触摸屏
输入通道数
160
精度
0.5％
电源
AC/DC220V/50Hz
微机温度巡检装置
输入通道数
160
精度
0.5％
电源
AC/DC220V/50Hz
微机自动准同期装置
电源
220Vac/220Vdc/50Hz
对外电磁场的屏蔽措施
可靠接地
升压站LCU
输入/输出量总量
开关量输入
768点
SOE量输入
96点
脉冲量输入
0点
模拟量输入
32点
温度量输入
16点
开关量输出
192点
模拟量输出
0点
通信接口类型/数量
公用LCU
输入/输出量总量
开关量输入
256点
脉冲量输入
0点
模拟量输入
16点
温度量输入
8点
开关量输出
96点
模拟量输出
0点
通信接口类型/数量
MB+/1个，RS485/12个
变送器
交流电压
变送器
制造厂
台湾独资祥正苏州祥正
输入电压信号
0~300V
输出电流
4～20mA
精度
±0.5%
直流电压
变送器
制造厂
台湾独资祥正苏州祥正
输入电压信号
0~600V
输出电流
4～20mA
精度
±0.5%
交流电流
变送器
制造厂
台湾独资祥正苏州祥正
输入电流信号
0~300A
输出电流
4～20mA
精度
±0.5%
直流电流
变送器
制造厂
台湾独资祥正苏州祥正
输入电压信号
0~600V
输出电流
4～20mA
精度
±0.5%
频率变送器
制造厂
台湾独资祥正苏州祥正
输入电压信号
0~150V
输出电流
4～20mA
精度
±0.2%
有功功率
变送器
制造厂
台湾独资祥正苏州祥正
输入电流信号
0~1.2A
输入电压
85~150V
输出电流
4～20mA
精度
±0.5%
无功功率
变送器
制造厂
台湾独资祥正苏州祥正
输入电流信号
0~1.2A
输入电压信号
85～150V
输出电流
4～20mA
精度
±0.2%
智能交流电量采样装置
制造厂
Schneider
输入电流信号
1～5A
输入电压信号
0～480V
频率
45～65Hz
精度
电流0.5级，电压0.5级，功率1级，频率0.1级
通信接口
RS485
通信规约
Modbus
最高传输速率
19.2k
智能电能计量表
制造厂
深圳龙电
输入电流信号
1～5A
输入电压信号
3×220/380V
频率
50Hz
精度
0.5%
输出型式
串口
通信接口
RS485
通信规约
Modbus
最高传输速率
19.2k
升级会员 