凤凰水电厂二级B站自动化监控技术改造

凤凰水电厂二级B站自动化监控技术改造

钟碧娥

钟碧娥

广东省潮州市凤凰水电厂广东潮州515655

摘要：针对凤凰水电厂二级B站自动化监控系统运行中出现的现象进行检查和分析，对B站自动化监控技术提出了新的要求，并做出了改造，为水轮机发电机稳定工作运行提供了保障，提高电站的安全生产水平。

关键字：水电厂；自动化监控；安全生产；

一、设备概况

广东省潮州市凤凰水电厂位于广东省潮安区北部山区，凤凰水电站由凤凰水库、坝后电站（凤凰一级）和白藤坑引水式电站（凤凰二级）组成。凤凰水电站二级B站于2003年进行技术改造工程，技术改造方案以改造机电设备为主，更新改造后的凤凰二级水电站B站装机2×1.2万千瓦。

凤凰二级电站B站2003年改造后计算机监控系统是由许继电气股份有限公司设计开发的，采用的是分层分布式结构。自改造完成后，运行情况基本稳定，提高了电厂的经济效益和劳动生产率，计算机监控系统的运行，标志着凤凰水电厂的发电设备自动化程度上了一个新台阶。

但是，由于上一代监控装置设计较早，建设工期较长，特别是现地控制单元LCU运行日久，监控系统逐步暴露出较多的缺陷，如硬件老化、硬件档次低、软硬件为非标准产品，其维护较困难、监控系统改造不彻底，很多阀门、刀闸等仍需要手动操作，这套系统的上位机部分也由于开发时间较早，所用设备比较落后，运行速度慢，再加上运行时间较长，设备老化，各种板卡经常出现故障，因现在厂家早已不生产同类产品，一旦板卡出现故障，往往不能及时更换。而且许继电气股份有限公司外购的部分设备，或设备已停产、或厂家已结业，导致一旦设备故障后无法更换或维修。

另外由于目前各站上位机与机组LCU通讯采用的是总线式以太网结构，某一台的收发器出现故障会影响整个网络的通讯，这些因素都严重影响了电厂计算机监控系统的正常运行，使维护工作显得非常被动，直接影响了电厂安全发供电。

二、监控系统改造的必要性

为提电站的安全生产水平，适应水电厂“无人值班”(少人值守)的发展需要并结合现场实际情况，有必要对现有监控系统加以改造。

1、不能适应电厂“无人值班”(少人值守)的要求

根据原电力工业部电安生[19961484号文《关于水电厂“无人值班”(少人值守)的若干规定》要求，而现有的监控系统存着各种问题，要完成这一任务是比较困难的。

2、硬件落后。可靠性、通用性差

因当时的技术条件限制，现有的监控系统采用的是开放性较差的集中控制的硬件产品，造成电厂对生产厂家的依赖性过高，监控系统的维护、硬件升级均较困难。设备自诊断功能不强，不能准确判断坏模件，电厂无LCU模件的检测工具，LCU死机时常用更换模件的方式查找故障点，这样使维护的难度增大，也有可能造成备件损坏，故电厂必须储备较多的备品，备品占用资金较大，而且流程调试也不方便，需短接测点等，常做不下去，流程执行情况不能观察，很多时候报失败而不知是何原因。

3、监控系统软件的不足

如测点变更后修改面广，程序需重新编译或写片，过程复杂。与站控层上位机数据库联接较呆板，需一一对应，不是智能化的查询方式，数据库定义繁琐，人机对话交互图形可移植性差。网络通信功能扩充困难。系统不是采用面向对象的编程技术，用户维护不方便。有很多功能模件没有进行较全面的检查和试验，LCU通信通道的自我恢复功能不强。站控层上位机的AGC、AVC功能需要完善。

