水电厂自动化系统开发应用与发展
3、 计算机监控系统技术问题探讨
监控系统是一个客户化程度很高的自动控制系统,系统的实用性、先进性、可靠性以及灵活性等取决于客户(包括管理、设计开发、使用等)的要求。在此就一些技术问题进行探讨。
3.1、监控系统电源
电厂控制层应设有直流和交流控制电源,监控系统的LCU及外围自动化装置宜采用交直流双电源、互为备用、无扰切换的供电方式,电源装置的电压选择应保证正常情况下交流供电、直流备用,以减轻直流系统的负担。运行经验表明,UPS在现场环境下使用寿命很短,难以维护,不宜采用(太平哨发电厂正在考虑改进直流供电电源)。
监控系统主站设备(工作站、服务器和网络设备等)的运行环境要达到国家规定要求,采取交流+UPS供电方式较好。
3.2、监控系统与励磁、保护、调速器系统接口
LCU与上述自动化装置一般采用开关量(DIO)接口和通信两种方式。对于DIO方式,由于交换的信号一一对应,接线直观,便于调试和故障查处。但接线较多,有些控制功能,例如有功和无功调节,必须在LCU内编制复杂的PID调节程序,如PID参数不当还可能造成调节性能不佳。现场应用表明,这种方式对无功/电压闭环调节尚能满足要求,但对有功闭环调节,常常出现超调或调节不到位、或凋节时间延长等现象。
上述三种自动化装置宜采用通信方式,LCU直接将给定值传送至电调和励磁装置,实现有功、无功的一次设定;LCU通过通信链路获得各个自动化装置的内部详细状态和微机保护的事故追忆采样值数据包(如果微机保护有此功能的话)。
尽管监控系统与励磁、保护、调速器装置存在接口联系,但各系统间应保持相对独立,并在通信上设置"互检"和容错功能,一方故障不应影响其它系统的正常运行。上述装置中直接作为控制和调节条件的信号(例如主开关状态、机组转速和机组状态等)不应相互转送利用,而应通过高可靠的渠道直接从设备上采集。
3.3、 监控系统与现地自动控制回路和装置的功能协调
机组或公共辅助设备,例如冷却水系统、压油泵、深井泵、空压机等,一般设有现地自动控制装置。处理现地自动化与监控系统的关系时,应遵循现地自动化为主的原则,监控系统则通过开关量、模拟量的采集(无需通信)承担监视、后备控制的任务,一旦发生异常,则发出信号,并通过独立的信号采集进行紧急控制。
直流电源装置也应视为现地自动装置,监控系统只对直流系统和电源装置的工作状态进行监视,不参与控制。无需建立网络或串行通信联系。
3.4 、事件记录与故障录波的考虑
事件记录与故障录波装置都是运行和事故分析的手段。事件记录一般集成在计算机监控系统中,但由于采样速度、内存等限制往往不能提供足以用来分析事故的波形;故障录波一般用在开关站,作为线路故障数据的采集和分析工具。
机组不必配置故障录波器,因为配置故障录波器会导致信号的重复采集,使二次回路和电缆布置复杂化,而且不可能收集太全的信号(有些设备的关键量、中间计算数据点无法提供接口)。将事故记录与故障录波功能分别由监控系统和具有快速交流采样功能的微机保护装置、微机励磁调节器、微机调速器等分担较为合理。这就要求微机保护装置、微机励磁调节器、微机调速器具有判别故障、存储、对时等功能。
3.5 、信号返回屏的考虑
信号返回屏是电厂实现集中监视和控制的重要人机交流界面,由于显示直观、清晰可靠,画面和各仪表、元件位置固定,对运行值班十分方便,尤其是事故情况下,运行人员对全厂的状况一目厂然,其作用是计算机屏幕不可替代的(采用大屏幕电视或投影替代也是不可取的)。信号返回屏宜考虑采用一些指针仪表,以反映系统的动态过程(例如系统振荡)。
3.6、工业电视、消防报警、保安、故障录波器及MIS的接入
鉴于监控系统在电厂运行控制中的突出地位,其接入系统越少越好,信息交换量不大时,为了保证各个系统的安全运行,能采用I/O接入的决不采用通信连接。
对工业电视,由于图像信号数据量大,占用网络资源多,不应通过监控网传送,而应自成网络,在控制室设置工业电视专用CRT。但如果工业电视要实现图像自动联控切换功能,仍应以通信方式接入监控系统,通信链路上仅从监控系统单向传送用于图像自动联控切换的信息。而工业电视与电厂管理信息系统(MIS)应联网,以便授权用户进行图像访问。
消防报警对运行监视十分重要,其数据量不大,因此接入监控系统比较合理。消防报警火情信号和保安监视信号可转送给工业电视系统,进行图像自动联控切换。
故障录波器为大容量数据采集和记录分析设备,数据的实时作用不强,离线分析的成分较多,应各自自成系统,并建立各自的中心分析站。从运行管理模式看,电厂实现"无人值班"或"少人值守"后,控制室运行人员很少,而这两个系统的数据分析工作十分费时,专业性很强,不适合运行值班人员操作;如果两系统与MIS系统联网,监控系统仅通过I/O对其故障和动作等情况进行监视。专业技术人员通过MIS即可访问两系统,完成数据分析和远程管理功能。
为实现生产发电与电厂管理相结合,MIS应与监控系统联网。由于MIS用户多,MIS上数据多种多样,为安全起见,两网之间除采取防火墙等隔离措施外,还应采用单向数据流(从监控系统流向MIS),控制室设置专用MIS终端。
责任编辑:电力交易小郭
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