微機(jī)監(jiān)控第五章

1、一、機(jī)組現(xiàn)地控制裝置作用和任務(wù)機(jī)組現(xiàn)地控制單元LCU的作用和任務(wù)，主要就是在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)機(jī)組運(yùn)行實(shí)現(xiàn)監(jiān)視和控制?，F(xiàn)地控制單元LCU的的控制對(duì)象包括以下幾部分：(1)電廠發(fā)電設(shè)備，主要有主機(jī)、輔機(jī)、變壓器等；(2)開關(guān)站，主要有母線、斷路器及隔離開關(guān)；(3)公用設(shè)備，主要有廠用電系統(tǒng)、風(fēng)水油系統(tǒng)、蓄電池直流系統(tǒng)等；(4)閘門設(shè)備，主要有球閥和泄洪閘門等。二、微機(jī)現(xiàn)地控制裝置主要功能1、數(shù)據(jù)采集和處理功能 2、安全運(yùn)行監(jiān)視功能3、操作控制與調(diào)節(jié)功能4、歷史事件順序記錄功能5、通信功能6、人機(jī)接口功能7、自診斷功能8、自恢復(fù)功能9、自動(dòng)切換功能10、自動(dòng)同期并列功能三、微機(jī)現(xiàn)地控制裝置LCU的分類1、總線

2、型結(jié)構(gòu)LCU2、以可編程控制器為基礎(chǔ)的LCU總線型結(jié)構(gòu)LCU應(yīng)用過(guò)程中存在的制造工藝和維護(hù)調(diào)試問(wèn)題，我國(guó)目前較多采用了以可編程控制器（PLC）為依托的LCU。由于可編程控制器一般均按工業(yè)環(huán)境使用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，因此它具有可靠性高，抗振等性能好等優(yōu)點(diǎn)，為系統(tǒng)集成商省去了機(jī)械設(shè)計(jì)、加工、裝配、焊接等技術(shù)和工藝要求等的工作，并且接插性能好，整機(jī)可靠性高。 由于PLC并非為水電廠監(jiān)控而專門設(shè)計(jì)，其性能上同樣存在以下不足：（1）由于PLC以“掃描”方式工作，單元監(jiān)控裝置的內(nèi)部時(shí)鐘精度和計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備之間時(shí)鐘同步的精度不能滿足要求。（2）PLC在自診斷功能方面不能完全滿足我國(guó)電力生產(chǎn)安全可靠方面的要求。

3、（3）PLC的中斷開入不能滿足水電站的需要。（4）PLC的浪涌抑制能力不滿足水電站的需求。3、智能I/O模塊配工業(yè)實(shí)時(shí)網(wǎng)的LCU 第二節(jié)第二節(jié) 微機(jī)現(xiàn)地自動(dòng)控制裝置微機(jī)現(xiàn)地自動(dòng)控制裝置一、現(xiàn)地自動(dòng)控制裝置（LCU）的構(gòu)成和特點(diǎn)微機(jī)處理信息的能力足夠完成對(duì)一些類型的被控設(shè)備實(shí)現(xiàn)綜合控制的要求。因此,比較多的單元自動(dòng)控制裝置仍采用微機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu), 并采用總線和可擴(kuò)展接口等形式。二、LCU的冗余設(shè)置1、異構(gòu)型冗余兩臺(tái)性能、型號(hào)、原理等不盡相同的設(shè)備構(gòu)成的冗余系統(tǒng)2、同構(gòu)型冗余兩臺(tái)性能、型號(hào)、原理等完全相的的設(shè)備且能以任意組合的方式構(gòu)成主、備關(guān)系。3、交叉型冗余兩個(gè)相鄰LCU（或控制子系統(tǒng)）之間實(shí)現(xiàn)冗余

