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发电厂的控制系统方案

作者:365手机版客户端 发布时间:2020-07-22 11:38 点击数:

  发电厂的控制系统.方案_其它_计划/解决方案_实用文档。发电厂的控制系统 SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition) 系统, 即数据采集与监视控制系统。 SCADA系统的应用领域很广,它 可以应用于电

  发电厂的控制系统 SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition) 系统, 即数据采集与监视控制系统。 SCADA系统的应用领域很广,它 可以应用于电力系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采 集与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系统以及电气 化铁道上又称远动系统。 SCADA 系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化 系统。它可以对现场的运行设备进行监视和控制,以实现数据 采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功 能。 由于各个应用领域对SCADA的要求不同,所以不同应用领 域的SCADA系统发展也不完全相同。 在电力系统中, SCADA 系统应用最为广泛,技术发展也最为 成熟。它作为能量管理系统(EMS系统)的一个最主要的子系 统,有着信息完整、提高效率、正确掌握系统运行状态、加快 决策、能帮助快速诊断出系统故障状态等优势,现已经成为电 力调度不可缺少的工具。它对提高电网运行的可靠性、安全性 与经济效益,减轻调度员的负担,实现电力调度自动化与现代 化,提高调度的效率和水平中方面有着不可替代的作用。 经过多年的发展, SCADA 已经进入第三代。 90 年代按照开 放的原则,基于分布式计算机网络以及关系数据库技术的 能够实现大范围联网的 EMS/SCADA系统称为第三代。这一阶 段是我国SCADA/EMS 系统发展最快的阶段,各种最新的计算 机技术都汇集进SCADA/EMS系统中。同时这一阶段也是我国 对电力系统自动化以及电网建设投资最大的时期,在三年 内投资 2700 亿元改造城乡电网,可见国家对电力系统自动 化以及电网建设的重视程度。第四代SCADA/EMS系统的基础 条件已经或即将具备,预计将于 21 世纪初诞生。该系统的 主要特征是采用 Internet 技术、面向对象技术、神经网络 技术以及JAVA技术等技术,继续扩大SCADA/EMS系统与其它 系统的集成,综合安全经济运行以及商业化运营的需要。 SCADA 系统是电力系统自动化的实时数据源,为 EMS 系统提 供大量的实时数据。同时在模拟培训系统,MIS系统等系统 中都需要用到电网实时数据,而没有这个电网实时数据信 息,所有其它系统都成为“无源之水”。 SCADA系统的基本结构 一、数据采集与处理 数据采集就是实时采集发电机组在运行过程中的各种参数 及状态,经过计算机处理,转换成相应的工程量或状态 值,通过CRT显示器、打印机或报警装置等提供给运行值 班人员作为监视和操作的依据。 发电机组的现场信号有温度、压力、流量、液位、开关 u e N 等。对数据采集而言,通常把这些信号分为模拟量信号 ? ? u e N 和开关量信号。因此,火电厂中需要监视和控制的物理 量呈现为不同的形式,如温度、压力、流量、液位、转 运、振动、电流、电压、设备启停状态和模拟量参数越 限状态等,它们具有不同的物理特性。电子计算机是一 种以数字量形式处理、存贮和传输信息的机器。只有以 一定代码形式表示的数字量才能输入计算机,首先必须 把表征现场信息的各种物理量转换成用指定代码(如二进 制代码)表示的数字量。 1 1 1 2 2 2 现场的物理量虽然种类很多,但从信号转换的角度看,基 本上可分为三类:模拟量、开关量和脉冲量。开关量和脉 冲量通常统称为数字量。我们把随时间连续变化的量称为 模拟量,模拟量通常应按比例转换成数字量才能输人计算 机,这个数字量一般由一个多位(加8位、16位或32位等)二 进制代码或BCD码(二进制编码的十进制数)来表示。 ? 