第章现地控制单元LCU.ppt

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1、水电厂计算机监控系统,主讲：贾振国,长春工程学院能源动力工程学院 电站控制教研室,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,第三章：现地控制单元（LCU）,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,一、LCU 在监控系统中的地位-监控系统的基础 1、LCU: Local Control Unit 2、RTU: Remote Terminal Unit 二、LCU 的发展阶段 1、由继电器构成的机组自动屏 2、采用固态元件构成的布线逻辑 3、以计算机为基础的LCU 三、LCU 的基本功能 1、数据采集与处理-正常状态、事故状态 2、控制与调节-设备运行方式控制、机组控制调节

2、3、通信-与电厂级通信、与智能化单元装置通信 4、时钟同步-保证事件顺序记录的统一时钟 5、自诊断-在线自诊断、离线自诊断 6、人机接口-运行人员进行监视、控制的桥梁,3.1 LCU 概述,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,3.2 LCU 的结构类型,一、以PLC为基础的LCU （一）基本结构：,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,（二）基本组成： CPU 存储器 控制器： 通信模块 电源模块 内部总线 CPU PLC-Based LCU: 智能I/O模块： I/O组件 内部总线 电量采集装置 温度量采集装置 智能单元装置： 微机励磁调节器 微机调速器 微机同

3、期装置 ,3.2 LCU 的结构类型,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,丰满水电厂计算机监控系统结构,3.2 LCU 的结构类型,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,特点： 机组的数据采集、控制调节功能全部由PLC完成 主站用于连接实时性要求高的点，如水机回路输入与控制信号 远程站用于连接实时性要求不高的点，如部分压力量、液位量 现地计算机主要用于通信和人机联络,3.2 LCU 的结构类型,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,中型水电厂 PLC-Based LCU 实例-福建永安安砂水电厂 （1）安砂水电厂概况： 安砂水电厂位于福建沙溪上游九龙

4、溪中段永安市安砂镇，为沙溪流域的 龙头电站，装机容量115万kW。1975年电厂投产发电。1999年3月，电 厂实现“无人值班”（少人值守）。,3.2 LCU 的结构类型,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,（2）安砂水电厂计算机监控系统结构：,3.2 LCU 的结构类型,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,安砂水电厂控制室：,3.2 LCU 的结构类型,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,计算机监控控制室与常规控制室对比： 安砂水电厂控制室： 三明东牙溪水库坝后电站控制室 （115MW） (2 x 1250+630=3130KW),3.2 LC

5、U 的结构类型,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,（3）安砂水电厂LCU配置： 配置原则： 按“无人值班”（少人执守）要求设计，实现对机组、主变及辅助设 备的全自动化监视、控制和操作。 取消原水轮机及其公用辅助设备的常规集中控制部分，机组顺控全 部由LCU的PLC完成. 每台机组一套LCU,公用系统一套LCU,开关站一套LCU。 中型电厂LCU可非冗余配置。 LCU能够与调速器、励磁调节器等进行通信。 硬件配置： 每台LCU的主控制器均为 MODICON 的 984-685 系列PLC。 I/O接口采用 MODICON 的984-800 系列PLC模块。 软件配置： LCU采

6、用MODSOFT PLC 编程软件。,3.2 LCU 的结构类型,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,（4）LCU主要功能： 数据采集及分析处理功能：周期50ms,重要量1ms 事件顺序记录功能:时标分辨率 1ms 事故追忆功能：事故前30s:60点/s；事故后：120点/s 辅助设备集中控制功能:油、水、风系统设备 人机联系功能：现地可以进行操作 （5）主要效益： 缩短开机时间节约水能 提高劳动生产率减人增效,3.2 LCU 的结构类型,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,安砂水电厂机组LCU:,3.2 LCU 的结构类型,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂

7、计算机监控系统,小型水电厂 PLC-Based LCU 实例-黑龙江黑河象山水电厂 （1）象山水电厂概况： 象山水电厂位于黑龙江省黑河市附近，装有3台6MW的机组，装机容 量18MW,属小型水电站。其自动化水平在我国小水电站中处于领先地位。 （2）计算机监控系统结构：,3.2 LCU 的结构类型,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,（3）LCU配置方案选择： 对 LCU 的基本功能要求 自动开机、停机 有功功率、无功功率闭环调整 高速脉冲测机组转速 机组温度量巡回检测 采集机组所有电气、机械事故及故障信号 事故停机 LCU的I/O测点统计,3.2 LCU 的结构类型,长春工程学