4、三、現(xiàn)地控制裝置的軟件設(shè)計(jì)1、水輪發(fā)電機(jī)組的單元自動(dòng)控制裝置的軟件功能（1）模擬數(shù)據(jù)的收集和處理A定時(shí)收集數(shù)據(jù)。按電量和非電量分成二組采集，電量采集周期為2秒，非電量采集周期為30秒；B對(duì)收集的測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)變換成工程值；C與限值進(jìn)行比較，如越限，則將該測(cè)點(diǎn)的越限情況記錄在事件登錄表中；D與上次測(cè)值進(jìn)行比較，求出運(yùn)行趨勢(shì)；E測(cè)值越限和趨勢(shì)越限所引起的必要操作（報(bào)警、打印、進(jìn)行某項(xiàng)控制操作）；F根據(jù)上、下游水位和發(fā)電功率或?qū)~開度求算耗水量；G積算有功和無(wú)功電度量及求出每小時(shí)的有功和無(wú)功電量；H積算耗水量及單位時(shí)間耗水量；I保存一定時(shí)間的歷史數(shù)據(jù)。（2）運(yùn)行狀態(tài)的收集和處理A定時(shí)收集運(yùn)行狀態(tài)（2秒一次

5、）；B事故和故障信號(hào)能立即響應(yīng)，并按時(shí)間順序?qū)κ鹿蔬M(jìn)行記錄。其分辨率為2毫秒；C根據(jù)收集到運(yùn)行狀態(tài)與上次運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行比較，選出變化了的運(yùn)行狀態(tài)；D根據(jù)每個(gè)開關(guān)量的作用作出相應(yīng)的處理：a、作為事件進(jìn)行登錄；b、作為操作進(jìn)行操作記錄；c、引起某種特殊操作；d、作為其它操作的一種信號(hào)等等；E對(duì)收集的開關(guān)量進(jìn)行整理，向上級(jí)匯報(bào)。（3）一天（班）事件的分類登錄；（4）根據(jù)上級(jí)命令，進(jìn)行操作校核。例如按照輸電功率允許或不允許該機(jī)組開機(jī)或正常停機(jī)等；（5）進(jìn)行機(jī)組的各種順序操作：A停機(jī)到發(fā)電操作（包括開機(jī)、并網(wǎng)、帶上給定負(fù)荷等）；B調(diào)相轉(zhuǎn)發(fā)電操作；C空載轉(zhuǎn)發(fā)電操作；D發(fā)電到停機(jī)操作（包括卸負(fù)荷等）；E調(diào)相到

6、停機(jī)操作；F空載到停機(jī)操作；G緊急停機(jī)操作；H停機(jī)到調(diào)相操作（包括并網(wǎng)、帶上給定無(wú)功負(fù)荷等）；I停機(jī)到空載（不并網(wǎng)）操作；J發(fā)電到空載操作。（6）根據(jù)水頭和負(fù)荷，對(duì)有功調(diào)節(jié)和無(wú)功調(diào)節(jié)的給定負(fù)荷加以校核，使機(jī)組避免運(yùn)行在振動(dòng)、汽蝕區(qū)、低效區(qū)及其它限制運(yùn)行區(qū)；（7）接收上級(jí)各種命令，回答上級(jí)所需的各種數(shù)據(jù)。四、可編程序控制器簡(jiǎn)介可編程序控制器是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制的基礎(chǔ)上開發(fā)出來(lái)的，并逐漸發(fā)展成以微處理器為核心，把自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)融為一體的新型工業(yè)自動(dòng)控制裝置。目前已被廣泛地應(yīng)用于各種生產(chǎn)機(jī)械和生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制中。（一）可編程控制器（一）可編程控制器（PLC）的結(jié)構(gòu)組成）的結(jié)

7、構(gòu)組成1、輸入部分：由用戶輸入設(shè)備組成，如按鈕、操作開關(guān)、限位開關(guān)、傳感器等。它們直接接在繼電器控制線路中，用以產(chǎn)生控制信號(hào)。這些控制信號(hào)或來(lái)自操作臺(tái)上的操作命令，或來(lái)自被控對(duì)象上的各種開關(guān)信息。2、控制部分：是按照被控對(duì)象實(shí)際要求而動(dòng)作的繼電器控制線路。其“程序”已固定在線路中，不能靈活改變。3、輸出部分：由用戶輸出設(shè)備組成，如繼電器、接觸器、電磁閥等執(zhí)行元件以及信號(hào)燈、電鈴等信號(hào)元件。用以控制各種被控對(duì)象（如電動(dòng)機(jī)、電爐、電磁閥門等）以及指示輸出的狀態(tài)（接通或斷開）。（二）PLC系統(tǒng)的組成及各部分的作用 1、PLC的硬件系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)PLC的硬件系統(tǒng)指構(gòu)成PLC的物理實(shí)體或稱物理裝置，也就