上述三种类型的过程量均可通过计算机的过程输入通道转 换成数字量进入计算机。它们分别由模拟量输入通道、开 关量输入通道和脉冲量输入通道来实现。与上述信息流向 相反.在计算机主机中处理后的信息 ( 数字量 ) 要输出到外 部设备或生产过程现场,必须把计算机输出的数字量转换 成外部过程控制装置所能接受的模拟量信号或开关量信号, 这个工作是由过程输出通道完成。过程输出通道分为模拟 量输出通道、开关量输出通道和脉冲量输出通道。 1.模拟量数据采集通道 模拟量输入通道 (简称模入通道)是用来实现把生产过程中各种被检 测的模拟量信号转换为计算机可以接收的数字信号的各种设备的 总称。这些设备包括:多路切换开关、数据放大器、采样/保持 电路 (s / H) 、模/数转换器 (A / D) 及接口与控制电路。模入通道 的组成原理如图 ? 对采集到的现场信号,要经过一定的加工处理,才提交显 示、打印等使用。对现场信号的加工处理,除了工程量换 算外,还进行正确性判断、限值检查、更新数据库等。 (1)正确性判断。判别采集到的现场信号是否在最大允许范围 内。如果发现某个现场信号超出最大允许范围(由于模拟 量输入卡故障或测量元件故障等),计算机置该现场信号 采集结果为“质量坏”标志。这样便于及时发现故障和维 ? 修处理,也可避免运行人员误判断。 (2)限值检查。不少现场信号是有报警限值的。报警限值(上 限值、下限值等)事先存放在计算机中。 (3)更新数据库。每个模拟量信号的名称、是否报警的标志、 报警上下限值、报警状态、当前运行值、信号质量等都存 放在数据库中。 2.开关量数据采集通道 计算机对开关量信号的采集方式为周期性采集和随机采集两类。 对一般的电动门、开关等普通开关量, SCADA 通常以 1s 周期 进行采集。联锁、保护等动作时,计算机立即响应并进行采 集处理,即随机采集。 开关量的报警检查。 SCADA 把采集到的开关量状态存放在数 据库,并进行报警检查。加热工保护动作,即开关量状态值 翻变(由0变1或由1变0),SCADA立即把该设备的报警标志送进 ? 数据库中,供报警打印、显示用。开关量的报警与否,不同 的设备可能是不—致:在正常情况下,某个电动门是开的, 那么从“开”翻变到“关”可以定义为这个电动门报警,在 正常情况下,若某个电动门是关的,那么从“关”翻变到 “开”可以定义为报警。这样定义的报警对有些开关量是合 适的,对某些开关量可能是不确切的,特别是运行值班人员 操作而设备动作与设备自己不正常动作, SCADA 无法判别。 设备不正常地自己动作应报警,而同一设备由运行人员正常 操作而动作,则不应该报警。在SCADA实际应用中设计人员 和运行人员往往愿意把这两种情况引起的设备动作都定义为 报警。 ? 3.脉冲量数据采集通道 ? 在发电厂需要计量电能的各个电气回路中应装设脉冲式电 能表,以便计算机采集脉冲数,计算出相应的电度数供显 示和打印。脉冲电能表输出的脉冲数决定于所带的负荷和 持续的时间。负荷愈大,持续时间愈长,脉冲数也愈多。 因此,脉冲数的多少,也就反映电度量的大小。 ? 4.模拟量和开关量输出 ? ? 在SCADA中,模拟量输出仅用于记录仪表的输出。例如, SCADA自动选择汽机轴瓦温度最高的一点信号通过记录仪记 录下来。开关量输出仅用于“点灯”,以表示某些重要报 警或重要设备运行状态等。模拟量输出出是周期性进行的。 开关量输出往往是随机进行的,即一旦某些重要报警,应 立即“点灯”或驱动音响告诉运行值班人员。 二、基本单元 1.过程控制单元 它是一种以微处理机为核心的控制装置,其作用相当于常 规系统中的模拟调节器,基本功能是一方面直接与过程相 连,实现对过程的闭环控制,另一方面通过高速数据通道 与主机及系统中的其它单元进行联系。另外还可以与就地 操作显示单元相连实现就地操作和显示。 2.CRT工作站 CRT操作站用于操纵工艺生产过程、监视工厂的运行状态、 组态回路和调整回路参数,如设定值及报警值等,它是人 机联系的关键设备。其核心部件CRT监视装置和操作键盘, 是带有微处理器及外围设备接口的智能显示装置,以分级 显示形式反映电厂的运行状态。通常CRT操作站还配有打印 机和磁带机,以打印、记录、存贮过程参数和数据。 3.过程接口单元 过程接口单元主要是进行数据的变换和传送,它是带有微处 理机的智能装置。它将采集到的过程信号 ( 模拟量、数字信 号、开关量 ) 变换成适合于系统数字通信所要求的信息格式, 并以开关量和模拟量的方式,把计算机的控制信号送到过程 终端元件。 4.