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水电站集中计算机控制系统

发表时间:2015-4-15  浏览次数:2515  
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电站计算机监控系统

技术方案

一、设计依据和标准规范

本系统及设备满足如下标准有关条款的规定:

邮电部《用户接入网管理功能与管理接口技术规范》

邮电部《邮电部电话交换设备技术规范书》

用户线路接口信令

邮电部《关于接入网建设实施意见》

邮电部《同步传输技术体制》

G.703数字传输终端设备数字接口的物理/电气特性

G.811适用于国际数字链路准同步运行的时钟输出端及网络节点的定时要求 

G.823基于2048Kb/s 体系的数字网络中抖动和漂动控制

G.826在基群及其以上的国际固定速率信道的误码性能及目标

G.957与同步数字体系(SDH)有关的设备和系统的光接口

G.958基于同步数字体系的光缆数字线路系统

ANSI    美国国家标准局

ASCII   美国信息交换标准码

ASTM    美国材料和试验学会

NEMA    美国国家电气制造商协会

IEEE    电气和电子工程师协会

IEC     国际电工委员会

ISO     国际标准化组织

CCITT   国际电报和电话咨询委员会

ICEA    绝缘电缆工程师协会标准

GB/DL   中华人民共和国标准

ISA     美国仪表协会

ASME    美国机械工程师协会

SSPC    钢结构油漆协会

ITU     国际电信联盟

IEC 2555   《绝缘电压、冲击耐压测试》

IEC 2556   《高频干扰电压测试》

IEC 529      《防护等级》

IEC 255-22-1 1兆赫脉冲群干扰试验》

IEC 255-22-2 《静电放电试验》

IEC 255-22-3 《辐射静电试验》

IEC 255-22-4 《快速瞬变干扰试验》

IEC870-5-101 《基本远动任务配套标准》

DBJ08-23-91  《污水泵站设计规程》

GB/T50265-97 《泵站设计规范》

SL/T-191-96  《水工砼结构设计规范》

DL5073-2000  《水工建筑物抗震设计规范》

GB50052-95   《供配电系统设计规范》

CCITT G.703《脉冲编码调制通信系统网络数字接口参数标准》

DL/T5065-96  《水力发电厂计算机监控系统设计规范》

DL/T578-95   《水电厂计算机监控系统基本技术条件》

DL/T5081-97  《水力发电厂自动化设计技术规定》

DL/T769-2001 《电力系统微机保护技术导则》

DL5002       《地区电网调度自动化设计技术规程》

DL5002-91    《电力系统自动化设计技术规程》

DL5003       《电力系统调度自动化设计技术规程》

DL482-92  《静态继电器保护及安全自动装置通用技术条件》

DL/T634-97   《问答式传输规约》

DL/T604-1996 《高压并联电容器装置订货技术条件》

DL451-91     《循环式远动规约》

DL478        《绝缘耐压行业标准》

DL476        《电力系统实时数据通信应用层协议》

DL447-91     《电能计量柜》

DL630-97     《交流采样远动终端通用技术条件》

GB3453       《数据通信基本型控制规程》

GB1497-85    《低压电气基本标准》

GB1450       《电子设备雷击保护导则》

GB2318       《操作系统标准》

GB2681-81    《电工成套装置中的导线颜色》

GB2887       《计算机场地技术要求》

GB3453       《数据通信基本型控制规程》

GB50227-95   《并联电容器装置设计规范》

GB50062-92   《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》

GB6162       《静态继电器及保护装置的电器干扰试验》

GB7450       《电子设备雷击保护导则》

GB7251-87    《低压成套开关设备》

GB7260       《不间断电源设备》

GB6162       《抗干扰国家标准》

GB14285-93   《继电保护和安全自动装置技术规程》

GB/T13730-92 《地区电网数据采集与监控系统通用技术条件》

GB/T140148.1 《低压开关设备和控制设备总则》

GB/T15145-94 《泵站设计规程》

GB/T15145-94 《微机线路保护装置通用技术条件》

GB50198-94   《民用闭路监控电视系统工程技术规范》

GB50343-2004 《建筑物电子信息系统防雷技术规范》

GB50171-92《电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范》

GB50150-91   《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》