8、是它的各個(gè)結(jié)構(gòu)部件。 PLC的硬件系統(tǒng)由主機(jī)、IO擴(kuò)展機(jī)及外部設(shè)備組成。主機(jī)和擴(kuò)展機(jī)采用微機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，其內(nèi)部由運(yùn)算器、控制器、存貯器、輸入單元、輸出單元以及接口等部分組成。其外部由IO擴(kuò)展機(jī)和編程器等組成。其中編程器用作用戶程序的編制、編輯、調(diào)試和監(jiān)視，還可以通過(guò)其鍵盤去調(diào)用和顯示PLC的一些內(nèi)部狀態(tài)和系統(tǒng)參數(shù)。它經(jīng)過(guò)接口與CPU聯(lián)系，完成人機(jī)對(duì)話連接。編程器分為簡(jiǎn)易型和智能型兩類。前者只能聯(lián)機(jī)編程，后者既可聯(lián)機(jī)又可脫機(jī)編程；既可用電纜連接到CPU進(jìn)行編程，又可遠(yuǎn)離CPU插到現(xiàn)場(chǎng)IO控制站的相應(yīng)接口進(jìn)行編程。2、PLC的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)的不同，可以將PLC分為整體式、模塊式和疊裝式三種3

9、、PLC的編程語(yǔ)言在工程上，PLC主要是采用梯形圖的編程方法 梯形圖4、PLC的基本工作原理PLC的基本工作過(guò)程有掃描、程序執(zhí)行過(guò)程、對(duì)輸入輸出的處理等。（1）掃描（2）程序執(zhí)行過(guò)程A輸入采樣階段B輸出刷新階段C程序執(zhí)行階段（3）PLC對(duì)輸入輸出的處理規(guī)則A.輸入映像寄存器的數(shù)據(jù)，取決于輸入端子在上一個(gè)工作周期的輸入采樣階段所刷新的狀態(tài)；B.輸出映像寄存器（包含在元素映像寄存器中）的狀態(tài)，由程序中輸出指令的執(zhí)行結(jié)果決定；C輸出鎖存電路中的數(shù)據(jù)，由上一個(gè)工作周期的輸出刷新階段存入到輸出鎖存電路中的數(shù)據(jù)來(lái)確定；D輸出端子上的輸出狀態(tài)，由輸出鎖存電路中的數(shù)據(jù)來(lái)確定；E程序執(zhí)行中所需的輸入、輸出狀態(tài)（

10、數(shù)據(jù)），由輸入映像寄存器和輸出映像寄存器讀出。五、五、PC機(jī)的工作原理簡(jiǎn)介機(jī)的工作原理簡(jiǎn)介PC的工作原理，就是在其系統(tǒng)軟件(或稱執(zhí)行程序)的控制下，主機(jī)進(jìn)行了必要的內(nèi)務(wù)處理后，按照用戶編寫的梯形圖網(wǎng)絡(luò)的序號(hào)，從1號(hào)網(wǎng)絡(luò)開始，逐一解讀，直到最后一個(gè)，然后又從1號(hào)網(wǎng)絡(luò)重新開始六、通訊管理機(jī)的基本工作原理六、通訊管理機(jī)的基本工作原理1、技術(shù)特點(diǎn)2、技術(shù)參數(shù)3、安全標(biāo)準(zhǔn)4、外形結(jié)構(gòu)5、安裝方式6、聯(lián)接方式第三節(jié)第三節(jié) 微機(jī)自動(dòng)裝置的信微機(jī)自動(dòng)裝置的信息傳送息傳送一、微機(jī)調(diào)速器的控制信息傳送一、微機(jī)調(diào)速器的控制信息傳送1、微機(jī)調(diào)速器的作用原理2、微機(jī)調(diào)速器類型3、微機(jī)調(diào)速器的控制信息傳送模擬量輸入:機(jī)頻

11、電壓網(wǎng)頻電壓磁盤測(cè)速 開關(guān)量輸入:開機(jī)信號(hào) 停機(jī)信號(hào) 減速信號(hào) 增速信號(hào) 斷路器位置信號(hào) 4 8 5 B4 8 5 A4 8 5 B調(diào)速器R S - 4 8 5 ( 1 2 0 0 m )4 8 5 A微機(jī)L C U機(jī)組二、微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的控制信息傳送二、微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的控制信息傳送勵(lì)磁調(diào)節(jié)技術(shù)提高到一個(gè)新的水平，主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。（1）微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器除了必要的硬件設(shè)備外，所有的功能都可以通過(guò)軟件來(lái)完成，特別是某些由模擬式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器難以完成或無(wú)法實(shí)現(xiàn)的、比較復(fù)雜的控制規(guī)律，由微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器來(lái)實(shí)現(xiàn)顯得比較容易。（2）可以設(shè)計(jì)較強(qiáng)的自檢和自診斷的能力，再加上配置良好的容錯(cuò)設(shè)備，以及重構(gòu)技術(shù)的

