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QTouch-3300水电站综合监控系统
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QTouch-3300

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    1 概述

    武汉舜通智能科技有限公司是国内最早从事发电厂综合自动化系统的公司之一,是我国最早研发微机继电保护,发电厂综合自动化系统,IEC61850数字化电站的单位之一,曾参与过三峡电站、大亚湾核电站、西藏直孔电站、宣恩洞坪电站等多个大型电厂是设计和运行。

    我公司的发电厂综合监控系统包含如下解决方案:

    1)        发电厂后台综合自动化系统;

    2)        发电厂调度自动化系统;

    3)        发变电综合监控系统;

    4)        微机继电保护监控屏;

    5)        闸门监控系统;

    6)        发电厂能源效率管理系统。

    武汉舜通智能公司提供的系统方案具有成熟化、模块化、监控软件和核心联网采集产品自主研发的特点,易于实施和扩展,易于根据客户的需求定制化调整,并具有很强的性价比特点。QTouch智能监控系统自推出市场以来获到了用户的亲睐,在多个行业和环节进行了应用,创造了良好的社会和经济效益。

    2 系统方案介绍

    2.1 典型拓扑结构

    针对电厂系统的具体特点,我们提出具有针对性的系统设计,典型系统结构拓扑图如下:

    QTouch-3300水电站综合监控系统

    系统分为四层,第一层为设备层,包含:电力仪器仪表,微机继电保护,光伏逆变器,智能开关,故障及录波设备,温度巡检设备,直流屏等。

    第二层为采集层,通过前置通信管理机,将本区域的设备通过通信接口和协议进行数据的采集和传输,通过标准的以太网接口向上一层传输数据。

    第三层为传输层,通过交换机组建网络,将各个区域的采集设备,通过网络实现数据的传输,常见的有星形网,环网等,链路介质有双绞线和光纤,双绞线只能组建200米以内的区域网络,而光纤则不受距离限制,是可以组建复杂,长距离的传输层网络介质。

    第四层为展示层,通过监控软件,提供图形化的呈现效果,将系统的运行数据进行图形展示,除展示之外,还提供故障信息采集,故障再现,历史数据,波形分析,运行日志,操作管理等功能。除监控中心,还通过WEB,手机APP等方式向管理人员提供实时和数据展现。

    1.1 系统功能

    2.2.1系统时实性

    系统的实时性反映在系统的响应时间上,它们包括了主机处理、存贮器存取、I/O接口响应,通道传送和软件等的速度或效率。

    数据采集时间

    电气模拟量采集周期                ≤1S

    非电气模拟量采集周期              ≤1S

    温度量采集周期                    2~10S

    状态点采集周期                     ≤1S

    中断型开关量采集                  2ms

    脉冲量采集                 连续无延迟脉冲计数累加

    控制响应时间

    控制命令回答响应时间                  ≤1S

    接受控制命令到执行控制的响应时间   ≤1S

    数据采集响应时间

    从任意一个现地控制装置采集变化的状态点或报警、模拟量以及带时间的事件点的混合数据到实时数据据库的时间应不超过3S。

    人机接口响应时间

    调用新画面的响应时间不超过2S。

    动态数据刷新时间不超过2S。

    操作员命令发出到显示回答不超过3S。

    同一事件作用于报警方式的时差1S。

    主控层控制功能响应时间

    自动控制指令的响应时间不超过3S。

    2.2.2可靠性

    主计算机MTBF                 >30000h

    主控级外围设备                >17000h

    人机接口设备                  >17000h

    现地控制单元                 <35000h

    MTTR(有备件)               <0.5小时

    2.2.3可利用率

    计算机监控系统系统可利用率(Ap)  > 99%

    2.2.4可维护性

    设备具有自诊断和寻找故障的程序,按照现场可更换部件水平确定故障点,软件故障检测可准确到任务级;具有便于试验和隔离故障的断开点;

    互换件和不可互换件有保证识别的措施;提高硬件的代换能力。

    2.2.5系统安全性

    系统的安全性、容错性主要由系统全分布方式保证。由于各节点独立,每节点的退出不影响系统的其它部分,或者说对系统的影响最小。数据库的各节点均可独立修改,此时系统其它部分照样工作,本节点退出。前置机的数量和功能也可由于系统的扩充而扩充。以上变动均不影响系统的正常工作。

    计算机监控系统有判断不合适或者不希望的动作和状态的能力,其结果将产生报警或拒绝执行或两者兼有。安全性包括以下两个方面:

    操作安全性

    为系统每一功能和操作都提供检查和校核;