GBJ79-85     《工业企业通信接地设计规范》

GBJ42-81     《工业通信设计规范》

GBJ65-83     《工业与民用电力装置的接地设计规范》

GBJ115-87    《工业电视系统工程设计规范》

JB/T5777.2-91 《电力系统二次回路用控制及继电保护屏(柜、台)通用技术条件》

JB/T5234     《工业控制计算机系统验收大纲》

JB/T8451-1996 《固定型阀控密封式铅酸蓄电池》

JBJ115-87    《建筑电器设计技术规程》

JB3336-1983  《电站设备自动化装置通用技术条件》

JN2759-80    《机电设备包装通用技术条件》

IEEE802.3    《网络技术标准》

IEC870-5-101 《基本远动任务的配套标准》

GA/T75-94    《安全防范工程程序与要求》

GJT16-92     《民用工业建筑电气设计规范》

SDJ9-87      《电测量仪表装置设计规程》

满足最新部颁、国家有关标准、规范和规定。

二、   系统概况

阜宁水电站位于江苏省阜宁县陈集镇闸东村境内,通过腰闸控制调节形成水头差进行发电,所发电能经升压后由陈水线(陈集110kV变电所至阜宁水电站专线,2003年投运)输入华东电网。该站原设计水头2.5m,引水流量7084m3/s,共安装7台直径1.6m的竖井贯流式水轮发电机组(单机额定功率250kW);另有1台原设计水头3.5m,引水流量4m3/sZDJ1-LM-100型立式水轮发电机组(单机额定输出功率100kW)布置在阜宁船闸小中闸首下游小中河右侧翼墙处(以下称小中闸首水电站),合计总装机容量1850kW选用我们设计生产的RY-WPET水轮机智能控制系统,自动化等级可以达到4-5级。建成后可以达到无人值班,少人值守的要求,并可与水情测报系统、电力调度系统、大坝安全检测系统、办公自动化等实现数据共享。同时具备对水轮发电机组设备的综合测量,控制,保护,实现机组的自动控制,以及电站的安全防护等功能。

三、系统设计原则

设计原则

1 保护系统按“无人值班、少人值守”进行总体设计,本着安全、可靠、经济、先进、实用的原则进行配置。

2 采用成熟的保护装置单元式组合,高可靠性设计,保证微机保护系统高度可靠工作。同时保护配置和功能易于扩充,软件易于升级。

3 系统运行高度可靠,不但其本身的某一局部故障或元件损坏不会影响其它部分的正常运行或引起误动作,而且系统的各项可用性指标均达到国家及部颁水电站、泵站微机保护系统设备技术要求的规定。

4 采用最新电力电子技术和计算机技术,实现与监控系统通信的功能。

5 系统配置和设备选型适应计算机发展迅速的特点,充分利用计算机领域的先进技术、软硬件产品、网络技术、实时工业控制产品等,使保护系统达到国内先进水平。

6 模块化、结构化的设计,均符合开放要求,使系统更能适应功能的增加和规模的扩充。

7 系统模件通用性和互换性好,抗干扰能力强。

8 采用防雷和高绝缘防护措施,确保系统和人身安全。

9 采用菜单界面,具有功能强(通信纠错)、操作简单、方便。

10.本系统采用真正意义上的集散型监控系统,各机组和调速器等分别由各自的下位机控制运行,并将其安装在各自的柜中。这种集散系统不但可以保证整个系统联网稳定运行,同时若某一机组发生故障(或检修保养)时可单独停机检修,不影响其它机组及中央计算机系统的运行,大大提高了系统的稳定性和可靠性,而且大大减少了监控系统与各柜之间的连接线路,使现场的布线变的简单清晰。给日后维护保养带来极大的方便。

四、系统构成

见附图

五、系统基本功能

我们每台机组的自动化控制柜均能独立工作,在少人值班的情况情况下实现自动准同期并网和机组的,速断、过流、过压、电气过速保护,同时配备了多种测量仪表,可对发电机电流、电压、功率、频率及温度等进行测量和控制,并具有自动并网和故障自动停机及手动紧停功能,同时还具有剪断销剪断,冷却水中断,润滑不正常等保护功能,并联动主空气开关和灭磁电路动作,确保机组安全运行。

1  低压电路

发电机低压电路由预储能空气开关及刀开关实现了发电机与变压器的连接,预储能空气开关具有合闸时间短的优点,同时还具有过流,过载等保护功能。

2  低压控制保护电路的主电路

本系统低压控制保护电路的电源取自于网电,当电网掉电时控制电源自动切换,取自于发电机。空气开关QF3QF4用于低压控制保护电路的保护,当从电网取电时QF3起作用,当从发电机取电时QF4起作用。交流接触器KM1KM2用于控制电源的切换。交流接触KM5KM6用于导叶开度调整导叶电机正反向控制。

3  测量仪表

a  发电机主电路的参数测量

发电机的主电路配备了三相电压、三相电流、功率因数功率、频率和功率的测量仪表,同时还配备了智能测控单元,该装置采用广泛应用于电力测控系统的丹东华通测控有限公司的PDM系列产品,其性能可靠、稳定,测量精度高,产品并具有计量许可证。可以方便的与电脑监控系统进行通讯,进行数据交换和控制。

b  机组其它非电量的测量

柜中配备了智能温度显示控制仪表,能对发电机绕组温度,发电机轴承温度及增速箱油箱温度等进行测量和数字显示,超过规定的指标会自动报警,还配备了剪断销保护装置,剪断销采用二组串联并组成桥式电路,当剪断销被剪断时,能自动地进行声光报警,并使主开关动作。以上数据可以方便的与电脑监控系统进行通讯,进行数据交换和控制。