高速数据通道 它是由同轴电缆或半导体纤维构成的数据通信线,分散于各 ? 单元中的数据信息由它进行传输。通信系统的可靠性如何将 直接影响到整个系统的可靠性,一般采用冗余技术,即采用 两套数据通信线,对传输错误信息具有鉴别和检验的能力等, 以确保通信传输的可靠性和准确性。 5.主计算机 主计算机的任务是对机组的运行状态进行监视,数据处理以 及定点控制或直接数字控制。有的系统将它称之为管理命令 系统。常规的模拟仪表相比,它具有无可比拟的优越性。 SCADA系统基本功能 SCADA系统具有数据采集、处理、报警、事故记录、显示功能、 打印、拷贝、通信、事故分析等功能。 一、数据采集 根据第2节的介绍,数据采集部分概括起来主要有如下功能: A.从各种不同的通道中采集数据报文。 B.依据不同的协议解释采集到的原始报文。 C.执行操作者的遥控指令。 ? D.实时监控各条通道的状态。 E.触发事件声音报警。 F.对解释处理好的遥测数据定时入库。 主要采集量包括: 1.模拟量 主要包括: 1)发变组及输电线)发变组及输电线)配电线)各种母线.状态量 主要包括: 1)事故总信号 2)事件预告信号 3)保护动作信号 ? 状态量采集方式分为两种:周期扫描,事件驱动方式 A.周期扫描方式周期性的扫描状态量,判断变化情况,更新数 据; B.事件驱动方式是当状态变化时,立即响应,将变化状态检出。 二、显示 显示是运行人员监视发电机组运行情况的最主要手段,也是 SCADA用于发电机组安全监视的主要功能。 SCADA显示功能 主要有系统模拟图显示、系统参数显示、报警显示、趋势 曲线显示、历史数据显示和其他一些显示。 CRT上显示的所有画面的左上角或右上角一般都有日期或时 钟显示,可以让人知道SCADA本身在正常地运行。 1.系统模拟图显示 系统模拟图有发电机组总系统画面;有表示发电机组各局部 系统的画面,如汽水系统、风烟系统、循环水系统还有更 局部更细的系统图。这样的系统模拟图,往往有 30—40 幅。 系统模拟图简洁而形象地层示出发电机组的某个局部系统。 现场信号的实际运行值也显示在图上的相应部位。 ? 一幅系统模拟图在CRT上显示的过程中,系统图是不变的, 而现场信号的数值或状态是及时变化的,数值或状态的显 示还配以相应颜色的变化。 如果某个现场模拟量信号报警了,系统模拟图上显示的该 测点的实际运行数值则变为红色(有的SCADA中,越上限用 红色显示数值,越下限用黄色显示);如果现场信号不报警 或恢复正常,实际运行数值用绿色显示;如果现场信号质 量坏,显示的数值变为白色,并且闪烁。 2.系统参数显示 系统参数是指接入 SCADA的现场模拟量参数和开关量参数。在 SCADA中,可以单独选择某点参数显示,即单点显示,也可 以选择一组参数同时显示,即成组显示。 (1)单点显示。单点显示可以显示出一个现场参数的运行值或运行 状态,还可以显示出它在数据库中有关的情况,如是否报警、 报警的上、下限限值、报警优先级、数据转换类型、单位等。 单点显示既供运行值班人员使用,也供维护 SCADA数据库的 工作人员使用。 ? (2)成组显示。按参数的相关性,把现场参数分成很多组。选择 其中一组显示时,组内参数按统一规定的格式在 CRT 上显示 出来。一组参数通常有16--24点。显示格式有如下两种。 1)CRT屏上每行显示一个模拟量参数或一个开关量参数。 2)CRT 屏分为两列,无论是左边一列还是右边一列,每行显示 一个模拟量参数或开关量参数。 成组显示也叫相关画面显示,在同一个SCADA中,每组相关画 面的格式是统一的。 成组显示的组数多则近百组,则30-40幅。 3.报警显示 SCADA的报警显示方式有报警一览显示、报警历史显示、按优 先级报警显示、按系统报警显示等。 在CRT屏上,每行显示一个现场参数的报警内容,包括该参数 的名称、报警时刻、报警发生时的运行值或状态,若是模拟 量参数,还显示报警限值、单位名称等。在有的 SCADA 中, 报警显示按现场参数的报警优先级,显示不同的颜色。如 WDPF的SCADA中,把现场参数的报警优先级分力4级,每级配 一种颜色。若报警优先级最高的一个现场参数报警显示,则 整行内容全部用红色显示,若报警优先级最低的现场参数报 ? 警显示,整行内容都用白色显示等。 1)报警一览显示。它显示出当前处于报警状态的所有参数。如果 一幅CRT画面显示不下,可以通过操作键盘上的“翻页”键翻 看下面的报警内容。如果原先报警的参数恢复了正常,报警 一览中自动消失该参数的报警显示。 2)报警历史显示。