8、院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统, 硬件方案比较,3.2 LCU 的结构类型,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,（4）PLC 在小型水电厂 LCU 应用中存在的问题 模拟量输入成本高 中断型开关量输入能力差 通信组网方式不灵活,3.2 LCU 的结构类型,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,3.2 LCU 的结构类型,二、以 IPC 或 MPU 为基础构成的LCU,(一）以IPC 或 MPU 加一般I/O加智能I/O结构 1、结构图：,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,2、基本组成： （1）主控制器：由CPU、存储器、通信模块、I/O

9、模块构成。 CPU:一般采用16位以上，冗余配置 通信模块：与电厂网络采用冗余配置，与现场总线可 非冗余配置。 I/O模块：根据I/O点数配置 存储器：按40%以上裕度配置 （2）子控制器：指远程I/O、微机调速器、微机励磁调节器、微机 保护装置、微机温度采集装置、微机电量采集装置 （3）现场总线：连接主控制器和子控制器，双总线配置，一般采用光缆,3.2 LCU 的结构类型,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,2、特点：无智能I/O接口 所有模拟量通过变送器接入模入通道,(二）以IPC 或 MPU 加一般 I/O 结构,3.2 LCU 的结构类型,1、结构图：,长春工程学院能源

10、动力工程学院,水电厂计算机监控系统,3、提高LCU可靠性的途径,配置一台工控机的LCU结构,配置两台工控机的LCU结构,3.2 LCU 的结构类型,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,3.2 LCU 的结构类型,三、以 IPC + PLC 构成的LCU,1、基本结构：,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,3.2 LCU 的结构类型,2、产生原因：,3、基本组成：,（1）对微机可靠性的担忧 （2）早期PLC组网功能弱 （3）早期PLC模入成本高,（1）工控机 （2）PLC机组顺序控制器 （3）微机单元装置,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,3.3

11、 LCU 的结构实例,典型实例1新丰江电厂(3*72.5+1*85=302.5MW) LCU,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,典型实例2大广坝电厂（4*60MW) LCU,3.3 LCU 的结构实例,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,典型实例3三峡水电厂LCU,3.3 LCU 的结构实例,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,典型实例4 南瑞LCU工控机直接接入方式,3.3 LCU 的结构实例,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,典型实例5 南瑞LCU触摸屏+PLC方式,3.3 LCU 的结构实例,长春工程学院能源动力工程学院

12、,水电厂计算机监控系统,典型实例6 南瑞LCU控制面板+PLC方式,3.3 LCU 的结构实例,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,典型实例7 南瑞LCUSJ600双机双网模式,3.3 LCU 的结构实例,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,一、水轮发电机组的运行工况及其转换流程 1、常规机组 （1）运行工况：停机 发电 调相 （2）工况转换：六种,停机状态,发电状态,调相状态,3.4 LCU 的机组顺控操作,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,2、抽水蓄能机组 （1）抽水蓄能机组的特点 （2）运行工况：停机 发电 发电调相 抽水调相 抽水 （3

13、）常用运行工况转换：,停机状态,抽水状态,抽水调相状态,发电状态,发电调相状态,抽水方向,抽水方向,发电方向,发电方向,3.4 LCU 的机组顺控操作,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,二、机组及其辅助设备自动化的内容 1、对机组润滑系统的自动化要求 （1）需要润滑的部件 推力轴承 发电机导轴承 水轮机导轴承 （2）润滑油循环方式 自循环式润滑系统 强迫油循环式润滑系统 特征： A、一般用于大轴卧式机组。 B、需要设置高位油箱、回油箱、油泵和冷却水系统。 （3）对润滑系统的自动化要求 双轴承油泵以主、备方式工作。 轴承油槽油位监视，不正常时发出故障报警信号。,3.4 LCU

14、的机组顺控操作,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,2、对机组冷却系统的自动化要求 （1）对轴承的冷却系统自动化要求 装设冷却水示流信号器 在轴承处设置温度信号器和温度传感器 （2）对水轮发电机冷却系统自动化要求 冷却方式：空气冷却式 水冷却式 蒸发冷却式 要求： A、开机时投入冷却水电磁阀，示流信号器监视水流量 B、设置温度传感器监视冷却系统的进出口温度。 C、设置温度传感器监视定、转子及铁芯等部位温度。 3、对水轮机密封装置的自动化要求 （1）对主轴密封的要求 （2）对检修密封的要求 4、对水轮发电机制动系统的自动化要求 （1）对机械制动的要求 （2）对电气制动的要求,3.

