安康水电厂自动化系统技术改造及发展

安康水电厂自动化系统技术改造及发展瞿富强,杨启龙,张锡伟,韩建新(安康水力发电厂,陕西省安康市725000)

摘要:介绍了安康水电厂投运10多年以来技术改造及自动化发展的历程,分析了技术改造及自动化对安康水电厂带来的安全经济效益,详细阐述了从基础自动化元件改造的开始,到机组自动化系统,水调自动化系统,大坝监测自动化系统,MIS系统每个系统改造的过程及新的功能,对安康水电厂自动化的发展进行了展望。关键词:计算机监控系统;水调自动化系统;大坝监测自动化系统;发电效益

收稿日期:2008󰀁10󰀁16。0󰀁引言安康水电厂设计于60年代,筹建于70年代,由于受当时国内技术的限制,机组自动化元件设备陈旧,投入运行后暴露出很多问题。例如:误动、拒动、发卡、漏油、线圈烧坏、可靠性差等,多次发生停机、水淹水导轴承等设备事故。机组开停机成功率很低。同时给运行人员增加了操作量。检修人员也要花大量的精力对其进行维护和保养。从1997年开始,安康水电厂大规模的技术改造工程全面铺开,先后对机组油、水、风系统电动阀门的驱动装置,液压电磁阀,空气电磁阀,压油装置补气阀及上导、推力、水导3部轴承液位显示器,漏油箱液位显示器,示流信号器,电接点压力表,压力传感器及顶盖排水液位显示器等进行了换型改造,使机组自动化控制设备的运行可靠性与稳定性有了很大的提高。另外,对水轮机调速系统进行了改进,励磁系统进行了改造,加装了330kV电抗器,对机组保护系统进行了技术改造,整体更换了110kVGIS系统,所有这些改造项目使安康水电厂的自动化水平大大提高。

1󰀁机组监控、水调自动化、大坝监测自动化的建设

1.1󰀁计算机监控系统安康水电厂电气二次设计始于80年代初,为常规与计算机监控互为备用的并行方式,系统上位机采用2台华南计算机公司生产的NH󰀁3070,下位机采用法国引进的5台SMC󰀁600,系统设计为分层分布星形网络结构。由于多种因素的影响,计算机监

控系统未能随机组同步安装和投运。至系统改造前,电厂的控制与操作一直沿用传统的常规方式。安康水电厂计算机监控系统改造本着技术先进、安全可靠、经济实用的原则,按计算机、实时监控系统为主的指导思想进行总体设计和系统配置。系统功能按满足无人值班,少人值守原则进行设计。监控系统采用中国水科院自动化所H9000,自动化元件采用深圳澳尼斯特电子技术公司提供的全套产品。系统功能包括:数据采集与处理,自动发电控制(AGC)及经济运行,自动电压控制(AVC),事件记录与追忆,系统自检以及I/O通道故障检测,卫星时钟同步(GPS),电厂运行安全监视及事件报警,电厂运行指导,控制和调节,统计记录及生产管理。计算机监控系统经过一期工程的施工与二期改造的完成,现在运行稳定可靠,功能丰富。1.2󰀁水调自动化系统安康水电厂1989年12月下闸蓄水,1990年12月第一台机组发电,1997年电站防汛任务移交安康水电厂,从此安康水库调度承担着各个时期的不同任务。作为汉江流域最大的电站及水库,安康水情中心管理人员规划了水情信息由人工观测󰀂坝上、坝下水位自动观测󰀂水情遥测系统󰀂水调自动化系统󰀂水库的集中管理󰀂流域梯级水调自动化的发展思路,并朝着最终目标一步步的迈进。安康电厂水调自动化系统从1992年开始,采取循序渐进的原则,不断摸索,不断完善,逐步实现了水库调度的各个环节的自动化。在通信方式上,安康水电厂野外遥测站的通信方式从1992年建设以来一直采用超短波,超短波方式存在的缺点是信号易碰撞,中继站维护困难,后来