    当操作有误时能自动地闭锁并产生报警;

    任何自动及手动操作都可以记录、存贮并做出提示;

    通信安全性

    监控系统的设计可以保证信息中的一个错误不会导致系统关键性的故障。主控层和前置处理机的通信涉及控制信息时,能对响应有效信息或没有响应有效信息有明确肯定的指示,当通信失败时,考虑2-5次重复通信并发出报警信息。

    2.2.6系统可扩性和可变性

    可扩充性

    CPU的平均负载率不超过40%;

    磁盘使用率在任何一个3秒周期内不超过50%;

    系统具有一定的开放能力,在功能、配置、通信接口等方面均有一定的扩展能力。

    可变性

    系统允许用户补充、修改被测点的定义、定值、单位、标度及其它数据特征;

    允许对前置机或终端重新编址和重新布置;

    允许用户自行开发画面、打印格式及其它功能。

    2.2.7主控级功能

    数据采集与处理

    主控级对电站主要设备的运行状态和运行参数自动定时进行采集,并作必要的予处理,存于实时数据库。现场数据包括:模拟量、脉冲量、数字量、非中断开关量和中断开关量:

    模拟量的采集                                           

    电厂的模拟量包括温度量、非电气模拟量以及电气模拟量。温度量的采集通过温度巡检仪和测控仪的通讯方式实现;非电气量的采集由发包方提供4~20mA信号输入;交流电气量的采集除电度量外,均直接对电网二次侧交流信号(电压、电流)进行采集,并计算相关电压、电流、频率、有功功率和无功功率。

    开关量的采集

    开关量按信号重要程度的不同将其分为中断型开关量和非中断型开关量两种。

    中断型开关量信号指事故信号、断路器分合及重要继电保护的动作信号。计算机监控系统能以中断方式迅速响应这些信号并做出一系列必要的反应及自动操作。中断型开关量信号输入为无源接点输入,中断方式接收,对信号的处理包括光电隔离、接点防抖动处理、硬件及软件滤波、基准时间补偿、数据有效性合理性判断、启动相关量处理功能(如启动事故顺序记录、发事故报警音响、画面自动弹出以及自动停机等),最后经格式化处理后存入实时数据库。

    非中断型开关量信号是指除中断型开关量信号以外的那部分开关量信号。包括各类故障信号、隔离开关的位置信号、机组设备运行状态信号、手动/自动方式选样的位置信号等。计算机监控系统对这些信号的采集方式为定期扫描、信号输入为无源接点。对断路器、隔离刀闸的位置接点有一对常开接点和一对常闭接点输入。对信号的处理包括光电隔离、接点防抖动处理、硬件及软件滤波、基准时间补偿、数据有效性合理性判断、发故障报警音响、最后经格式化处理后存入实时数据库。

    开关量输出

    特指各类操作控制指令。计算机在输出这些信号前进行校验,经判断无误后才能送至执行机构。至执行机构的开关量输出点为无源接点。为保证信号的电气独立性及准确性,开关量输出信号也经光电隔离、接点防抖动处理后发出。

    信号量值及状态设定

    对于电站在建设初期所无法采集到的信号,或某些由于设备原因而造成的信号出错,以及在必要时要进行人工设定量值作分析处理的信号量,计算机监控系统允许系统操作员对其进行人工设定,并在处理时把它们与其它正常采集到的信号等同对待。计算机监控系统可以区分它们并给出相应标志。

    2.2.8统计及计算

    实时功率计算

    根据所采集的实时数据,计算各发电机实时有功、无功、功率因数等并显示在画面上。

    电量分类累加

    ——单台发电机、单回送电线路的日、月、年发电及送电有功、无功电量累加;

    ——全厂日、月、年总发电量,厂用总用电量及线路总送电量累加:

    ——全厂日、月、年厂用电:

    ——在规定的时间间隔内(如当班及分时等)的全厂总发电量和总送电量累加;

    2.2.9安全运行监视和事件报警

    安全运行监视包括全厂运行实时监视及参数在线修改、状变监视、越限检查、过程监视、监控系统异常监视。

    实时监视。实时从LCU收集全站机组、公用设备、主变、线路、开关、母线等生产设备的运行参数和运行状态,更新实时数据库。在CRT上显示机组运行监视图、操作接线图(如主接线图、厂用电接线图、油水风系统图等),及趋势曲线、各种一览表、测点索引等,定时刷新画面上的设备状况和运行参数,使运行人员可清晰地监视全厂生产过程的运行状态、操作动态过程和报警信息。