4水轮机操作器

为保证系统在任何形式保护装置动作时(包括没有厂用电),能不需要运行人员干预,实现自动控制,由于采用机械水轮机操作器,可在金雨科技有限公司生产的STKW3C型微电脑控制器的控制下,实现开机、并网、增减负荷及带负荷运行;机组故障时,能可靠地实现紧急停机。工作可靠性高。由于采用了STKW3B型微电脑控制器故本系统还具有如下功能:

a自动调速(调频档)

STKW3C型微电脑控制器最初是为了实现水轮机电动操作器自动调速而研制。单片机具有很强的数据处理能力,除采样转速偏差,还分析加速度,并随时对控制脉冲的方向、周期、占空比加以校正和修改,显著减轻令人头痛的超调现象,使调整系统的动态品质大为改善。

b、甩负荷关机功能

 工况运行中若遇突电负荷,机组频率呈现了很陡势头,控制器立即发出关小信号关水轮机导叶。转速上升,控制器发出的关小信号连续以遏制上升势头。当转速加回降,控制器发出的关小信号由连续改为点动。最后转速调整在50HZ,此时发电机还有电压,提供厂房照明,也缩短了再次送电的时间。

c、准同期功能

准同期操作较难掌握的是频率差和相角差,这两个要素对等待时间和冲击电流的影响又大。控制器以电网频率作为比较的基准,准确发出开大或者关小信号,控制电动操作器的正反转,快速调整机组转速与电网频率相等。当频差小于0.25HZ,且相角差在逐渐缩小,相角小于10度,微机发生合闸信号。

d、远控同期

应设计单位要求,STKW3C型微电脑控制器增加了远控同期输入接口,可以在远离控制器的地方(例如操作台),通过开关量的通与断,相当于[功能设置]拔到[同期]档或拔离[同期]档。

e、并大网运行过频率保护

大电网的频率波动很小,正常情况下是不会超出控制器[大网]档所设定的基荷频率区间,即使丰水季节10KV线路电压很高也不会影响发电机组并网发电。一旦网侧频率突然出现异常(例如变电站发生跳闸事故),频率升高,控制器立即发出分闸信号使发电机开关分闸,避免供电线路出现高电压烧毁用户电器。

f、过速保护

无论控制器是否因高周切机发出过分闸信号,也无论是处于合闸还是分断,只要发电机频率达到了60Hz,控制器还要再发出过速信号。对于冲击式机组可将控制器输出的分闸信号经过中间继电器扩展,作用于折向器动作。

g、按前池水位调节机组出力

对于并网发电的迳流式电站,为取得较好的经济效益,希望压力前池经常保持高水位,机组应能按上游来水自动调节出力。

六、电站公用设备和厂用电控制简介

公用设备和厂用电控制柜主要由可编程序控制器PLC或智能三相交流电量测量单元、水位检测装置、35KW微机主变线路保护装置等组成。完成升压站高压侧断路器和线路的测量、控制、保护功能,还可以完成全站油汽水系统的自动控制,提供全站厂用电系统,35KW线路保护:三相三段式电流保护、零序电流保护、低周减载、三相一次重合闸等。(其性能及优点另行介绍附后)

七、计算机监控系统的功能

    

1、数据采集与处理

1)主机的3相电流、3相电压、有功功率无功功率、频率、温度等机组运行状态信号,通过智能数据采集单元和PLC单元对有关数据进行处理后形成实时数据并存入实时数据库,同时对实时数据进行分析判断,越限自动报警。各单元模块间组成网络与中央计算机进行通讯。

2)电站的水位信号,经JYB-KO-L型高性能静压式传感器与计算机网络相连,将信号传递到中央控制计算机显示和处理,并存入实时数据库。同时具有水位越限予警功能。并可以按上游水位自动分配机组功率运行,水位低时,自动按水位高低关闭相应的机组。也可按给定有功无功负荷曲线运行。

3)变压器保护:重瓦斯、轻瓦斯、油温升高等故障时,通过智能数据采集单元采集并存入实时数据库,越限自动报警,并在计算机屏上显示。

4)导叶开度显示及有关信号控制柜内PLC的连接,采集并传递到中央控制计算机作显示和处理。

5)对事故信号、断路器的动作信号等开关量信号,系统能迅速响应并自动报警,同时将有关数据记录到相关数据库。

6)能对各类故障信号、设备运行状态信号进行定期扫查。对各类信号采用光电隔离处理和接点防抖动处理,硬件及软件滤波,基准时间补偿数据有效性判断,启动相关量功能(启动事故顺序记录、发生事故报警音响,画面自动推出及自动停机等),经处理后存入实时数据库。