报警历史显示格式与报警一览相似,但报警 显示的内容不一样。报警一览显示的是当前仍处于报警状态 的参数,而报警历史显示的是过去曾经报警过的参数,而且 当报警参数恢复正常时,报警历史也显示一行 3) 按报警优先级显示。现场参数的报警优先级是按参数的重要 性事先确定的。重要参数的优先级高,次要参数优先级低。 在SCADA运行过程中,运行值班人员可以设置允许报警使报 警优先级高于设定优先级的参数时报警可以在 CRT 上显示, 报警优先级低于设定优先级的参数时报警不能在 CRT 上作报 警显示。如果现场报警较多,可以通过;设置允许报警优先 级,以保证运行值班人员更好地监视重要参数的报警。 4 )按系统报警显示。为了便于监视和操作,一台发电机组的 SCADA可以根据操作员岗位设置和 CRT的多少或分工监视面, ? 将报警显示功能按系统划分。如把现场参数分为机、炉二大 系统,可以在大系统中划分为小系统。每一个现场参数用 8 位英文字母表示它属于哪个系统。这 8 个英文字母叫做该参 数的系统归属字 ( 有的叫系统过滤字 ) 。如:系统归属字为 Txxxxxxxx 表示该参数属于汽机系统, Bxxxxxxx 表示该参数 属于锅炉系统。 T( 或 B) 的后一个字母表示该参数属于汽机 (或锅炉)中某局部系统。Tx(或Bx)的后一个字母表示该参数 汽机(锅炉)中某局部系统中更局部的某个系统等等。在 SCADA 运行过程中,运行值班人员要以在自己的操作员台上 设置允许在本CRT上报警显示的系统归属字 4.趋势曲线显示 趋势曲线显示是SCADA显示功能中的主要内容之一。在CRT 上用曲线方式显示模拟量参数的变化比数字显示更直观。 趋势曲线条曲线个现场参数) 同时显示,这8条曲线种不同颜色表示。还有两条坐标 线:横向表示时间,纵向表示数值。现场参数的名称和显 示量程也显示在曲线.历史数据显示 历史数据显示在事故分析中非常有用。历史数据显示也是 进行趋势曲线显示,即显示指定时间内现场参数的变化过 程 ( 即趋势曲线 ) 。这个“指定时间”是指已经过去的某段 时间。例如, WDPF 的 SCADA 历史数据显示可以同时指定 8 个现场参数,可以h、min、s开始,可以选择显示lmin,或 10min、1h、10h、24h作为显示的时间范围。还可以使趋势 曲线前移或后移等。 除了上述显示功能外,还有窗口显示、菜单显示等。 三、记录 记录提供事后对安全、经济运行分析的依据,是 SCADA 用于 发电机组安全、经济运行的重要功能。 SCADA 的主要记录功能有:定期打印记录、跳闸打印记录、 事件顺序记录、报警打印记录、硬拷贝打印记录、历史数据 记录和历史数据的检索打印等。 SCADA的记录有两种。①用打字机打印记录,如定期打印记 录等;②用外存贮器(或磁带)保存,如历史数据记录。 1.定期打印记录 ? 定期打印记录即周期性打印记录。在发电机组正常工况下, 用于定制表、运行交接班制表打印;在起停工况下,可以人 工指定某些现场测点,指定时间间隔进行周期性打印记录。 定时制表的作用与运行值班人员的抄表记录基本相同。每逢 1点刻钟、 2点钟等正点时刻, SCADA按事先规定的格式进行 正点制表打印。人工抄表记录表示抄表时眼睛看到的现场观 测点的值,SCADA定时制表虽然也是正点打印,但打印的现 场测点的运行值是测点在1小时内的平均运行值。 运行交接班制表打印是运行交接班时打印出的有关统计值。 2.跳闸打印记录 发电生产过程中,部分重要设备或保护动作,称为“跳闸”。 如:锅炉跳闸、汽机跳闸、发电机跳闸、给泵 A 跳闸等。跳 闸发生后,SCADA进行跳闸打印记录。 一个跳闸记录,包括跳闸的名称、跳闸动作的名称、与这个 跳闸动作有关的现场测点的名称和这些现场测点的时间间隔, 另外,还包括这些现场测点在跳闸前、后记录多少时间或记 录多少数据。 ? 一个跳闸记录一般含一个跳闸动作,也有包含两个甚至多个 跳闸动作的。对有多个跳闸记录,只要其中一个跳闸动作发 生,就触发这个跳闸记录进行打印。例如:某 SCADA中,一 个跳闸记录最多允许 12个跳闸动作;最多允许 12个相关的现 场测点;记录测点的时间间隔为10s;跳闸动作发生前、后每 个测点允许记录60次现场经过值。 在 SCADA运行过程中,按各个跳闸记录中规定的现场测点名、 记录周期、跳闸动作前记录次数(或时间)进行记录。一旦 发生眺闸动作,SCADA按规定记录。记录完毕立即打印出这 个跳闸记录的全部内容。 3.事件顺序记录 发电生产过程中,重要设备保护动作在 SCADA 中,也称做 “事件”。