12、應(yīng)用，保證了較高的可靠性。1、微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器工作原理2、微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的控制信息傳送、微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的控制信息傳送e信號(hào)測(cè)量電壓給定模入開入/出顯示控制 XKGG整流變微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制角SCR號(hào)同步中斷申請(qǐng)同步電壓UG來(lái)可控硅數(shù)字觸發(fā)控制手動(dòng)給定ee反備通道跟蹤可控硅脈沖變切換磁勵(lì)繞組發(fā)電機(jī)微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖 減磁信號(hào) 模擬量輸入:機(jī)頻電壓網(wǎng)頻電壓 開關(guān)量輸入:斷路器位置信號(hào) 增磁信號(hào) 停機(jī)信號(hào) 轉(zhuǎn)速信號(hào) 9 5 % n e開機(jī)信號(hào) 圖4 R S - 4 8 5 通信口的微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器輸入輸出框圖R S - 4 8 5 ( 1 2 0 0 m )4 8 5 A勵(lì)磁調(diào)節(jié)器微機(jī)4 8 5 B

13、4 8 5 A機(jī)組4 8 5 BL C URS-485通信口的微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的輸入輸出框圖 三、微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期的控制信息傳送三、微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期的控制信息傳送1、微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期工作原理、微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期工作原理具有以下的特點(diǎn)：（1）原理上保證合閘沖擊電流接近于零。（2）控制準(zhǔn)同期條件第一次出現(xiàn)時(shí)就能準(zhǔn)確地將發(fā)電機(jī)投入系統(tǒng)。（3）可以實(shí)現(xiàn)對(duì)待并列發(fā)電機(jī)電壓及頻率的調(diào)節(jié)，加快并列速度。（4）具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便擴(kuò)充功能的特點(diǎn)。（5）每次并列操作后，能夠提供并列點(diǎn)斷路器的實(shí)際合閘時(shí)間，以作為整定導(dǎo)前時(shí)間的可靠依據(jù)。sggs電壓變換電壓變換電壓變換電壓變換gs輸入接口R A ME P R O MC P U輸

14、出接口增速減速減壓增壓合閘脈沖微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期系統(tǒng)原理圖 2、微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期的控制信息傳送、微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期的控制信息傳送 開關(guān)量輸出: 開關(guān)量輸出:模擬量輸入: 開關(guān)量輸入: 斷路器位置信號(hào) 系統(tǒng)側(cè)頻率待并側(cè)頻率自動(dòng)準(zhǔn)同期微機(jī)減速信號(hào) 同期合閘輸出增磁信號(hào) 增速信號(hào) 微機(jī)調(diào)速器微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器減磁信號(hào) 微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期的輸入輸出框圖微機(jī)自動(dòng)準(zhǔn)同期的輸入輸出框圖 第四節(jié)第四節(jié) 微機(jī)現(xiàn)地控制裝置實(shí)例微機(jī)現(xiàn)地控制裝置實(shí)例福建順昌洋口水電站的所采用計(jì)算機(jī)保護(hù)系統(tǒng)一、工程概況順昌洋口水電站位于福建省順昌縣境內(nèi)，為低水頭徑流式水電站，距順昌縣約15km。水庫(kù)正常蓄水位115.0m，為日調(diào)節(jié)水庫(kù)。河床式電站，地面

