北江孟洲坝发电厂计算机监控系统的技术改造探讨

郎玉波

(广东韶能集团股份有限公司孟洲坝发电厂，广东 韶关 51200)

1 引言

孟洲坝发电厂位于广东省韶关市下游12.63km处，是北江干流最上游的一个梯级电厂，正常蓄水位52.50m，静水位为 52.00m，属于日调节水库，总库容2.04亿 m3，有效库容0.069m3。孟洲坝发电厂是集发电、防洪、航运和改善生态环境为一体的综合性低水头大流量发电厂。厂内装有4台灯泡贯流式水轮发电机组，4台机组装机总容量48MW(13MW×2+11MW×2)。原有计算机监控系统采用GE90－30系列PLC，可对全厂部分设备进行监视和控制，但原计算机监控系统已大部份失效，故需对计算机监控系统进行升级改造，完善站内计算机监控系统的自动化功能，满足梯级电站集中监控、优化运行的要求。孟洲坝发电厂计算机监控系统改造的目的是完善4台机组、升压站的自动控制系统，改造电厂站级控制层，以修复和完善电厂集中控制、安全监视系统，电厂优化运行等功能的实时监控。

2 总体结构

孟洲坝发电厂计算机监控系统改造后采用全微机监控系统，其总体结构如图1所示，系统采用分层分布的开放式系统结构，即分为现地监控层和中央控制层，见图2。整个系统将主机工作站和可控制编程器等作为主体，通过TCP/IP网络协议，以及100Mbit/s快速以太网技术，组成开放式微机网络系统，把测点采集、告警提示、工况记录、逻辑判断和动作输出等信息通过计算机机传递给电厂工作人员。主控级监控层网络采用光纤以太网与所有LCU联接。主控级主要设备包括2台主操作站(主机)，4台显示器，1台网络交换机，1台通讯服务器，语音报警、6kVA逆变电源系统各1套。

按电厂分布位置和控制对象来划分，现地监控层需改造的各设备布置如下:4台水轮发电机组各用一套LCU，开关站和公用设备共用一套 LCU，共5套LCU。机组LCU与主控级监控层网络采用光纤以太网联接，因公用设备控制单元布置在中控室旁的继保室内，故主控级监控层与公用设备控制单元的以太网连接采用超5类屏蔽双绞线。

采用GE PAC3i系列PLC作为电厂现地监控层的微机系统，装设于机组LCU上。LCU根据控制对象的不同又分为机组LCU和开关站及公用LCU。机组LCU主要由就地工作站、PLC数据采集控制单元、机组微机准同期装置和逆变电源装置组成。

图1 孟洲坝发电厂监控系统

图2 孟洲坝发电厂监控系统结构分布

在所有LCU屏上各设置控制权限切换开关，分为主控级和现地级控制开关，即“远程/检修/现地”，当开关切到“远程”时，上位机才能实施控制和调节的命令。当机组检修时，切到“检修”，主控级和现地级均操作无效。当开关切到“现地”时，只能通过现地控制单元操作面板(触摸屏)实施控制和调节的命令。当现地控制单元操作面板(触摸屏)发生故障时，不影响上位机对现地控制单元的控制，反之亦然。

3 计算机监控系统功能

系统按电站的“无人值班，少人值守”的原则设计，配备数据通信、数据共享功能。其主要目标为:实现厂内安全生产、自动监测和闭环控制，提高电厂安全运行能力，实现电厂统一调度管理和整个系统衔接，改善运行、检修职工运行、维修条件及提高电厂电能生产的产值和质量，最终提高电厂的经济效益。

3.1 主控级实现的主要功能

3.1.1 控制和调节功能

电厂运行人员在上位机通过液晶显示器(LCD)向现地控制单元发出各种控制和调节命令，监视各项操作的全过程，在必要时可以改变操作的执行。在执行操作过程中，液晶显示器(LCD)将显示各主要阶段进行的操作过程:命令菜单上已完成的命令为绿色;当前执行的步骤为红色，当步骤完成后，相对应的图标将变为绿色，在操作一览表上可看到操作结果或失败原因。

3.1.2 事件报警和运行监视功能

系统定时从LCU采集断路器、隔离开关、全站机组、变压器、母线、公用设备、闸门等生产设备的运行状态和参数，实时更新数据库。在LCD上显示操作结线图、运行监视图等各种画面，以及各种一览表、趋势曲线、测点索引等，定时刷新画面上的运行数据和设备状况，还有语音报警功能。使运行人员实时监视全厂生产过程的运行、操作状态过程和报警信息更为方便。