7)根据各机组运行时间,自动记录单机累计发电量,和总发电量;并在中央计算机画面显示,同时存入实时数据库。

8)开关量的输出,即各类操作指令。计算机在输出这些信号前应进行校验,经判断无误后方可送至执行机构,为保证信号的电气独立性及准确性,开关量输出信号都经光电隔离,接点防抖动处理后发出。

2、运行监视和报警

1)运行实时监视:系统可使运行人员通过CRT对各主要设备的运行状态进行实时监视,并对各运行参数进行实时显示。

2)参数越限报警记录:包括设定越限参数越限处理、报警、显示、记录和打印;越限数据存储及召唤显示;启动相关量分析功能,作故障原因提示。

3)事故顺序记录:当机组发生事故造成跳闸等情况时,系统能立即响应并自动显示、记录、语音报警和打印事故名称及时间等;自动推出相关画面,作事故原因分析及提示处理方法,并能按事故发生的先后顺序记录下来。

4)事故追忆:对事故发生前后的重要参数和相关量进行追忆记录,以供运行人员事后分析。

3、控制与调节

控制与调节对象:水轮机组、水闸及部分配电设备等。

控制与调节方式:能完成下述内容

1)自动完成开、停机组

2)机组的调节,励磁装置的控制调节

3)机组联合运行的投/

4)根据水位自动推荐机组运行方式,达到最佳、高效运行。

5)站内部分配电设备开关合/分操作

6)各种辅助设备的操作

7)各种整定值和限值的设定

8)各种信息处理

9)水轮机自动并网功能

 

由于电站控制系统采用集成一体化设计,以计算机远控操作为主,保留现场常规操作系统,以备非正常情况下的操作。系统运用现代计算机技术,能以图像、图表及文字等多种方式进行系统工况、设备运行状况的显示及各种统计数据的分析处理。系统的综合性能达到国际先进水平。

4.统计与制表     

对采集的数据进行在线计算,打印输出各种运行日志和报表。

人机接口:在线显示实时图形,运行人员可在微机键盘上调整画面,显示数据和状态,修改参数,控制操作等。能根据工作人员职权不同,操作权限不同的口令。

画面显示:画面调用将允许自动及召唤方式实现。画面种类包括单线图、电站剖面图、曲线、各种设定参数、测量参数、表格等。

   

单线图:包括机组配电电气主接线图、油水系统图等。画面上能实时显示出运行设备的状态及重要的数据实时值。

电站剖面图:实时显示机组功率、电流、电压、频率等参数,做到形象直观;并能点动弹出各机组的控制画面。

 

表格类:包括参数及参数给定值、特性值、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。

运行指导类:包括开停机指导、及有关操作提示等。

设备状态维修指导:具备设备维修指导,使设备的维护更科学。

远方通讯控制接口功能。系统能与调度中心或信息管理系统进行通讯,可以方便的把电站的实时数据送到办公楼或厂长室等部门。

5、系统的一般技术要求

1 满足现场湿度10~90%,温度-540℃的条件,计算机主站设在有空调的室内。

2)系统有足够的防电磁、静电及抗雷电干扰措施。

3)系统有防尘防振动措施。

4)噪声满足规范要求。

5)系统提供带稳压的UPS不间断电源,并自动电源切换。

计算机系统性能和硬件

系统的实时性、可靠性、可维修性、安全性及可扩展性等均能满足有关规范要求,系统运行稳定,系统实时数据准确,实时数据误差小于规定要求;控制命令误动率等于0;拒动率〈0.1%。测量精度:电流、电压0.2%,其它0.5%。系统具有数据通讯功能,能方便地实现远程联网控制(目前留有接口)。

本系统采用一体化组合结构,采用多台日本进口OMRON(欧姆龙)的PLC,及高性能的智能化模块,分别将其安装在各台水轮机控制保护柜和辅机控制柜中。设一台中央监控计算机,该监控计算机与各PLC及智能模块间采用网络结构。

下面分别介绍其主要硬件

1.下位机:PLC采用世界著名品牌日本OMRON(欧姆龙) PLC,其性能完全可以满足该系统的要求。智能测控单元采用广泛应用于电力测控系统的丹东华通测控有限公司的PDM系列产品,其性能可靠、稳定,测量精度高,产品并具有计量许可证。水轮机控制采用厦门欣农农业开发有限公司(原厦门海洋仪器厂)生产的STKW3B型微电脑控制器

2.中央控制计算机:计算机采用研祥公司的工业计算机,控制服务器采用奔腾Ⅳ,2G主频,2G内存,320G硬盘。显示器采用大屏幕彩色显示器。

研祥公司是一家专业生产工业控制计算机的厂家,在中国工业控制领域具有很高的知名度,其生产的计算机已形成完整的系列,能满足各种不同工业应用场合的要求。研祥公司是取得ISO9001质量认证的公司,并具有良好的售后服务体系。