当“事件”发生时,立即打印出该“事件”的名 称、动作时刻、状态。其中动作时刻为:时、分、秒、毫秒。 多个“事件”顺序依次打印,先发生的“事件”先打印记录。 “事件”先后的分辨率一般要求小于2ms。 事件顺序记录用来记录重要设备、保护动作的先后次序,为 事故分析提供依据。 ? 4.报警打印记录 当场测点报警或SCADA设备报警时,除了进行报警显示外,自 动地进行报警打印记录。 5.硬拷贝记录 硬拷贝记录是把CRT上显示的画面内容以拷贝形式在一台彩色 打印机上打印出来,拷贝打印通常与报警打印机合用一台打 印机,和报警打印相比,拷贝打印的级别低,如果没有报警 打印发生时,SCADA才进行硬拷贝打印。 SCADA系统应用实例 一、 SCADA画面 SCADA画面显示了整个 NCS系统的运行状态(包括自动化控制单元, SCADA系统,网络设备)。其主用作用是对系统状态进行监视,功 能主要包括: 指示:所有监控设备的状态,包括SCADA系统 选择其它显示: 通过按击相应设备的图符,可打开包含详细状态信息的画面。按击 ? 图中红色圆圈内的图符,可显示如下图画面 。 二、操作预演模式 在菜单条中选择“预演”,系统可进入预演模式,在预演模式下, 画面底色由灰色变为白色,且在画面上方会显示“预演模式”的 字样。操作员可在此模式下模拟相关操作,如操作正确,相应设 备的图符会发生所期望的变位。但此时命令既没有真正发出,设 备也没有发生变位,也就是说并未对设备进行操作,仅仅是仿真 而已。 ? ECS系统发展概况 当今DCS向综合化、开放化发展。90年代工厂自动化要求各种 设备(计算机、DCS、单回路调节器、PLC等)之间的通信能 力加强,以便构成大系统。开放性的结构将方便地与指挥生 成管理的上位计算机进行数据交换,实现计算机集成生产系 统。随着电子技术的发展,结合现代控制理论,应用人工智 能技术,以微处理器为基础的智能设备相继出现,如智能变 送器、可编程调节器、智能PID自整定控制、智能人机接口 ,以至于智能DCS.也就是说,随着PLC计算机与DCS和其他控 ? 制回路之间接口的迅速发展,将连续控制回路、逻辑功能和 批量控制功能汇入在统一的高性能系统中,从而将PLC与DCS 融合在一起,满足了协调的需要,同时也为了适应离散类和 批量工业自动化的要求。由于电气设备在电厂中的突出重要 位置,传统的电气设备控制都是通过硬继电器逻辑或专用的 自动装置来完成的;并通过硬把手直接控制设备(包括各种 断路器、隔离刀等)。随着DCS硬件与软件的不断完善,用 户对自动化水平和全厂一体化等要求的不断提出与提高,目 前已将电气设备的控制逐步纳入到DCS的范畴里来,并发展 一个相对独立的DCS子系统——ECS。 ECS监控的主要功能通过DCS中的DAS、SOE、SCS及报警等 子系统完成。 ECS 系统对电气的监控范围一般包括:发变 组、励磁系统、6KV厂用电源系统、400V厂用电源系统、保 安电源、直流电系统、 UPS 和高压备变等,控制功能包括 发电机升压并网、发电机解列、 6KV 厂用电源切换、无功 功率调节等。 ? 一、ECS系统的基本结构 DCS主要有四部分组成:I/O板、控制器、人机接口、通讯 网络。人机接口包括操作站、历史站、工程师站。 I/O 板 直接与生产过程连接,操作站与人连接,控制器存放控制 算法及实施控制策略,通讯网络将三者连接成一个系统。 工程师站给控制器和操作站组态,历史站记录生产过程的 历史数据。 DCS系统中,控制站是一个完整的计算机,实际运行中可以在 不与操作站及网络相连的情况下,完成过程控制策略,保证 装置正常运行。控制站作为一个完整的计算机,他的主要 I/O设备为现场的输入、输出处理设备,以及过程输入/输出 (P I/O),包括信号变换与信号调理,A/D、D/A转换。控 制站是整个DCS的基础,他的可靠性和安全性最为重要,死 机和控制失灵的现象是绝对不允许的。而且掉电保护、抗干 ? 扰、构成防爆系统等方面都应很有效而可靠,才能满足用户 需求。当将电气系统的控制纳入DCS,在习惯上我们设为DCS 具备了ECS功能(图11-5-1),而目前的技术规范书描述单 元机组DCS功能时,并不出现ECS,而是将ECS的功能函属在 DAS与SCS(G/A)中。 ECS数据采集,归属于DCS的DAS,ECS 对电气元件的控制基本属于顺控,归属于DCS的SCS,称为 SCS(G/A)。此外ECS还具备发电机自动准同期ASS,励磁调 节AVR功能。 ? 