XDPS-400系统在抽水蓄能电站的应用

■ 概述
近年来随着我国经济发展的突飞猛进,电力供需矛盾日益突出，峰谷差越来越大，为此抽水蓄能电站的建设被越来越重视。众所周知，电力的生产和消费是同步完成的，当用电量少时，电力负荷处于低谷，发电厂发出的电大于用户需要，电力系统有剩余电能，当用电高峰时，电厂发出的电又无法满足用户的需要，抽水蓄能电厂可利用水库的蓄水，在高峰时发电，为电网输送电能，在低谷时从下库抽水送往上库，从而吸收多余的电能，起到削峰填谷，平衡峰谷电量差的作用。
以安徽响洪甸蓄能电站为例，电站装有2台55MW可逆式水轮发电机组，总装机110MW。在用电低谷时2台机组可以同时实现抽水，以消耗电网剩余能量，在用电高峰时，两台机组同时发电，以供给电网能量。这样两台55MW机组，实际可以为电网提供220MW的调峰电量，为电网的调峰能力提供物质手段。同时由于水电厂的启动迅速，一般从静止到启动完成带上满负荷时间为3～5分钟，因为抽水蓄能电站还承担着在电网故障的紧急情况下为电网提供启动电源，因而抽水蓄能电站对于电网的稳定、安全的运行有着越来越大的作用。抽水蓄能电站的安全可靠运行直接关系到整个电网的可靠运行。
抽水蓄能电站一般处于偏僻的山区，利用当地地形条件来建设上库和下库，抽水蓄能电站一般采用少人值守方式，仅有少数维护人员负责设备安全巡视。日常的电站启动和运行均依赖于全厂计算机监控系统的操作实现。全厂的计算机监控系统本身的稳定性和可靠性决定了整个蓄能电站的运行稳定和可靠性。
响洪甸抽水蓄能电站原有的计算机监控系统是由其它厂家提供的基于GE9030PLC平台的一套监控系统。PLC模块类型较单一（只有常规的AI,DI,DO等模块），故对于温度量及电气量均需要装设变送器和设备（如温度巡仪等），增加了二次设备及接线，计算机监控系统与这些设备的接口增多造成了整个监控系统的可靠性下降。PLC的组态修改及维护均需到当地进行，而整个监控系统分别布置在地下厂房到升压站控制室的全厂区间内，因而维护及调试十分不便。由PLC构成的整个系统实际上是一个个独立的单元子系统，各单元子系统间无法实现数据及信息的共享及交换，因而对于抽水蓄能机组的某些工况（需要在几个LCU间进行信息交换）的实现十分困难。
■ 系统结构
响洪甸蓄能电厂的业主经过仔细考察和反复论证，决定采用新华分布式计算机系统XDPS-400改造原有的监控系统。响洪甸蓄能电站计算机监控系统配置如下图所示。

图1 响洪甸蓄能电站计算机监控系统配置 每套LCU以分布式处理单元DPU为核心，DPU对下采用以太网方式与XDPS系列卡件通讯，实现数据采集和转换，同时利用DPU内置符合IED1131-1的组态器根据控制对象的不同实现控制策略和逻辑处理功能。DPU对上通过冗余以太网与厂级系统及其它LCU的DPU实现数据共享和交换，同时通过以太网维护工程师可以实现对DPU远程组态和组态逻辑在线调试和修改，极大的方便了系统的调试，DPU除具有上述功能外，还具有内置规约库，可方便的与各种设备通讯，在此次工程中与直流屏数据的采集就是通过DPU内置的规约库，采用通讯方式实现的。
新华XDPS-400系统卡件类型丰富，除常规的AI,AO,DI,DO卡件，还根据电气监控的特点开发。有交流采样卡、同期卡、备自投卡、温度采集卡等。因而在此次改造过程机组定子电压，电流及升压站的电气量采集通过将CT,PT二次信号直接接到交流采样卡，不用电量变送器，大大简化了系统的接线；同时所有的温度信号直接接到XDPS-400的温度采集卡，舍弃了原有温度巡检仪，不仅简化了系统接线，而且由于减少了中间环节，提高了整个系统的可靠性和实时响应性。
厂级控制系统布置在集控室和工程师维护机房，在集控室布置有2台双屏操作员站，实现对全厂各系统的监控和操作。在LCU上有远方/就地切换开关，实现LCU就地操作和厂级系统操作之间的权限闭锁。在工程维护机房布置有历史站实现，历史数据采集和报表生成功能；工程师工作站负责完成整个计算机监控系统的系统维护和组态；通信工作站实现与中调之间的信息交换。同时厂级系统交换机上预留了远程工作站的接口，一旦响洪甸蓄能电站的光缆铺设到位，便可接入远程工作站，实现在合肥远程操作响洪甸蓄能电站机组的启停。