3.1.3 运行指导、管理和统计报表功能

包括主系统操作指导，开、停机操作指导，厂用电系统操作指导画面及各类提示信息等。

3.2 现地级实现的主要功能

在计算机监控系统中，现地级机组控制单元作为一个智能终端，可以直接监视和控制机组的运行，但也可作为独立的装置单独运行。

3.2.1 数据采集及处理功能

包括状态开关量、中断开关量、交流模拟量、一般模拟量、温度量的采集与处理。根据机组运行的需要，可设置以上模拟量高高限(HH)、高限(H)、低低限(LL)、低限(L)报警值，改造后系统提供越复限报警及处理功能。

3.2.2 控制与操作功能

机组现地控制单元通过LCU触摸屏操作面板或上位机的输入命令，执行操作。机组LCU都是通过输出继电器的空接点去动作各个机组的现场设备，分别作用于各个现地设备输入点:如电路的断路器、刹车制动与机组润滑油的电磁阀、机组冷却风机、漏油泵、润滑油泵、高压顶起油泵的电动机启动装置等。

3.2.3 准同期功能

机组现地控制单元柜内装设的微机准同期装置灵敏度高，保证发电机在无相差的情况下并入电网。

3.2.4 机组的有功和无功调节功能

改造后的现地控制单元对机组有功、无功的调节是以上位机或LCU控制面板设置的有功、无功设定值，使励磁调节器和调速器自身按PID规律对机组的励磁电压和导叶开度进行调节，使机组按给定的有功和无功数值运行。

3.2.5 人机接口功能

机组现地控制单元柜内配置触摸显示操作面板(GE Fanuc/Quick Panel View)作为人机交互的平台。工作人员通过触摸屏操作面板可以进行机组辅助设备的开启、停止，断路器分闸、合闸，机组的开启、停止，有功、无功增减的给定等多种操作。操作中如果有不合法或错误的命令，根据LCU内置程序的逻辑判断将拒绝控制命令的执行。对于合法的命令，LCU将显示控制命令的过程及最终结果。

3.2.6 诊断功能

机组现地控制单元具自检功能，能对LCU的各控制单元及本身的硬件进行全面的自我检验，并能够根据检验结果采取相关和相应的各种保护性措施，防止出现各种不良结果。同时向主机报告诊断结果，根据自诊断记录，维护人员可以了解LCU装置工作是否良好，处理异常情况。

3.2.7 通信功能

机组现地控制单元与微机保护装置、主控级监控层、励磁装置、调速器的通信。

3.3 现地公用LCU实现的主要功能

公用和开关站LCU的控制与操作，数据采集与处理、通信、自诊断、人机接口等方面的基本功能，与机组LCU大致相同。

公用LCU的主要控制流程包括:故障、事故音响处理流程;主变110kV高低压侧断路器控制流程;厂用变高低压侧断路器控制流程。

4 结语

计算机监控系统的原理就是现地LCU通过接收现地传感器的信号作为既定逻辑控制流程的启动条件，实现设备的安全自动控制，并将采集的信号和经过处理的数据信息上传给上位机，对设备状态信息、环境信息、人工指令、报警信息、统计数据等分类处理用于显示、报警、记录等一系列过程。

经过南珠公司的技术改造后，发电厂增加了上位机控制单元，更换改造了现地LCU控制柜，主要解决的问题有以下几点。

(1)通过上位机集中控制单元，全场的运行状况可以直观显示出来，远程集中控制、语音报警、全厂自动事件记录、数据记录、报表等功能得以实现。

(2)完善机组刹车控制系统，完善对机组各个辅机设备的状态、故障、权限采集，完善机组各种自动化元件的状态采集，消除了动作信号次序混乱的问题并且使得各设备间兼容性得到改善。使得机组控制基本达到自动化。

(3)全厂出线、母线、机组等电气参数的采集。

(4)机组电气安全判定与限制等功能通过这次改造得以实现。

(5)增加现地触摸屏显示单元，将同期功能从公用设备中分离出来实现现地功能独立化，并且实时显示机组的各种运行参数、实现机组负荷自动跟踪、数字化给定等功能。

(6)在机组现地控制单元加装了机组紧急和辅助停机回路，确保机组在非正常情况或危急情况下能迅速安全停机。

该计算机监控系统试运行2年来情况良好，系统可靠、操作维护方便、显示画面直观，各项功能、性能指标满足设计需求，为提高全网电能质量作出新的贡献。同时，满足了水电厂现代化运行与管理的要求，减少机组事故率和降低了生产过程中的劳动强度，提高了系统可靠性，并取得了较好的经济效益。

［1］吕振中.计算机控制技术与系统［M］.北京:中国电力出版社，2000

［2］朱 辰，周茜.葛洲坝大江电厂无人值班工程中计算机监控系统的技术改造［J］.水电厂自动化，1999(4):71～72.

［3］彭卓莉.冗余以太网在大型梯级调水工程计算机监控系统中的实现［J］.电工技术，2007(6):47～48.

［4］谢希仁.计算机网络［M］.北京:人民邮电出版社，2004.