和舍电站系统改造

【摘要】系统改造主要针对建于上世纪的和舍电站，该电站年代久远，大部分机电设备陈旧落后，老化严重，故障频发，自动化水平很低。严重影响电站的正常运行和生产效益。改造后该电站自动化水平明显提高，且安全、生产效率都明显得到改善。

【关键词】电站；设备；系统改造

1.工程概况

和舍电站于1978年4月投产发电，发电厂房为引水式，现装有2台立式机组，单机容量800kW，总装机容量1600kW，多年平均发电量800万kW.h，年利用小时数5000h。

和舍电站大部分电气设备已运行30多年，残旧破落、老化严重。自动化控制系统改造主要针对以下问题：

自动控制：电站未配置计算机监控系统，由于设备年久失修且老化严重，目前电站运行以人工监视为主，机组控制采用单步手动开机方式，每步操作需人工现地完成气、水回路的阀门开、关；原机组设备无自动化测量元件，均在需监测的位置安装了机械测量表头，运行人员需对设备进行巡视检查，费时费力，机组安全得不到保障。机组也只有手动同期方式捕捉同期点合闸。继电保护：主要设备均采用常规继电器保护，自动化水平低，且设备严重老化，可靠性低。直流系统：设备严重老化，现有直流系统采用老式相控整流电源，充电性能差，维修不容易，系统绝缘水平差，由于自动化元件表面容易结露，造成系统支路绝缘下降或接地，本电站直流系统改造迫在眉睫。励磁系统：技术落后，现有励磁系统为模拟型，设备严重老化，经过30多年的的运行，随着元器件的老化，设备安全、可靠性逐年下降。

本次改造电站配置计算机监控系统，机组及辅助设备增加自动化元件，并更新励磁和直流系统，电站保护系统拟采用微机继保装置并注重自动化控制系统的防雷保护措施及抗谐波干扰措施。监控系统按“无人值班，少人值守”的要求进行设计，利用计算机进行自动化监测和控制，实现工程管理的科学化，提高工程的安全性、可靠性，充分发挥工程效益，促进工程管理的现代化。

2.总体结构

改造从以下方面对其进行改造：

（1）全站配置计算机监控系统，分为中控层与现地层，现地层可脱离中控层独立工作；

（2）配置机组及其辅助设备信号采集元件，采用可编程控制器实现机组开、停机自动化流程，实现一键开、停机，自动功率跟踪，自动同期合闸等功能；

（3）连同开关站设备将电站公用设备如气系统、排水系统、泄水闸等纳入计算机监控系统，设置电站公用及开关站LCU；

（4）可在中控室对全站设备进行状态监视与控制，如：开关站开关分、合闸状态显示、中控室远程分合闸、中控室远程开停机操作等；

（5）中控室配置语音报警设备，全站任何故障或事故发生都能立即语音通知运行人员，并自动采取相应措施防止事故扩大；

系统结构图如图1所示。

3.设备配置

（1）中央监控设备

中央监控层的微机系统采用工业级微机（也可用工控机），使用组态软件从现地PLC或现地智能设备通过相应的通讯协议（如TCP/IP、MODBUS、PROFITBUS等0读取指定地址内容或将数据（命令0写入指定地址进行参数设置或触发控制命令。

（2）机组LCU

机组LCU主要包含以下设备：PLC、彩色液晶触摸屏、逆变电源、自动准同期装置、功率变送器、电力检测仪、温度巡检仪、转速装置等。机组LCU是机组实现顺序控制的核心单元，监控对象包括：调速器、励磁装置、机组出口断路器、机组部件温度、机组油、气辅助设备、刹车系统、机组进水口快速闸门等。通过以上设备实现机组一键开机及一键停机操作，如图2所示。

（3）公用及开关站LCU

主要包含以下设备：PLC、彩色液晶触摸屏、逆变电源、手动同期表、电参数采集表等。公用及开关站LCU是站内其他公用设备的控制核心，主要监控对象包括：电站出线及断路器、主变、厂用变、泄水闸、排水设备、低压气系统等。

泄水闸远控功能由公用及开关站LCU实现。泄水闸现地控制箱具备远程控制接口，当其面板上的选择开关切换到远方时能够接收公用及开关站LCU的控制命令，实现中控室对泄水闸的开启、关闭、开度给定等操作。