三、改造要求

1、凤凰二级电站B站工程自动化监控系统主要是电站自动化监控系统，要求信息收集及时，发电调度稳定可靠，设备控制、保护与配电保护设施完善。

2、将设备的实用性和可靠性放在首位，强调电站安全监控措施的自动化与信息化，建立避免设备失误和设备故障运行的信息化管理手段。

3、针对在电站工程周围均存在着多种不利于系统的各种电磁干扰源，特别是雷电和强电干扰，其自动化监控系统应具有抗恶劣环境的工作能力。

4、电站自动化监控系统力求操作简单，维护方便。

5、对于电站自动化监控系统网络结构要简明、灵活，便于扩充。

6、系统能实现远程监控和现地监控等多种控制操作方式。具有管理参数及运行数据的储存、越限报警、故障报警、实时显示及打印报表等多种功能。

7、此外，系统设计中还应坚持以下原则：

（1）可靠性。系统应能满足各种工况下电站设备的正常操作，能起到监测各设备的功能。

（2）实时性。系统应实时反映电站设备的运行状态和设备的运行参数。

（3）可扩展性。系统应为其扩展留有余量，如与其他系统间的联系，增加遥测站，增加测报参数，扩展中心站软件功能等。

（4）经济可行性。系统的操作运行应保证具有经济效益，并具有可行性。

（5）实用性。系统能使决策者全面获取电站的工况信息，能满足电站设备控制要求，能解决实际问题。

（6）对恶劣环境的适应性。自动化监控系统需具有很强的环境适应能力。具备同相关电站工程管理信息系统之间的信息交换功能，同时具有和上下级单位及兄弟单位之间的信息传输功能。决策者可通过操作系统及时准确地传输决策者的决策信息，从而使得电站运行安全高效。

四、改造内容

改造后电站计算机监控系统采用星型双以太网络（方案中没有体现按以太网配置，建议按照星型双以太网配置）、分层分布式结构，系统由中控层、网络层和现地控制层设备构成。中控层各站点功能相对独立，互不影响；现地层以间隔为单元，各个LCU功能也相对独立，在中控层故障的情况下，LCU仍能独立完成其监测和控制功能

（1）中控层

中控层是电站设备监视、测量、控制、管理的中心。中控室有操作员站、工程师培训站、数据库服务器、通信服务器、模拟屏（应该描述为大屏显示系统）、100/1000M以太网交换机、打印机、语音报警装置、GPS等设备，组成中控层设备。工作站具有强大内存、硬盘容量和处理功能，并配备可读写刻录机，实现数据永久保存，各配置高清晰度液晶显示器。

中控室值班人员可在控制台上的操作员工作站对任意一台机组进行开、停机，增减负荷及同期并网等控制操作，并可对全站主要电气设备以及坝区各闸阀进行控制操作和监视。运行过程中，当设备出现事故或故障的情况下，中控室控制台上的监控显示器能弹出报警画面，同时起动音响装置发出相应的语音信号，并按事故性质使机组与系统解列或停机等。通信服务器用于与上级调度部门及与相关水管理部门通讯。数据库服务器对电站运行的实时和历史数据存取与更新管理，数据库完整性管理和数据安全性管理，数据库的查询和操纵功能，数据库维护等功能。

（2）现地层

现地层由机组LCU、公用设备及升压站LCU、前池LCU以及辅机控制单元组成，不同的控制对象分散在各个机旁，或是中控室。在中控层及网络层故障的情况下，现地层仍能独立完成各间隔的监测和控制功能。现地层各LCU完成各单元的任务，相互独立，一个LCU故障不会影响其他LCU的运行。

电站设有5块LCU屏，其中机组LCU屏2块，主要是对发电机组及其辅助设备、主变压器进行实时状态监视和控制；电站公用LCU屏1块，对电站公用设备如厂用电系统、油系统、水系统、汽系统和直流系统等设备进行实时监视和控制；电站开关站LCU屏1块，对母线、断路器、隔离开关、接地刀闸等设备的状态监视和控制；闸门LCU屏1块，对前池水闸进行监控。

站内辅机设备按一对一设置辅机设备控制箱，完成对辅机设备的自动操作，各LCU屏、辅机设备控制箱采用可编程控制器（PLC）完成数据的输入输出和逻辑控制功能。各辅机控制设备采用总线方式与对应LCU屏连接，实现数据的上传、命令的下达。

（3）网络层

网络层是中控层与现地层数据传输通道通。为了提高系统的可靠性以及分担数据流量、减轻网络负荷，本工程数据传输采用双以太网结构。正常时，设备的数据交换分配在两个网络上，当某个网络发生故障的时候，立即自动切换到非故障的网络上，保证系统得正常通讯。现地层与中控层采用光纤通讯。

五、结束语

凤凰水电厂二级电站B站利用电站自动化监控系统实现电站设备的自动控制、远程控制、状态监视，及时发现与处理设备故障，增加设备运行可靠性，实现现地无人值班、少人值守的目的，为改善电站的运行条件，提高发电率，促进电站经济的可持续发展做贡献。