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第30卷󰀁第3期2009年8月Vol.30󰀁No.3Aug.2009安康水调开始逐步采用GPRS方式通信,运行效果良好。与石泉水电厂、西北网调、安康市防汛办、蔺河口等单位的通信方式也由原来的电话、微波方式改造为卫星及光纤通信方式,极大地提高了通信的可靠性及传输速度,借助光纤网络与安康市防汛办、水文局、气象局实现了视频会议功能。水库调度自动化系统的建设按 建管结合,无缝交接!这个思路进行的,把建设和管理结合起来,那么就能非常顺利地完成这个项目了,说的更具体、更明白一些就是要求电厂的技术人员在厂家做项目时,从初期方案规划,初步方案设计,详细的方案设计到安装、调试,技术资料的制作整个过程中,应积极地渗透进去。1.3󰀁大坝监测自动化系统安康大坝变形监测自动化系统工程于2003年11月开始施工,于2004年6月底完工。项目包括:垂线系统,引张线系统,双金属标(高程传递)等项目的自动化改造,以及垂线等项目的完善改造。安装DAU2000采集单元15台,内置NDA1303智能数据采集模块18块,防雷隔离电源模块18台,分布在15个监测站,纳入了106监测仪器。现场配置了2台NDA3200通信中继模块(分别在298廊道1号垂线房DAU8内及257廊道1号垂线房DAU9内)、机房设置1台NDA3100通信模块,所有DAU数据采集单元均由大坝监控中心机房防雷净化电源和UPS统一供电和控制。所有DAU数据采集单元、NDA智能数据采集模块和防雷隔离电源模块、通信模块和防雷净化电源构成一个完整的分布式数据采集系统。二期自动化改造在一期基础上,对一期改造未纳入自动化的绕坝渗流、扬压力、内观仪器等项目进行自动化改造。2󰀁促进电站安全,增加发电效益近10年来,安康水电厂,先后完成了水情测报系统的技术改造,为防汛、发电提供了准确的消息;完成了4台机组的计算机监控,提高了机组的安全可靠性;完成了4台主变套管的改造更换工作,保证了主变安全运行;330kV电抗器投入运行,提高了电能质量;消力池底板破损吃力,保证了泄洪安全;110kVGIS开关站的更换;机组、线路保护改造基本完成;大坝监测系统已经竣工。实施过程中大量采用了新技术、新工艺、新材料,且技术含量高,具有超前意识,目前都在正常的发挥效益。还有,无厂用开机,励磁过压装置改造,电动机可编程的应用都对安全生产起到了重要作用。MIS系统实现了生产、管理现代化、信息资源共享化和信息化。另外,目前正在规划和即将实施生产工业电视系统、生产综合管理系统,这些系统的建立,必将使安康水电厂设备的技术性能、可靠程度、管理水平再上一个新的台阶。技术改造与创新提高了设备的健康水平与自动化水平,同时也提高了安康电站的安全经济效益,电站安全天数创新纪录,到目前为止,创造了连续长周期安全生产3300d的历史纪录。通过科学地调度水库,发电量连创新高,在2007年7月份,发电量5.68亿kW∀h,是历史同月份新高。安康水电厂各种技术改造及自动化改造均为电站创造了丰硕的安全效益及经济效益。下面仅对计算机监控系统实现产生的效益做具体分析:安康水电厂机组监控系统投运后,全过程的自动化操作系统使机组从开机至并网只需70s,比过去缩短了十几分钟,节能降损效果显著。机组开、停机成功率一直保持在100%,达到了预期的设计目标。负荷自动、手动调节迅速方便,各种运行数据、设备状态记录提供准确,运行人员劳动强度大大减轻,完全达到了少人值班的要求,给将来实现无人值班积累了经验,提供了有利条件。下面就实现计算机监控的经济效益详细分析如下:1)负荷最优分配在常规控制方式下,机组之间负荷分配是由值班员的工作经验决定的,很少考虑到且也很难做到负荷在机组间的最优分配。实现计算机监控后,计算机能根据各机组不同的效率曲线对负荷进行机组间的最优分配,即自动发电控制AGC,AGC可以随时根据负荷需求调节各机组的负荷分配,使全厂机组始终运行在最佳状态,据统计,实现计算机监控后,由于负荷最优分配,使安康电厂发电量增加2%~4%,若按4%考虑,安康电厂年发电量28亿kW∀h,每年因符合最优分配增发1亿kW∀h的电能,效益可观。2)缩短开机时间带来的效益常规控制方式因各自动装置调节精度差、时间长,从开机到并网一般要15min,实现计算机监控后,由于自动化程度提高,开机时间缩短为70s,按每年开机200次计算,每台机组每年可增加的发电量为690256万kW∀h。按0.3元/kW∀h计算,可增创产值207万元。4台机可增加828万元。则每年全厂因开机时间缩短而节省耗水增加的发电量约256万kW∀h。