    全厂运行实时监视及参数在线修改:运行值班人员通过CRT对全厂各主设备及辅助设备的运行状态进行实时监视控制及在线修改参数。对职责不同的各级运行人员,其操作权限的内容也各不相同。对监控系统监控的所有设备,具有一定操作权限的运行值班人员能在线修改运行参数。

    主控级接受现地控制单元的越限报警信号。

    设备异常状态分为两类:一类为异常程度较轻,称为I段越限;另一类为异常程度较重,称为II段越限。I段越限只发报警信号,不作用于停机;II段越限除发报警信号外,还要作用于事故停机。I段和II段越限的音响和光字信号,要求能易于运行人员区别。

    事故顺序记录(SOE)

    当电站发生事故断路器跳闸、重合闸动作等情况时,计算机监控系统将立即以中断方式响应并自动显示、记录和打印事故名称及时间;记录,显示和打印相关设备的动作情况;音响报警;自动弹出第一事故画面;作事故原因分析并提出处理办法,计算机监控系统能将发生的事故及设备的动作情况按其发生的先后顺序记录下来,事故顺序记录点的分辨率不超过1ms。

    状变监视:状变分成两类。一类为自动状变即自动控制或保护装置动作所导致的状变,如断路器事故跳闸,机组的自动起动等,另一类为受控状变,即由来自人工控制的命令所引起的状变。发生这两种状变时,均在显示器上显示。状变量以数字量形式采入。

    越限检查:检查设备异常状态并发出报警,异常状态信号在显示器上显示并记录。主控级主要完成以下各参数的越限检查:

    1)机组三相电流不平衡度过大,转子温度过高及其它运行参数越限;

    2)其它参数越限。

    同时,主控级还接受现地控制单元的越限报警信号。

    过程监视:监视机组各种运行工况(发电、调相、停机)的转换过程所经历的各主要操作步骤,并在显示器上显示;当发生过程阻滞时,在显示器上给出阻滞原因,并由机组现地控制单元将机组转换到安全状态或停机

    趋势分析:分析机组运行参数的变化,及时发现故障征兆,提高机组运行的安全性。

    间歇运行的辅助设备的运行监视和分析:监视机组及电站各间歇运行的辅助设备(如压油泵、排水泵、空压机等)起动次数、运行时间和间歇时间。在机组及电站不同运行方式下,其起动及运行间隔有一定的规律,通过分析这些规律的变化情况,监视间歇运行设备及其对的主设备是否异常。

    监控系统异常监视:监控系统的硬件或软件发生事故则立即发出报警信号,并在显示器及打印机上显示记录,指示故障部位。

    2.2.10实时控制和调节

    控制权限

    远方当地方式设定。设备的操作权一般分为远方、中控室及现地三级。远方操作命令来自上级网调、省调或梯调,根据电厂的实际情况而定,中控室操作属于电厂一级的控制,而现地控制是在机盘完成。控制权限可以切换,一般在中控室设置。但现地控制具有优先权,以便于设备的检修和调试,当处于远方控制时,一旦发生事故或由于其他原因需要人为干预时,控制权自动切换到电厂端,以便事故的及时处理。

    控制权设定。控制权的设定包括两方面的内容,其一是操作员控制台允许操作的设定,通常计算机监控系统设置两到三台控制端,但某一段时间内对于某台设备只允许一个控制台能操作,以免操作出错或命令冲突,即只有一个控制台为操作台,其余均为监视台,当操作完毕或操作员离开时,可将另一控制台设置成操作台。

    其二是操作员权限的设定,即根据系统管理员、维护人员、运行人员的责任,对监控系统的掌握及熟练程度分别给予一定的权限,以确保电厂设备及计算机监控系统的安全。本系统对操作员一共设置了十个级别。

    控制与调节。操作员通过主机兼操作员工作站的显示器、键盘等,对监控对象进行下列控制与调节。

    机组启动、停机

    同步并网;

    机组各种运行方式的选择;

    机组有功功率、无功功率增减;

    全电站开关的合/分以及闭锁;

    各种整定值和限制值的设定;

    显示器的显示图形、表格、参数限值、报警信息、状态量变化等画面和表格、报表的选择与调用;

    在各个显示屏间实行主操作屏和画面显示屏的分配;

    打印记录

    计算机系统设备投/切;

    报警复归:当电站设备发生事故或事件后,在显示器上自动推出事故或事件画面发出报警信号,当运行人员已了解事故或事件的情况后,可对报警信号手动复归;