15、4 LCU 的机组顺控操作,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,三、LCU 机组顺序操作程序的设计原则,2、停机命令优先于发电和调相命令，在开机过程中、发电状态和调 相状态均可以执行停机命令，一旦停机命令被选中，其它控制均 被禁止。,3、操作过程中的每一步操作，军设置启动条件或以上一步操作成功 为条件，仅当启动条件具备后，才解除对下一步的操作闭锁，允 许下一步操作。若操作条件未具备，发出故障信号。,4、对每一步操作命令，均需检查其执行情况。,5、操作过程中(除停机过程)，若机组设备发生事故或运行状态发生 变化，不允许操作继续进行时，应自动中断过程使程序退出。,1、在操作人员发出

16、机组操作命令后，LCU可以自动按预先设定的流程完成全部的操作，也可以在操作人员的干预下进行单步操作。,3.4 LCU 的机组顺控操作,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,一、开机条件检测,1、进水口闸门全开 2、机组无事故 3、导叶锁定拔除 4、断路器在开断位置 5、制动闸落下,四、竖轴反击式水轮发电机停机转发电操作程序流程,二、开辐机,1、工作油泵故障时，延时后投备用油泵，两泵故障转停机。 2、出现冷却水中断信号后经延时发冷却水故障信号。 3、若开启密封水电磁阀并经过延时后，无密封水信，发密封水故障信号。,STEP1,开机令,开机条件 具备？,STEP2,N,故 障 1,投高

17、压减载油泵 投密封水电磁阀 投冷却水电磁阀,高压减载 油泵运行？,TT1?,N,N,Y,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,停机转发电 操作程序流程,Y,Y,故 障 2,投备用油泵,备用油泵 运行？,N,T T2?,N,Y,故 障 3,有冷却水？,N,T T3?,N,Y,Y,故 障 4,Y,有密封水？,N,T T4?,N,Y,故 障 5,Y,高压减载 油泵已运行,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,三、启动调速器,1、启动调速器，将开度 限制开至空载开度。 2、当导叶位置在空载位 置时，程序自动解除 对下一步的闭锁。,Y,STEP3,投入调速器,导叶在空载开度？

18、,N,T T5,N,Y,故 障 6,Y,转速80% 额定转速？,N,T T6,故 障 7,Y,投励磁装置,STEP4,Y,四、投励磁装置,1、如采用准同期方式，当 转速上升至80%额定转 速时，投入励磁装置。 2、检测发电机端电压，在 故障判断时间T7内，使 发电机端电压升至90% 额定电压。,停机转发电 操作程序流程,有密封水,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,90%端电压 ？,N,T T7?,N,Y,故 障 8,Y,转速95%？,N,T T8?,N,Y,故 障 9,Y,五、停高压减载油泵,六、投准同期装置,1、电压 90% 额定电压 2、转速 95% 额定转速,泵停运？,

19、切除高压减载油泵,STEP5,Y,N,T T9?,N,Y,故 障 10,Y,STEP6,投入准同期装置,停机转发电 操作程序流程,励磁装置已投入,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,准同期投入 ？,N,T T10?,N,N,故 障 11,Y,断路器合闸？,N,T T11?,N,Y,故 障 12,Y,打开开度限制至全开,开度限制 全开位置？,N,T T12?,N,Y,故 障 13,Y,开 机 完 成,七、合发电机断路器,1、同期装置自动调节电 压和频率，监视相角 差，自动发断路器合 闸信号。 2、断路器合闸后，程序 自动解除对 STEP8的 闭锁。,STEP7,STEP8,八、打

20、开开度限制至全开,1、调速器自动打开开度 限制至全开，为机组 带负荷创造条件。 2、停机转发电过程完成,停机转发电 操作程序流程,投准同期装置,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,STEP1,发电转调相令,STEP2,减有功、无功功率为最小,TT1?,N,N,有功、无功 功率为最小？,故 障 1,开度限制至全关,导叶全关？,TT2?,N,N,Y,Y,故 障 2,五、竖轴反击式水轮发电机发电转调相操作程序流程,一、减负荷：,1、接到调相令后自动 减有机组功、无功 功率为最小。 2、机组有功、无功功 率为最小时自动解 除对STEP2的闭锁,二、关闭开度限制,1、关闭开度限制为全关。

21、 2、导叶全关时，机组 进入调相运行状态 解除对STEP3闭锁,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,Y,STEP3,开补气电磁阀,补气阀打开？,N,T T3,N,Y,故 障 3,Y,调 相 状 态,三、调相压水给气电磁阀和调 相压水补气电磁阀操作,1、调相压水给气电磁阀操作 （1） 转轮室水位超过设定上 限水位时，开启调相压水给气电磁阀，将转轮室水位压下。 （2）转轮室水位低于设定下限水位时，关闭调相压水给气电磁阀。 2、调相压水补气电磁阀操作 为弥补压缩空气的逸出， 当进行调相运行时，开启 调相压水补气电磁阀，持 续给转轮室补气。,导叶已全关,发电转调相 操作程序流程,长春工