3.过程仪表:我们主要选用下列仪表。

a.水位传感器,选用静压式传感器。静压式水位计没有机械传动部件,因而不会产生机械磨损,免去日常维护,提高可靠性。可靠性比超声波水位计和其它水位计要高的多。而且安装使用都很方便。

b.水位仪表我们选用北京昆仑海岸传感器集团的智能仪表

c.温度测量:测温部位主要包括变压器、发电机、水轮机等部位,传感器采用PT100

d.35KW线路保护:三相三段式电流保护、零序电流保护 、低周减载、三相一次重合闸等。

软件

1.系统软件:系统软件拟采用WindowsXPWindowsNT。美国的微软公司推出的操作系统WindowsXP后,很快成为事实上的工业标准。众多的开发商在WindowsXP的基础上开发了丰富的软件。WindowsXP的易于使用的图形界面,抢先式多任务多线程内核,易于访问的网络资源设备,使得计算机可以发挥出更高的性能。

2.自动控制软件:自动控制软件采用工业自动化通用组态软件——组态王VERION  6.5。组态王有以下众多的功能和优点:

a.动态32位软件:组态王是基于32位事件驱动,多任务,多线程的技术基础上开发的工控软件。所以组态王能发挥WindowsNTWindowsXP的全部能力,以达到极高的性能指标。

b.方便的组态设计:组态王包括完善的图库,可十分便捷地进行图形用户界面(GUI)的高效设计。以及其他工业标准用部件或自行设计的图素,拖曳至所需的画面中即可完成图形设计。另外,组态王提供全色彩支持,可选择任意色彩描绘动态图形。可开发出适合中国国情的中文界面。

c.最新的图形表示技术:组态王运用了最新的图形表示技术,可允许绘出工程全貌的画面,特选区域可进行放大。此外,用户图形可包括多达64个图层,使操作员在图层中进行选择和混编,读取所需的和被授权观察的特定画面信息。

d.毫秒级时间标记:组态王可在高达50ms分辨率为1ms的带有时间标记的数据。该数据按照其标记时间记入组态王历史文件,使用户可以按照现场事件实际发生的时间顺序进行精确的跟踪。组态王可同时对多个网络及现场设备进行采样。

e.开放式系统结构:组态王具有开放式的体系结构,可与现有的数据库,电子表格及其他用户的应用很好的集成在一起。组态王的虚拟文件接口能使外部程序与组态王应用透明的交换数据,组态王的应用程序接口可方便地与用户应用程序结合,组态王支持双向DDE。用组态王的SQL接口,可建立事件驱动的SQL查询,以便由/向被定义的数据库读/写组态王数据,通过Microsoft的开放式数据库互连(ODBC)标准接口,组态王支持与所有的通用数据库的连接。