二、ECS系统基本功能 单元机组DCS系统主要完成主厂房内锅炉、汽机、发电机及其 辅助设备的检测、控制、自动调节及联锁保护。 DCS 主要功 能 包 括 数 据 采 集 ( DAS ) 、 闭 环 控 制 ( CCS ) 、 顺 序 控 制 ( SCS ) 、 锅 炉 炉 膛 安 全 监 控 ( FSSS ) 、 汽 机 旁 路 控 制 ( BPC )、汽轮机控制( DEH )、给水泵汽轮机控制( MEH ) 以及厂用电公用部分,循环水泵房及空压站等公用系统监控。 电站电气系统需要控制的设备有:发电机、发电机双绕组变 ? 压器组、高压厂用工作变压器、高压起动 / 备用变压器、高 压厂用电源、主厂房内专用备用电源及互为备用的低压厂用 变压器等,对这些设备的操作,传统上采用强电一对一控制。 玉环电厂中的电气保护盘包括完整保护系统和辅助系统所需 的所有电气特性,继电器保护功能直接动作于相关开关。所 有类型保护的报警和状态指示送至DCS和属DCS部分的事故顺 序记录 SOE 以及数字式故障录波器。保护继电器的出口直接 用硬接线接至断路器的跳闸回路。 单元控制室内的DCS实现对主要电气设备的控制和监测。采 用成熟、先进、可靠的DCS实现对电气主要元件(发电机— 变压器组、中压工作和启动/备用变压器系统及厂用辅机电 动机)实行微机监控。电气系统的状态(包括元件状态、 电 气回路重复参数模拟量,事件信息等)信号送至DCS。 目前300MW机组普遍采用的分散控制系统包括了对发电机变压 器组、厂用电系统的数据采集与监视,具有对电气系统主要 电气量数据采集、处理、打印、屏幕画面显示、事件顺序记 ? 录、越限报警、信号显示记录等功能。电气系统的控制没有 纳入DCS,一般的DCS在电气控制、测量上并没有发挥优势。 当将电气系统的控制纳入DCS,在习惯上我们设为DCS具备了 ECS功能,而目前的技术规范书描述单元机组DCS功能时,并 不出现ECS,而是将ECS的功能函属在DAS与SCS(G/A)中。 ECS数据采集,归属于DCS的DAS,ECS对电气元件的控制基本 属于顺控,归属于DCS的SCS,称为SCS(G/A)。此外ECS还 具备发电机自动准同期ASS,励磁调节AVR功能。 ECS对电气 的监控范围:发变组、励磁系统、6KV厂用电源系统、400V 厂用电源系统、保安电源、直流、UPS、高压备变等。 ECS系统应用实例 ECS 系统通常包括发变子组和厂用电子组二大部分,发 / 变组 子组,包括发/变组500kV断路器,隔离开关,主变冷却器, 发电机磁场开关, AVR (运行方式设置及调节),自动同期 装置(投退)等。厂用电子组,包括启备变 500kV 断路器, 隔离开关, 6kV 工作电源断路器,备用电源断路器,厂用电 快速切换装置(投退),变压器散热器及有载调压开关等。 以下简要介绍其应用情况: ? 一、电气控制系统范围 1.公用系统 500 kV线路开关刀闸、母联分段开关刀闸、启/备变高压侧开 关刀闸状态的监视; 500 kV母线电压、线路电流、母联分段开关电流、启/备变高 压侧电流监视; 线路有功功率、无功功率及电度量监视; 500 kV系统保护报警的监视; 开关的监视与操作; 2.发变组系统 发电机定转子电压、电流、主励磁机励磁电压、电流、主变高压 侧电流监视; 发电机有功功率、无功功率、电度的监视; AVR及备励等的操作,并能在开机过程中实现自动准同期并列, 25%负荷时自动切换厂用电; 主备励之间的自动切换操作; 励磁系统开关间的联锁功能; ? 发电机、主励磁机氢温、氢压、氢纯度、氢湿度、风温、风压、 水温、油压、铁芯温度、槽部温度等的监视; 发电机、主变、高厂变的温度及保护报警的监视; 3.高压厂用电系统 电源开关、负荷开关的监视、操作及BZT自投; 高厂变有功功率、低压侧电压,6 kV母线电压,分支电源开关、 备用电源开关、负荷开关电流监视; 各电源开关、负荷开关电度量的计算监视; 4.低压厂用电系统 380V 工作段、 380V保安段等的电源开关、备用电源开关的监视操作自 投; 电源开关、备用电源开关进线电流、母线V系统 直流母线电压监视。 二、电气控制系统功能 1.主备励自动切换操作 ? 2.电气画面 电气画面采用级联方式,从每个系统操作画面上,都能按需要再切 换到其它系统操作画面。图是公用厂用电系统图(公用系统) 三、玉环电厂500kV NCS介绍 玉环电厂建设规模为装机四台1000MW燃煤发电机组。每台机 组的发电机--主变压器按单元制接线方式,依次经由发电机、 离相封闭母线、发电机出口断路器、离相封闭母线kV架空线kVGIS升压站向电网输 送电能。