22、程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,3.5 三峡右岸电站LCU系统,一、三峡右岸电站LCU系统简介,1、LCU设置,机组LCU 12套：#15-#18 LCU （东方电机厂机组） #19-#22 LCU （法国ALSTOM机组） #23-#26 LCU （哈尔滨电机厂机组）,开关站LCU 2套：#33-#34 LCU,10KV 厂用电LCU 1套：#35LCU,400V 厂用电LCU 1套：#36LCU,辅助系统LCU 1套：#37LCU,模拟屏驱动LCU 1套：#38LCU,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,3.5 三峡右岸电站LCU系统,一、三峡右岸电站LCU系

23、统简介,1、LCU设置,机组LCU控制柜配置,（1）GPS时钟部件 （2）PLC主备CPU机箱 （3）本地采集RIO机箱 （4）工控机 （5）交流采样百抄表 （6）变送器 （7）电度表 （8）同期装置 （9）水机保护回路 （10）操作把手 （11）通讯设备 （12）电源回路 （13）开出继电器等,本地柜3面,远程测温柜5面,技术供水远程柜1面,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,3.5 三峡右岸电站LCU系统,一、三峡右岸电站LCU系统简介,2、LCU的硬件设备配置,（1）施耐德PLC （2）工控机或触摸屏 （3）操作控制面板 （4) 准同期装置 （5）转接端子 （6）接口电路

24、 （7）电源 （8）机柜等,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,3.5 三峡右岸电站LCU系统,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,3.5 三峡右岸电站LCU系统,一、三峡右岸电站LCU系统简介,3、LCU的配置特点,（1）双CPU主/热备用方式运行 （2）双电源模块 （3）双网络 （4）热备方式 （5）一体化工控机及触摸屏 （6）掉电保护功能 （7）电源恢复自动重启功能 （8）时钟同步,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,3.5 三峡右岸电站LCU系统,4 LCU 人 机 界 面,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,3.5 三峡

25、右岸电站LCU系统,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,3.5 三峡右岸电站LCU系统,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,3.5 三峡右岸电站LCU系统,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,3.5 三峡右岸电站LCU系统,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,二、三峡右岸电站LCU功能简介,3.5 三峡右岸电站LCU系统,1、数据采集和处理,2、安全运行监视,3、控制与调节,4、通迅,采集机组、主变和线路各种非 电气量、电气量，经处理后上 送全厂控制层（主控级）及现 地显示。 采集机组、线路、厂变有功电 度和无功电度并上送主控级。

26、 采集主、辅设备状态及继电保 护动作和操作顺序记录，并将 事件的顺序记录和开关量的状 态信息上送主控级。,与主控级配合，实现安全监视，主要包括实时状态监视及过程监视等。,机组正常顺序开停机控制 机组同期装置控制 机组事故停机控制 机组工况转换 机组有功无功调 灭磁开关控制 机组压油装置控制 机组主备用水系统控制 机组励磁风机控制 机组制动风闸控制 开关刀闸控制 进水门、进水阀（快速门、蝴 蝶阀、球阀等）控制 其他辅助设备控制, 三峡右岸电站LCU与主控级通过 以太网进行数据交换。定时向 主控级传送现地采集的实时信 息；随时接收主控级控制、调 节命令。 三峡右岸电站机组LCU通过MB+ 总线与调

27、速器进行通讯。 三峡右岸电站机组LCU通过MB+ 总线与励磁装置进行通讯。 三峡右岸电站机组LCU通过MB+ 总线与主变冷却控制器通讯。,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,三 停 机 | 发 电 流 程,3.5 三峡右岸电站LCU系统,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,3.5 三峡右岸电站LCU系统,四 发 电 | 停 机 流 程,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,3.5 三峡右岸电站LCU系统,四 发 电 | 停 机 流 程,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,3.5 三峡右岸电站LCU系统,五、有功调节流程,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,3.5 三峡右岸电站LCU系统,六、无功调节流程,无,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,第三章复习思考题,1、简要说明LCU的基本功能有那些？ 2、LCU有哪几种结构类型？各有什么特点？ 3、LCU对机组辅助设备的自动化有何要求？ 4、LCU对机组顺序操作程序的设计原则有那些？ 5、画出水轮发电机组停机转发电和发电转停机 操作程序流程图。,Thank You !,难处做功夫， 苦中得学问！,