在使用组态王的基础上,工程师可以依据系统的功能要求,灵活地设计出显示、控制画面、报表、管理调度提示、计算、通讯、控制等等。

八、计算机监控系统主要技术性能及基本参数

8.1站控制层性能

8.1.1数据采集、响应周期

1)状态和报警点采集周期            0.5s

2)电气模拟量采集周期              0.5s

3)非电气模拟量采集周期            1s

8.1.2人机接口响应时间

1)调用新画面的响应时间            1s

2)动态数据刷新时间                1s

3)实时数据库更新时间              1s

4)控制命令响应时间                1s

5)报警或事件产生到画面显示的时间     1s

6)事件顺序(SOE)分辨率             2ms

8.1.3可靠性

1)平均故障间隔时间(MTBF          

计算机监控系统                 30000小时

主控计算机                     30000小时

现地控制单元                   40000小时

2)平均维修时间(NTTR            0.5小时

3)系统利用率                     99.99%

4CPU负载率                      40%

8.2现地控制层性能

8.2.1数据采集时间

1)开关量                         0.5s

2)电气量                         0.5s

3)非电气量                       1s

4)温度量                         1s

5)脉冲量                         连续无延迟

8.2.2控制响应时间

1)控制命令回答响应时间            1s

2)接受控制命令响应时间            1s

8.2.3接口设备特性

1)数字量、开关量输入

每一路开关量输入口有LED状态显示。

输入接口参数

信号范围

电流                             10mA

电压                                12V

最小变态检测时间                    2 ms

最大变态检测时间                    30ms

接地电阻                         100Ω

工作电压下接点对地电阻               >50kΩ

数字信号输入接口抗干扰及预防浪涌电压 2000V

2)数字量输出

信号范围

电流                                050mA

电压                                030 V

信号持续时间                        1s

接点开端容量                        感性30W

继电器固有动作时间          吸合220 ms、释放1020 ms

3)模拟量输入

输入信号接口连接方式                   差分连接

输出信号接口连接方式                   差分连接

信号范围

电流                             420mA

电压                             05 V

输出阻抗

电流                             250Ω

电压                             >5kΩ

模数转换分辨率(含符号位)        12

温度量输入与现场电阻温度探头(RTD)连接

测温电阻                         Pt100Cu50

非电量信号经变送器后输入

信号范围                          420mA 05V

模拟量转换分辨率                     14

4)脉冲量输入

信号电压                            5V

信号电压                            5V

最小变态检测时间                    2 ms

最大计数率                          8/s

最小计数范围                        1

最大计数范围                        232

计数冻结控制方式                   

脉冲宽度                         100ms

负载能力                         10ms

输入电平                         24VDC

5)开关量输出

开关量输出信号采用继电器输出

每一开关量输出设有LED状态显示

开关量输出接口参数

输出形式                          空接点

交流接点容量                      220V AC10A

直流接点接通容量                  220V DC5A

8.3安全性能

8.3.1操作安全性

为保证系统操作安全性,在系统设计中采取了多方面措施,主要有:

(1)操作键盘与功能键之间有软件闭锁。

(2)调节参数及限值修改等都有极值限制,保证不会出现引起事故的参数设置。

(3)重要的操作都有确认、执行键,只有在运行人员确认的情况下才能执行。

(4)开、停机及隔离开关的操作都有操作指导和过程监视画面。

(5)所有的控制操作必须登录,运行人员只具有操作权限,只有系统管理员才能进行参数修改等操作。

8.3.2通讯安全性

通信是电站综合自动化系统的关键,因此保证通信的正确无误是系统设计的重要内容,我们从以下几方面进行了考虑,主要有:

1)硬件方面

传输介质采用以太网线、屏蔽电缆等,屏蔽层采用一点接地方式

计算机电源采用不间断电源,以抑制电源系统的干扰

2)软件方面

采用CRC校验,提高传送信息的正确性

重要的信息采用三取二的办法

控制命令采用多次发送的办法

8.3.3硬件、软件及固件安全性方面

1)采用模块化软件结构

2)硬件、软件同时设置看门狗

8.4可扩性

系统可扩充的范围如下:

备用点不少于使用点的30%

CPU平均负载率不大于50%

主计算机的内部存储器有40%以上的内存空间供用户使用。

通道利用率或通道数据率留有足够裕度,通道利用率不大于70%

留有扩充现地控制装置、外围设备或系统通信的接口。

九、工业视频监控系统

1.概述

如今电站一般都已经具备电站综合自动化系统,也就是常说的三遥系统。在此基础上增加的电站远程视频监控系统简称为电站遥视系统,它将电站的视频数据和监控数据由电站前端的设备、视频服务器采集编码,并将编码后的数据通过网络传输到监控中心,监控中心接收编码后的视频数据和监控数据,进行监控、存储、管理。电站遥视系统的实施为实现电站的无人值守,以及推动电力网的管理逐步向自动化、综合化、集中化、智能化方向发展提供了有力的技术保障。

系统由一台图像处理器完成对所有各监控点图像的处理,系统配置一台监视器,可同时显示8画面,并能各画面间自动轮流切换等多种功能;系统配置长时间硬盘录像机一台,能长时间摄录所有监视点的图像,并可回放摄录的所有内容。当被监视现场的设备出现工作故障报警时,监视系统能全部记录并反映事故现场的画面,使管理人员能看到事故现场状况。

2.系统分析和设计依据

电站遥视系统的功能,主要体现在以下几个方面:

通过图像监控、安防系统,保护电站设施和设备的安全;

通过图像监控结合远程和本地人员操作经验的优势,避免工作的误操作;

通过图像监控、灯光联动、环境监测监视现场设备的运行状况,起到预警和保护作用;

通过监控系统监视水电站的拦水坝的水位,前池,尾水的水位;

系统设计依据:

1JGJT16—92     《民用建筑电气设计规范》。

2GA308-2001       《安全防范工程验收规则》

3G8J32—82        《电气装置安装工程施工及验收规范》。

4GB50198-96    《民用闭路监视电视系统工程技术规范》

5GB50348-2004     《安全防范工程技术规范》

6GA/T-2000        《安全防范系统通用图形符号》

7GBJ253-88     《建筑电气安装工程质量检验评定标准》

8GA/T70-94     《安全防范工程费用概预算编制办法》

9GA-T 368-2001    《入侵报警系统技术要求》

10GAT7594     《安全防范工程程序与要求》

11GA/T 367-2001      《视频安防监控系统技术要求》

12)出口加工区安全监控系统工程弱电系统图集

13GB50057-94 建筑物防雷设计规范

14)国家相关标准和规范

3.系统设计原则

为了更好的实现水电站的监视功能,尽量做好生产的安全措施,我们根据本地的情况设计了治安安全防范系统的设计准则:

即以当今计算机为基础的智能化、集成化、数字化、网络化系统管理为主体,将世界最先进的安防产品与灵活实用的软件相结合,构成技术先进成熟、性能稳定可靠、操作实用简单、管理方便快捷的集成方式智能安防监控管理系统。

1)先进性和成熟性

系统设计既要采用先进的概念、技术和方法,又要注意结构、设备、工具的相对成熟。

2)实用性

系统建设应始终贯彻面向应用,注重实效的方针,系统能保证满足日常各种需求,界面操作简单。

3)可行性和适应性

系统要保证技术上的可行性和经济上的可能性。

4)针对性

系统的设计并非千篇一律的,而应根据安防工程的实际情况,如工程规模、配套设施、周边情况、防范对象、管理要求、平面布局等因素,做出有针对性的设计。

5)开放性和标准性

为了满足系统所选用的技术和设备的协同运行能力,系统投资的长期效应以及系统功能不断扩展升级的需求,尽可能支持现有的各种主要的网络协议标准,支持现在主流厂家的产品。

6)可靠性和稳定性

在考虑技术先进性和开放性的同时,还应从系统结构、技术措施、设备性能、系统管理、厂商技术支持及维修能力等方面着手,确保系统运行的可靠性和稳定性,达到最大的平均无故障时间。

7)安全性和保密性

为了满足系统所选用的技术和设备的协同运行能力,系统投资的长期效应以及系统功能不断扩展升级的需求。

8)可扩展性和易维护性

为了适应系统变化的要求,必须充分考虑以最简便的方法、最低的投资,实现系统的扩展和维护。

9)经济性

在遵循以上原则和满足业务需求的基础上,系统应尽量减少不需要的功能,建设应该遵循性价比最佳原则。

10)易操作性

设计应“以人为本”,系统设计应紧紧围绕着管理的实际需求,以实用、简便、经济、安全为原则,同时照顾到不同文化层次、不同工作对象需要,满足多层次管理这一特定使用功能。

4.工业视频监控系统

4.1电站摄象点的数量类型

电站内共设计有16个摄像点。

电站的主要监控对象包括:

·电站(所)内场区环境;

·主变压器外观及中性接地刀;

·对电站(所)的户外断路器、隔离开关以及接地刀闸等地合分状态进行监控;

·对电站(所)内的各主要设备间进行监视(包括大门、控制室)。

·开关站的设备;

·坝前水位的情况;

·溢洪道左右两岸的情况;

·电站尾水,集水井的水位情况;

·水轮机层内水轮机的工作情况;

·电站大门口等区域的情况。

·1个备用摄像点。

4.2系统的组成与结构

电站的监控系统由以下子系统组成:前端监视系统;图像存储系统;图像显示及控制系统;信号传输系统。

4.3 各子系统的组成和工作原理

1.设计思想

1)坚持高起点,保证系统的先进性和在国内同行业中的领先地位;

2)贯彻实用、可靠、先进、经济的八字方针,以应用为导向、分步实施、集中管理的原则进行建设;

3)从现实情况出发,以需求为依据,总体规划、分步实施,确保系统高度集成、总体优化、安全可靠、稳步推进;

4)系统充分考虑功能扩容性和技术升级性,适应当代信息技术迅猛发展的要求,以求最佳效果。

2.电视监控系统

系统示意图

3.系统设计

电站的主控站:在主控站显示记录。电站的主控站本地端的系统为同轴电缆传输,大坝的分控站到主控站的视频通过光纤与主控站做连接。把分控站的视频通过光缆传输到主控站,在主控站的显示记录设备上显示和做记录。

1) 电站监控现场

本系统共配置了16个摄像头,能使控制室的操作人员通过显示屏观察到河道、机组、配电所等现场设备工作情况。

摄像监视系统:上下设一套彩色摄像机,用来观察闸门及河道、水流状况;每台机组安装一台固定彩色摄像机,以便监视电站内水轮发电机等设备的运行情况;,配电室内安装一台固定彩色摄像机以观察配电设备的运行情况,控制室内设一套定点彩色摄像机用以观察和记录操作人员的操作情况(摄像头分布见附图)最终由用户确认。

电站现场监控设备主要由摄像机(防护罩、摄像机、镜头、支架)、稳压电源(可选)等主要设备组成。主要完成图像的采集、编码和传输、摄像机的控制和报警数据的输入/输出工作。

另外,在电站室外场区根据具体情况安装一个到数个室外可控型摄像机(可控摄像机需要配置相应的云台镜头解码器),一般安装在房屋的高处或电线杆的适当地方。室外型摄像机必须保护性好,可有效地防雨除霜,可带加热器和风扇并自动加热、自动排风,云台可以上下左右地转动,并且镜头可以拉远、拉近,使之能大范围地监控场区,包括监控主变压器、大门等地。

在本系统内,主要监视目标区域如下:

进厂大门、中控室、电缆夹层、水轮机泵组、转轮室、管道层、运行层、廊道层、泄洪闸门、进水口闸室、尾水管出口、渗漏集水井,厂区集水井,检修集水井,大坝,电站管理区等区域。

本系统选择安装摄像机的原则是:室内外的监视目标都是用有PTZ功能的摄像机系统。

因为有室外环境,因此选择彩色转黑白的摄像机,厂区和开关站等区域又是大范围、大目标的监视,因此需要摄像机具有PTZ功能,摄像机具有可变倍的功能。考虑到安装方便美观的因素,因此我们选择使用室外云台配合彩色转黑白一体化摄像机完成监视。这里我们选择使用深圳钦华数码有限公司的VTC系列彩色转黑白一体化摄像机。

摄像机具备27光学变倍镜头的摄像机,可以将100米内的物体放大在监视器上做特写监视。同时配合室外云台,转速可达12/秒。这些功能都适合安装在厂区和开关站等地区。这些地方如厂区,大门等需要看的是大面积的范围特别是进出大门的车辆人员,因此需要将被监视视频放大做特写度。开关站也是如此,需要监视观察配电装置处的设备的工作状态,因此需要将图像放大。

室内需要监视固定位置区域的摄像点也可以采用变焦的摄像机,它可以大范围的监视室内的情况将室内设备的具体的工作状态显示出来。

2)传输部分

本地端传输:本地端的传输主要是指电站域内的摄像机通过同轴电缆与本地的硬盘录像机显示器等相互链接。

在本地端现场的摄像机通过75-5的视频线连接到本地端的视频输入设备中,因在本系统中摄像机的安装位置距离分中心的视频输入设备的距离都比较近因此使用同轴电缆传输视频。距离比较远,若超过200米小于500米的布线距离可以采用线径较大的同轴电缆做传输的线路。中速智能球等带控制数据的设备,在传输控制数据时采用2芯屏蔽双绞线来传输485数据,控制前端的PTZ设备。

远程传输

本系统的远程传输系统主要是指,需要将大坝范围内的视频控制信号传送到电站主监控室。

如视频信号的传输,若使用同轴电缆传输,使用75-5的视频线超过250米的距离视频信号就有了衰减,若使用光纤做传输,最近的距离也可以达到20公里的距离,同时也可以采用互联网进行传输。

3)控制系统

在本系统中,前端的所有带云台解码器的摄像机的控制信号,通过解码器的485总线连接到控制中心的视频编码设备上,控制中心通过视频解码设备的控制设备来控制前端云台的上下左右变焦等功能。大坝和电站本地的带PTZ功能的摄像机通过RS485总线与本地的视频矩阵或者硬盘录像机做链接,本地人员通过硬盘录像机和控制键盘等来控制前端摄像机的移动和镜头的变焦等功能。

4)图象显示系统

前端的摄像机通过同轴电缆和屏蔽双绞线将视频和控制数据传输到视频编码设备上。在本系统中我们选择使用硬盘录像机作为视频的输入视频编码设备。硬盘录像机集成度高,系统稳定,同时可以加装大容量的硬盘。系统操作方便简单,任何人员都可以快速的掌握系统的操作。

5)存储设备

视频存储方面,我们采用数字硬盘录象机来存储视频。硬盘录象机作为整个系统的管理设备和视频网络服务的服务器,其本身也可以加装多个大容量的硬盘提高视频数据的存储容量。同时其本身具有的网络功能可以起到网络传输的作用。可以代替网络视频服务器的大部分功能。本硬盘录象机的网络功能VMR独具的图像网络发射功能和报警输出功能,使用户可以远程监控和回放,遇有报警时可以触发其它报警设备。可以通过客户端和IE浏览管理视频等。

根据系统的具体摄像点的配置情况,本系统共配置16路的硬盘录像机。

6)网络传输部分

电站的硬盘录像机通过网络交换机接入局域网或者电站专网,变电站内的网络上任意一台经过认证的工作站可以通过IE或客户端访问前端的硬盘录像机。专网上的总控制室内的服务器可以通过IE或网络客户端访问前端电站的硬盘录像机,调取录像和实时监控。

7)报警功能

自诊断

系统设备具有自诊断功能,设备故障时自动报警。

设备自身防盗功能

通过视频信号的通断检测和摄像机图像处理判断,使摄像机自身发生被盗时,进行报警提示,并显示被盗设备位置。

报警及联动控制功能

当监控点发生报警时,如火警、非法人员闯入、手动报警等,能准确指出报警点的位置,并自动切换显示其报警点及相关位置图像,同时录象机自动启动进行录像。捕捉可疑画面,并叠加显示中文报警提示。

自动跟踪功能

具有自动跟踪监视物体的功能。当异常情况发生时,能自动跟踪监视物体,同时能自动报警、录像等。

 

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