一期、二期为连续建设,500kV升压站为一个半断 路器接线kVGIS升压站本期出线回,四个完整串加一个不完整串。三期 还将扩建发变组进线台,以 ? 及相关分段母线kV微机监控系统总布置如图所示,按站级与间隔级两 个控制层构成: 站控层设在集控楼内(有 2 个运行工作站放在集控室内,其 它设备放在NCS计算机机房内),间隔层I/O测控单元有关线 路和母联等的设备,以及公用 I/O 测控单元布置在升压站二 次设备室内,有关机组和高压备用电源系统的 I/O 布置在电 控楼内。 ? 数据处理及通信装置,公用信息管理机布置在二次设备 楼内。继电保护及故障信息管理子站布置在二次设备楼内, 高压备变保护管理机布置在#1/#2机电控楼内。高压备用电 源系统I/O柜和#1发变组I/O,#2发变组I/O布置在#1/#2机电 控楼内,#3发变组I/O,#4发变组I/O布置在#3/#4机电控楼 内。在集控楼NCS计算机机房内配置2台主机、通信网关、1 台工程师工作站、MGC PC机、网络打印机、网络设备等。在 集控楼的集控室内布置2台运行工作站。2台数据处理及通信 装置、调度电力数据通信服务装置布置在二次设备室。两台 主机平行运行,互为热备用,当其中一台主机发生故障时, ? 备用机在30秒内投入运行,不发生任何数据丢失。所有的信 息数据均存放在主机的数据库中,通过权限设置任一台计算 机都可将采集来的实时数据进行分析运算,分类和处理,并 可进行功能组态,软件设置及网络管理。计算机监控系统与 华东网调和浙江省调的通信均通过数据处理及通信装置实现, 常规点对点远动通信规约采用DL/634-5-101(2002版),网 络通信规约采用IEC870-5-104;间隔级控制层与站级控制层 之间的通信通过数据处理通信单元方式实现。站级控制层的 各设备之间通过交换式HUB进行通信,以太网采用冗余光纤 双网结构。 在集控楼的集控室内配置2台运行工作站及网络打印机等,运 行人员通过运行工作站对 500kV 升压站全部一次设备及二次 设备进行监视、测量、记录并处理各种信息,并对升压站的 主要设备实现远方控制。 间隔级控制层由按电气单元组屏的测控部件组成,具有交流 和直流采样测量、防误闭锁、同期检测、间隔层断路器紧急 操作和主接线状态及测量数字显示等功能。 I/O 测控单元屏 组屏的原则为: 500kV按每串间隔电气单元组成两面 I/O测控 ? 单元屏(布置在升压站二次设备室内);每台机组的 I/O 采 集,控制和遥测、遥信、遥调组成一面 I/O 测控单元屏(布 置在机组电控楼内);高压备用电源系统的 I/O 采集,控制 和遥测、遥信、遥调组成一面 I/O 测控单元屏(布置在机组 电控楼内);其他公用设备组成二面 I/O 测控单元屏(布置 在升压站二次设备室内)。 4 个完整串及 1 个不完整串的 I/O 测控单元的模拟量采样采用 交流采样。其他I/O测控单元的模拟量采样采用直流4-20mA 采样,即经变送器输出4-20mA DC。 2.主要功能: 500kV 微机监控系统(Net Control System)对500kV全部的一 次设备进行监视、测量、控制、记录和报警,并与保护设备 和远方控制中心及其它设备通讯,达到信息共享。具备以下 功能:实时数据采集、数据处理功能、画面显示、记录和打 印功能、报警处理、管理功能、操作功能、控制功能等; 服务器 的操作 系 统采用 Unix 系统 , 操 作站的 操 作系统 采 用 Windows NT 系统,应用软件系统采用 SAT 250 实时控制系统 ? 软件 , 其主要特点是性能安全可靠、运行稳定、功能完备、 组态灵活、便于扩充、界面友好、使用与维护简单方便。 系统所具有的主要功能: 系统功能 1)实时数据采集 (a)通过I/O数据采集单元实时采集来自500kV升压站,高压备 用电源系统和单元机组的运行工况,形成模拟量、数字量、 脉冲量及温度量等输入量。 ? 500kV发变组进线kV线路出线 ? 高压备用变出线kV母线设备,GIS监测系统等公用设备 ? 单元机组 ? 高压备用变,保护,有载调压,6kV备用电源母线,断路器 等设备 ? 全站断路器、隔离开关及接地闸刀 ? ? 全站CT和PT (CVT) ? 500kV所有线路,母线,母联保护装置等 ? 110V直流系统 ? UPS不停电电源 ? 升压站辅助设备 (b)I/O 数据采集单元对所采集的输入量进行数字滤波、有效性 检查,工程值转换、故障判断、信号接点抖动消除、刻度计 算等加工。