    机组现地控制单元能自动完成开、停机操作和有功、无功功率的调节,而不需依赖于电站控制中心。在接受电站控制中心命令后,工况转换及调节能自动完成,也能分步自动完成。机组现地控制单元也能执行现地人机接口发出的现场命令。

    机旁设控制权切换开关(上行信息不受切换开关位置影响)。开关置于“中控室”时,则机组仅受控于电站控制中心,置于“现地”时则仅可由运行人员通过现地控制单元对机组进行控制。

    机组同步并网:发电机出口断路器和主变高压侧断路器均可作为机组的同步并网点,机组同步并网方式为自动准同步

    机组辅助设备的自动控制、监视。

    2.2.11监视、记录、报告

    监视

    在中控室装有彩色显示器,用于显示电站的运行情况。

    主要的监视内容有:

    发电机运行工况

    发电机组辅助设备运行情况

    变压器运行工况

    全电站断路器、隔离开关、接地开关的位置。

    线路运行工况

    公用设备运行工况

    机组冷却水控制阀位置

    厂用电运行方式

    越复限、故障、事故的显示、报警并自动显示有关参数并推出相关画面。

    过程监视:监视机组运行工况的转换过程,并在显示器上显示。当发生过程阻滞时,在显示器上给出阻滞原因,并可由操作员改变运行工况,如实行停机。

    监控系统异常监视:监控系统的硬件或软件发生事故则立即发出报警信号,并在显示器及打印机上显示记录,指示故障部位。

    其它重要的运行参数。

    记录、报告

    全厂所有监控对象的操作、报警事件及实时参数报表等记录下来,并能以中文格式在显示器上显示,在打印机上打印。打印记录分为定时打印记录、事故故障打印记录、操作打印记录及召唤打印记录等工作方式。

    记录、报告的主要内容列于下。

    操作事件记录

    报警事件记

    定值变更记录

    自动将所有的定值变更情况作记录,包括变更对象、变更数值、操作员的姓名等,以备随时查询。

    报告

    按时、日、月生成各种统计报表,也可根据操作员的指令随时生成各种报表。

    趋势记录

    记录重要监视量的运行变化趋势。

    2.2.12事件顺序记录

    在电站发生事故时,由各现地控制单元采集继电保护、自动装置及电站主设备的状态量,并上送电站控制中心,完成事件顺序排列,显示、打印和存档。每个事件的记录和打印包括点名称、状变描述和时标,记录的分辨率不大于5ms。

    2.2.13数据通信

    与调度中心的通讯

    将电厂的有关数据和信息送往调度中心。

    接收调度中心下发的各种命令。

    提供通讯协议文本,负责接口配合。

    监控系统内部主机与各设备的数据通信由设计的系统结构及配置所决定。计算机之间的数据通信,其基本原则是速度快、数据处理能力强、安全可靠性较高。

    2.2.14屏幕显示

    画面显示是计算机监控系统的主要功能之一,画面调用将允许以自动或召唤方式实现。自动方式是指当有事故发生时或进行某些操作时有关画面能够自动推出,召唤方式则指操作某些功能键或以菜单方式调用所需画面。画面种类包括各种系统图、棒形图、曲线、表格、提示语句等。画面清晰稳定、构图合理、刷新速度快且操作简单。

    系统图类

    包括各种电气接线图,油、气、水系统图。在这类画面上还实时显示出运行设备的实时状态及某些重要参数的实时值,必要时可通过窗口显示其它有关信息。

    棒图类

    机组的有功功率、无功功率及其它一些适合用棒图表示的参数。

    曲线图类

    包括运行电压曲线、频率曲线、给定日负荷曲线以及各类模拟量变化曲线。监控系统能按运行人员的要求自动地组织相应时间区间的有关数据以曲线的形式显示在屏幕上。

    表格类

    包括各种运行参数、参数给定值、特性表、各种整定值及整定值变更统计表、各类报警信息统计表、操作统计表、各类运行报表、运行日志、操作票等。

    提示语句

    包括开、停机操作指导,电厂一次设备操作指导,厂用电系统操作指导画面,各类提示信息等。

    1 画面组成

    系统主界面左边为导航栏,分一级导航和二级导航,页眉为项目名称信息,显示系统时间,当前用户,通信状态和报警状态。当有系统通信故障时,通信状态实时闪烁,点击通信状态按钮,进入通信状态页面,监视设备状态。当有任一报警产生时,报警信息状态实时闪烁,点击进入报警信息页面。

    QTouch-3300水电站综合监控系统



     




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