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∀运行与管理∀󰀁瞿富强,等󰀁安康水电厂自动化系统技术改造及发展另外,减少了运行值班人员及其劳动强度。原每值需要13人左右,减少人员10人,则可节省费用300万元。这还没有计算减少了检修人员数量及强度带来的经济效益。3)由于安全性提高带来的效益由于计算机监控方式与常规控制方式相比采集的各种数据更全面、及时,使值班员能够更全面准确地了解机组运行情况,同时,计算机监控系统还配有许多故障诊断、趋势分析等软件,能提前预测故障的发生,即使发生故障,计算机还能提供事故处理指导,以尽量缩短事故处理时间,事故后还能对事故进行追忆,有利于事故分析,采取防范措施,因此从设备的安全性来看,计算机监控方式有常规控制方式无法比拟的优越性,因此采用计算机监控控制的机组更加安全可靠,减少事故停机甩负荷的几率对电厂及社会带来的经济及社会效益都是十分巨大的,很难简单地以费用来表示。4)对管理及其他方面的影响采用计算机监控后,由于自动化水平的提高,为安康水电厂实现减人增效及创一流企业打下了物质基础,同时由于自动化水平提高,使职工学习新技术、新知识,管理的方式也发生了变化,管理者必须用新的办法对电厂进行管理,这就促进了人们思想观念的更新。由于监控事件记录的严密性,各种错误操作、误动均能详细记录,不明原因的事故大大减少了,强迫人们从严要求,加强管理。3󰀁规划及展望近10年来,安康水电厂在自动化建设方面取得了巨大的成功,为水电站实现 无人值班,少人值守!奠定了基础。在下一个阶段,规划加强以下几个方面的工作:1)在目前计算机监控系统典型配置的基础上,进一步提高其性能指标,增加应用功能,方便其操作使用。例如:如何实现其跨平台运行,如何实现实时信息的生产管理,以便快速精确地为运行提供各种分析数据,并在此基础上探讨监控发展的新方向和新模式。开展综合自动化方面的研究,由于计算机监控系统、MIS系统、水调自动化系统等都是独立的。他们之间只有信息交换的关系。采用的计算机也各不相同,缺乏统一规划,给管理带来很大的不便,也造成资源的浪费,应统一规划,分清主次,解决好安康水电厂综合自动化的问题。2)进一步加强励磁、调速及自动化方面元件的研究。3)在水调方面应积极开展梯调水情测报与优化调度、水库群补偿调度,努力使安康水库调度中心发展为汉江上游流域梯级调度中心。4)实现设备资料多媒体管理系统:设备技术资料是对设备进行检修维护的重要依据,安康水电厂设备技术资料的管理目前采用手工图纸资料管理与部分的电子文档管理,随着技术的进步和检修维护经验的长期积累,设备技术资料的数量越来越多。并且高水平的设备检修维护方式比传统的设备检修维护方式更依赖于设备技术资料的支持。采用图文资料管理软件管理,将大大提高技术资料的可读性和查阅效率,并为检修诊断专家系统提供技术数据支持,为改善检修质量,提高检修效率,逐步实行状态检修打下基础。5)开展状态检修,使安康水电厂的检修决策建立在技术分析的基础上,取代过去完全根据经验方式。状态检修与水电厂计算机监控系统有密不可分的关系,应统一规划,密切配合,充分发挥监控系统的作用,应注意开发相应的功能,如建立知识库等,使状态检修少花钱,有实效。6)为满足水电厂 无人值班,少人值守!的运行方式要求,要重点改造的内容是提高远方操作,远方AGC能力,完备的自动寻呼功能,良好的免维护,自诊断,自恢复功能,分级实现的ON󰀁CALL功能,以及可靠的通信信道等。