■ 系统实现功能
改造后的响蓄电站计算机监控系统是一个集测量、控制、通讯和管理等功能为一体的计算机监控系统。它具备有以下功能：
1 数据采集功能
监控系统采集电流、电压、频率、双向有功功率、无功功率等电气运行参数，采集油、气、水系统流量、水位、导叶开度等模拟量；
采集开关输入和输出量；
采集各种脉冲量、数字量。脉冲量主要指有功及无功电度量、机组过水流量、冷却水流量等。数字量信号指水位等输入量。
2 数据处理功能
监控系统的数据处理功能主要是：
将所采集的实时数据、状态信息等量首先进行合理性、有效性等判别，屏蔽无效信息，然后对有效数据分类及进行各种规定计算，形成各种曲线、统计报表、生成各种系统画面、输出显示画面、事故报警等。
① 统计及计算：
统计和计算的主要内容有：温度量特征值统计计算、电站运行安全实时监视统计。
参数越限报警记录统计、事故顺序记录统计、故障状态变化显示记录统计、趋势分析、设备运行记录及生产管理统计、电厂发电运行记录统计、主要电气设备动作及运行记录、操作记录、定值变更记录、事故及故障统计记录、参数越、复限统计记录、电量累加、损耗累加、厂用电率累加、效率计算等。
② 数据输出
根据统计和计算的结果生成各类菜单、电气接线图显示值、机组及辅机设备的状态模拟图值、各类棒图、各类曲线图、各类运行报表、操作及事故处理指导、系统操作指南等。
③ 打印功能
操作人员可通过鼠标或键盘选择或召唤各种打印功能，进行报表打印、各类事故报警打印和事故追忆打印、画面的拷贝等。
④ 报警
监控系统具有完善的报警功能。根据数据处理结果，对运行设备出现的异常和事故即时报警，并可实现对操作顺序和事故的追忆。也能对监控系统设备本身的故障、自检错误等进行报警。
3 数据通信
① 与上级调度的通信
满足上级调度自动化系统对电厂的四遥功能。将电厂的有关数据和信息送往调度，同时接收上级调度下达的各种命令。
② 监控系统内部电站级与现地控制单元计算机之间的数据通信。
计算机之间的主要通信内容有：数据采集、传送操作控制命令及通信诊断。其要求是速度快、数据处理能力强、安全可靠性高。
③ 与其它计算机系统的通信。
与厂外其它系统（机组状态检修、水电数字仿真中心、MIS等）的通信；与厂区其它系统（泄洪闸门、进水口闸门等）可进行通信。
4 自动控制与调节功能
响蓄电站监控系统可通过操作员工作站对厂内两台电动发电机组、厂内公用系统、220kV升压站设备及SFC机组启动装置进行远方和现地监控。实现遥控、遥调，满足无人值班，少人值守的监控要求。
响蓄电站控制分为电站级和现地控制单元级两级，可以互相进行切换。监控主机设在中控室，电站运行操作分为中控室操作和现地操作。运行时各级操作地点之间设置了闭锁，任何时候，只有一级作为有效操作地点，有效操作地点可以在两级操作地点之间切换，现地操作优先权最高。
监控系统可通过操作员工作站上的图形界面、历史记录、报警、趋势图等对控制与调节过程进行实时监视。
可对整个监控系统进行自诊断。自诊断可诊断到卡件级，I/O卡件可诊断到各输入、输出通道。
响蓄电站监控系统能根据电站当前的运行情况和远方或当地的控制命令、预定的步骤，对电站设备进行诸如断路器、隔离开关及接地刀闸的分、合操作，设备的开、停、启、闭操作，有功功率，无功功率调节以及对电动发电机组的二十多种工况进行顺序控制等。
■ 投运效果
响蓄电站监控系统从2004年5月15日开始投运，投运以来系统运行安全、稳定；软件平台功能丰富，使用维护方便；运行操作、画面调用缩放自如、简便灵活；报警可声、光、报表同时推出，及时、方便、效果良好；操作可适应各种不同的运行方式，灵活、对象准确；发电工况、水泵工况启动自如；各种停机方式安全、可靠。
实际运行经验证明: XDPS-400作为一套在火电领域有着大量应用业绩的国产DCS系统,其可靠的硬件平台、丰富的I/O类型、强大的网络通讯能力和数据处理能力、丰富灵活的软件工具，完全能够满足水电站计算机监控系统的需要,提高水电站自动化的水平，为进一步提高水电站的管理水平提供物理基础。