从而产生出可供应用的电流、电压、有功功率、 无功功率,功率因数等各种实时数据。 2)数据处理功能 (a)状态量处理 ? 状态量包括开关量、设备运行状态等信息。 ? 系统具有判断状态量是否变位,并在状态量变位时启动事 故报警或预告报警处理。 ? 系统具有事件顺序记录功能,其分辨率≤1ms。 (b)模拟量处理 ? 每个模拟量 (包括数字量)在存入数据库之前,先将数据转 换为工程量。 ? ? 每个模拟量可以设置多个限值,分别对应告警状态、紧急 状态或其他状态指示要求,模拟量越限和回归时都启动事故 报警或预告报警处理功能。 (c)脉冲量处理 ? 系统能按设定时间间隔对脉冲累计值进行冻结、读取、解 冻。 ? 系统能够按设定的时间间隔存储、显示电度量累计值,所 有电度量数据至少能够按日统计峰、谷、平电量存储1年。 3)控制功能 控制功能分为三种:调度中心远方控制,电厂运行人员操作 控制,后备手动控制。 (a)调度中心远方控制 调度中心远方控制命令通过计算机监控系统的数据处理及通 信装置自动执行对以下设备的操作控制,纳入控制的设备有: 本站内的500kV断路器的分、合闸及单元机组AGC调节。 ? (b)运行人员操作控制 操作控制指运行人员在单元控制室人机工作站上调出操作相 关的设备图后,通过操作键盘或鼠标,就可对需要控制的电 气设备发出操作指令,实现对设备运行状态的变位控制。计 算机提供必要的操作步骤和足够的监督功能,包括提供操作 提示,条件判断,打印操作票,以确保操作的合法性、合理 性、安全性和正确性。 纳入控制的设备有: ? 升压站500kV 断路器的分、合闸; ? 500kV隔离开关的分、合闸; ? 500kV接地闸刀分、合闸; ? 高压备用变,有载调压,6kV备用电源母线,断路器等设备; 操作控制的执行结果反馈到相关设备图上。其执行情况也产 生正常(或异常)执行报告。执行报告在人机工作站上予以显 ? 示并打印输出。 (c)后备手动控制 为满足就地手动控制要求,500kV每一串间隔 I/O单元屏设有 远方和就地切换开关以及跳合闸按钮,其软件也作相应的配 置。当计算机监控系统站级控制层停运时,间隔 I/O 屏可对 断路器实现一对一的操作,后备手动控制装置与 I/O 测控单 元组成一面屏。 4)同期检测及操作 500kV 升压站内所有断路器均通过 500kVGIS 计算机监控系统 进行同期。同期检测功能包含在每一串间隔单元中,每条母 线的电压以及进出线路电压都被固定接入到间隔单元。所选 用同期用电压与测量用电压进行比较,以防止因断线而导致 判断无电压合闸的情况。整个检测期间,当同期断路器两侧 的电压,相位角与频率的差值保持在整定范围之内时,同期 检测功能就处于允许合闸状态;或当判断属于单侧无电压时, ? 也处于允许合闸状态。当其主站遥控命令下达时, I/O 单元 同时进行同期,闭锁条件、远方就地控制状态等条件来判定。 若条件成立,则执行相应的控制操作方式,若条件不满足, 闭锁出口,并提供所缺条件提示。 I/O 柜能根据本串电气接 线状态,自动选择同期检测的对象。同一时间仅允许选择一 个断路器作为同期点,并可随时将选择复归。 所有的 500kV 断路器在进行上述同期时还必须经过同期继电 器的闭锁,该同期继电器布置在相应I/O柜内。 5)双重化 双重化回路是指同一个断路器的两套从电源到构成回路中的 所有二次元件完全独立的分闸回路:两套分闸回路具有完全 独立的直流控制电源,该直流电源完全独立且分别引自不同 的蓄电池组;回路中的所有二次元件包括继电保护元件和断 路器的电量也应完全独立;双重化回路的逻辑出口 , 计算机 监控系统出口分别动作同一个断路器的两个独立的跳闸线)与保护设备的接口 系统继电保护装置的动作信号除了用硬接线送 I/O 装置外, ? 还通过继电保护及故障信息管理子站接入站内监控系统,采 用IEC60870-5-103规约。监控系统可对保护装置进行监测, 但不能对保护装置进行定值修改、投/退等控制。 7)计算机通信网接口 计算机监控系统的数据处理和通信装置的 LAN 接口与路由器 连接,再通过路由器以2M接口接入浙江电力数据网,与华东 网调和浙江省调 EMS 系统通信,通信协议采用 IEC60870-5104 规约。 NCS 系统通过网关与 SIS 系统互联,实现信息交换, 规约与SIS系统匹配,通讯速率10M/100M自适应。


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