（4）继电保护

针对原继电保护主要设备均采用常规继电器保护、自动化水平低、设备严重老化、可靠性低的情况。本次技改更换掉原继电保护装置，采用新型微机继电保护装置，拟将2台发电机保护装置组成一面发电机保护屏，将一台主变保护装置和一台35kV线路保护装置组成一面主变、线路保护屏，保护屏放置在机组控制屏旁边，主变保护屏放置在中控室中。

（5）直流系统

本次技改更换该直流系统，更换电池等，采用100Ah直流系统，采用屏柜方式，增加该系统防护性能，采用支路绝缘检测等功能，实时对各个支路的绝缘状况进行检测并报警。

4.改造后功能

4.1 信号采集

计算机监控系统能够针对水电站现场各种实时数据进行采集和必要的数据预处理，并以一定的格式存入实时数据库。按照信号性质的不同把他们分为模拟量、开关量及脉冲数字量等。包括信号量值及状态设定；统计及计算，实时功率计算和电量分类累加。

4.2 自动控制

系统能根据水电站当前的运行情况和控制命令，进行自动发电控制（AGC）及自动电压控制（AVC）计算、预定的操作进行控制和调节。控制及调节的内容包括机组的开、停机操作，有功功率、无功功率调节，断路器操作等。机组的有功功率和无功功率调节由现地控制单元实现。

4.3 生产纪录

计算机监控系统将能对各设备的运行情况进行统计记录，某些信息还将自动提示给操作值守人员。

4.4 画面显示

画面调用将自动及召唤方式实现。画面种类包括各单线图、棒形图、曲线、各种词句、表格等。画面显示清晰稳定、画面构图合理、刷新速度快且操作简单。

4.5 人机连系

人机接口是运行人员对全厂生产过程进行安全监控，维修人员对监控系统进行管理、维修、开发的必需手段，包括：

⑴系统控制权的设置和切换；

⑵机组及重要设备的状态设计；

⑶测点和设备的投运；

⑷参数整定值和限值的修改；

⑸电厂运行方式的设置和切换；

⑹调各种画面；

⑺各类打印和报表；

⑻操作票显示和在线修改；

⑼机组启停和工况转换操作；

⑽断路器及隔离开关的断开、关合操作；

⑾机组有功功率和无功功率的调整；

⑿AGC和AVC功能设置和参数设定；

⒀故障和事件报警处理。

4.6 系统自检

该功能包括机组自检、软件任务超时处理及过程通道故障检测。当主机故障（包括内存、磁盘、I/O及CPU等的故障和软件任务执行异常等）时能将控制权自动切换到备用主机。软件超时时还能实现部分功能软件的故障自启动功能。信道检测包括对I/O过程通道在线自动检测，检测的内容有信道数据有效性、合理性判断，故障点自动查找及故障自动报警功能。

5.改造总结

针对小水电站的改造，首先考虑到的是经济、实用、便捷。该监控系统的原理就是通过对各个关键流程上设备状态判断作为既定逻辑控制流程的启动条件，实现设备的自动控制，并将采集的信号和经过处理的数据信息上传给主机，对统计数据、报警信息、设备状态信息、环境信息、人工指令等分类处理用于显示、报警、记录等一系列过程。通过一系列工作，提高发电机组从启动到并网的时间，提高机组对风险的控制，使机组能安全、稳定的运行，并为电站的运行提供保障，以达到改造的效果。

本次对和舍水电站的增加了现地控制LCU，主要解决的问题有：

⑴实现对发电机组及相关设备的故障、状态采集，实现对机组相关流量、阀组控制，实现机组控制自动化；

⑵完善机组电气参数采集，增加机组电气安全判定与限制等功能；

⑶更换励磁装置，并对其等的关键数据采集；

⑷增加现地显示单元，实现自动准同期功能，并在公用LCU屏上备用手动准同期，实现现地功能独立化，实现包括机组全状态、参数显示，机组负荷数字化给定、自动跟踪等功能；

⑸机组LCU除自动停机设备外增加机组辅助停机回路，保证机组在PLC断电或故障情况下机组的安全；

⑹实现对线路、母线、主变等设备电气参数采集；

⑺中控室增加了电脑控制单元，直观显示全厂状况，实现远程集中控制、语音报警、全厂自动事件记录、数据记录、报表等功能。

通过本次改造，和舍电站真正实现了机组自动化控制，做到了一键开、停机，，大大提高了运行效率，减轻了员工工作强度。在设备保护方面理也大大提高了其安全性，可以说通过本次改造，基本上使和舍水电厂跟上了计算机时代的潮流，满足了该电站现代化运行与管理的要求，提高了经济效益。