15、廠房?jī)?nèi)裝有3臺(tái)燈泡貫流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組。單機(jī)容量16MW，電站總裝機(jī)容量為48MW，電站接入省電網(wǎng)。設(shè)一臺(tái)40MVA主變壓器和一臺(tái)20MVA主變壓器，電站110kV出線二回，其中一回至順昌華陽(yáng)變，另一回備用。本電站110kV母線處系統(tǒng)最大運(yùn)行方式下短路電流（三相）為7.5kA二、計(jì)算機(jī)保護(hù)系統(tǒng)1、洋口水電站計(jì)算機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求2、洋口水電站計(jì)算機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的配置DGT801A出口組合裝置硬件框圖 三、繼電保護(hù)裝置的技術(shù)要求1、發(fā)電機(jī)保護(hù)（1）發(fā)電機(jī)縱差保護(hù) （2）發(fā)電機(jī)定子一點(diǎn)接地保護(hù) （3）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù) （4）發(fā)電機(jī)失磁保護(hù) （5）發(fā)電機(jī)定子繞組過(guò)負(fù)荷保護(hù) （6）發(fā)電機(jī)過(guò)電壓保

16、護(hù) （7）發(fā)電機(jī)復(fù)合電壓過(guò)流保護(hù) （8）高周切機(jī)2、主變壓器保護(hù)（1）主變差動(dòng)保護(hù) （2）主變零序保護(hù)（3）變壓器冷卻器啟動(dòng)回路 （4）變壓器瓦斯保護(hù) （5）變壓器溫度保護(hù) （6）變壓器壓力釋放保護(hù)裝置 （7）變壓器冷卻器故障 （8）6.3kV母線零序過(guò)電壓保護(hù) （9）復(fù)合電壓過(guò)電流方向保護(hù) （10）變壓器油位降低保護(hù)3、電壓互感器斷線閉鎖裝置4、電流互感器斷線閉鎖裝置5、廠變保護(hù)6、壩變保護(hù)四、發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理（一）發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)1、可選比率制動(dòng)和標(biāo)積制動(dòng)原理2、保護(hù)邏輯框圖可選單相出口方式及循環(huán)閉鎖出口方式3、CT斷線判別4、動(dòng)作靈敏度高于非線性特性曲線5、高抗CT飽和的能力

17、6、區(qū)外故障切除時(shí)防止保護(hù)誤動(dòng)7、發(fā)電機(jī)電氣制動(dòng)不誤動(dòng)8、保護(hù)動(dòng)作時(shí)間不大于25ms（二）發(fā)電機(jī)定子一點(diǎn)接地保護(hù)（三）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)（四）發(fā)電機(jī)橫差保護(hù)1、單元件橫差保護(hù)反應(yīng)3Uo，3Ut的零序電壓式定子接地保護(hù)邏輯框圖 單元件橫差保護(hù)交流接入回路 單元件橫差保護(hù)邏輯框圖 ABC發(fā)電機(jī)定子繞組裝置交流模塊2、裂相橫差保護(hù)裂相橫差保護(hù)交流輸入回路示意圖 比率制動(dòng)式裂相橫差保護(hù)的動(dòng)作特性 裂相橫差保護(hù)邏輯框圖 11（五）發(fā)電機(jī)基波零序電壓式定子接地保護(hù)零序電壓式定子接地保護(hù)交流接入回路(六)發(fā)電機(jī)三次諧波電壓式定子接地保護(hù)（七）發(fā)電機(jī)零序電流式定子接地保護(hù)（八）發(fā)電機(jī)注入式轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)

18、 轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)邏輯框圖 （九）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)邏輯框圖 （十）發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)（阻抗原理）阻抗型失磁保護(hù)框圖 （十一）發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)（逆無(wú)功原理）逆無(wú)功原理失磁保護(hù)邏輯框圖（十二）發(fā)電機(jī)失步保護(hù)失步保護(hù)邏輯框圖 五、變壓器保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理（一）變壓器縱差動(dòng)保護(hù)（包括發(fā)變組、主變、廠變、勵(lì)磁變、啟備變）1、保護(hù)構(gòu)成原理變壓器差動(dòng)保護(hù)交流接入回路示意圖變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作特性 2、邏輯框圖3、幾種不正常工況的判別4、定值清單及整定原則5、靈敏度校驗(yàn)6、關(guān)于變壓器差動(dòng)保護(hù)各側(cè)平衡系數(shù)7、工程應(yīng)用（二）變壓器零序差動(dòng)保護(hù)1、保護(hù)構(gòu)成原理自耦變壓器零差保護(hù)交流接入回路示意圖自耦變壓器零差保護(hù)交流接入回路示意圖2、動(dòng)作特性3、邏輯框圖4、定值清單及取值建議5、工程應(yīng)用六、勵(lì)磁機(jī)差動(dòng)保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理1、動(dòng)作方程 : 2、