论文部分内容阅读
【摘 要】介绍了二滩水力发电厂500kV GIS开关站监控系统LCU改造总体要求，总体施工方案和新改造LCU系统配置情况及功能实现通过新旧LCU 的比较， 总结新监控系统GIS开关站LCU改造前后功能变化和技术特点，为大型水电站GIS开关站LCU改造提供参考方案。
【关键词】GIS开关站；现地控制单元LCU；改造；智能PLC；智能I/O
引言：
二滩电厂原计算机监控系统由德国ABB公司提供，采用总线式冗余光纤以太网逻辑结构，用于监视和控制6台水轮发电机组、18台单相主变压器、500kV GIS开关站、进水口快速闸门、水工泄洪闸门、6kV厂用电、辅机等设备。该系统自1998年投产以来，已连续运行14年，超过了设备使用寿命。二滩水电站于2013年初正式启动了计算机监控系统改造项目。本次改造工作在整个改造施工过程中不能影响GIS开关的运行方式和重要信号的远方监视。
一、二滩GIS开关站LCU改造总体要求
二滩水电厂是川渝电网的骨干电厂，是川电东送的骨干电源点，基于二滩水电厂500kVGIS开关站在四川电网安全运行中的重要性，GIS开关站LCU改造需满足以下基本要求：为保障电网和电站的安全运行，在开关站LCU改造期间，必须保证15个断路器状态和母线电压、频率等重要信息的上送，同时将开关站的保护信息送站内计算机监控系统，便于站内运行人员实时监视保护装置的动作情况。同时做好监控系统改造关口电量计量等重要设备的影响评估和防范措施。
二、改造总体施工方案
（一）线路CT回路改接
根据二滩GIS开关站LCU改造总体要求，GIS开关站LCU改造施工不得影响关口计量装置的正常运行，然而因关口表计量用CT回路串接自GIS开关站LCU，其改造期间将影响关口表的计量，因此，本次改造利用线路停电检修机会，提前对开关站出线线路测量CT回路进行改接，将GIS开关站LCU测量用CT回路改接为串接自电量计费屏，以保证计算机监控系统改造过程中关口表的正常运行。
线路测量CT改接前的回路为：CT→ LCP（现地控制屏）→ MCP（模拟屏）→ IFP（接口屏）→开关站LCU→电量计费屏。
改接后的CT 回路为：CT→ LCP（现地控制屏）→ MCP（模拟屏）→IFP（接口屏）→电量计费屏→开关站LCU。
（二）新老监控系统并行运行
为了确保新老系统平稳过渡，满足省调和本厂运行人员在GIS开关站LCU改造期间继续对开关站开关状态，母线重要参数以及保护信息进行监视的总体要求，本次改造施工采用了新老监控系统并行运行的方式，即在改造过程中继续保留原监控系统上位机系统以及调度通信系统的正常运行，同时在原LCU附近建设临时LCU（TLCU）对开关站上述重要信号进行采集并上送原监控系统上位机和调度。
三、新改造LCU系统配置情况及功能实现
二滩500kV开关站LCU采用安德里茨智能PLC装置AK1703 ACP及其智能I/O单元，AK1703ACP 与上位机SCADA 系统采用IEC 的标准通信规约 IEC60870-5-104。LCU 盘柜内，使用10 块DTSD341-9D 型三相电子式多功能电能表（威胜），采集五回出线、机组主变高压侧有功、无功、电压、电流、电量值，通过MODUBS规约送LCU，取消原电量变送器。使用变送器采集所有开关电流、500kV母线三相电压及频率，并经AI通道送LCU。
开关站LCU主要实现对GIS 直流系统、500kV 五回出线保护装置、有功/无功电度、有功/无功功率、频率、机组主变高压侧有功/无功电度、GIS 空压机、GIS 事故照明、GIS 录波装置、GIS 行波测距装置、GIS 大厅SF6 气体含量、GIS 大厅氧气含量、500kV GIS 系统及其空气压力和SF6 压力、模拟屏、GIS 继电保护信息子站、安稳系统、GIS 监录装置、500kV 母线保护装置、接口屏、GIS 电缆差动保护屏等的远方监视和控制。
四、新监控系统GIS开关站LCU技术优势
（一）开关站LCU控制器技术优势
新监控系统GIS开关站LCU采用AK1703 ACP作为中央控制单元，AK1703 ACP为新一代的智能控制器，采用多CPU体系结构，该处理器单元带有一个冗余管理处理器单元CP-2010，它是裝置内部的总协调者，用来完成系统协调、总线管理。冗余CPU的切换安全、可靠、高效，切换时间真正实现0ms；这两台CP-2017冗余切换功能由冗余管理处理器单元CP-2010实现，该双CPU模板可实现真正意义上的无扰动、无延时切换。
（二）开关站LCU现地采集I/O模块技术优势
原开关站LCU中央处理器单元采用的传送方式容易造成了周期传送数据的有效性和准确性低，且周期性的传送导致大量不关心的数据也被反复传送，极大地浪费了通信资源。
改造后LCU每一块I/O模板上都带有自己独立的CPU，其不仅能独立完成所有的数据采集工作，还能完成对采集上来的数据进行处理和滤波等工作，同时，该CPU还能独立生成采集数据的实时时标，而不依赖于LCU中央CPU。直接降低了LCU中央处理器单元的工作负荷，同时提高了数据的采集效率，保障了数据的有效性。
（三）开关站LCU控制单元通信技术优势
原开关站LCU与上位机通信连接了 2个冗余的实时控制网，采用ABB MB300规约，该规约属于私有规约，开放性和延展性都很欠缺。
改造后，开关站LCU控制单元采用国际标准规约，具有良好的开放性，支持多种不同的通讯规约，可以与不同厂家的系统实现互连，代表了系统的开放性。这些规约包括了国际开放标准的IEC60870-5-101，IEC60870-5-102，IEC60870-5-103及广域网局域网互连的IEC60870-5-104，还包括了MODBUS、DNP等规约。
五、结语
二滩水力发电厂GIS开关站LCU改造完成至今已安全稳定运行一年，实际运行证明， 二滩水力发电厂GIS开关站LCU技术改造过程中满足了改造总体要求，改造后达到了安全、可靠、经济、实用的设计目标， 为二滩水力发电厂的安全生产提供了一个现代化的技术手段， 可作为大型水电站计算机监控系统GIS开关站LCU技术改造的参考。
参考文献：
[1]水电厂计算机监控系统基本技术条件，DL/T578-95 .
[2]水力发电厂计算机监控系统设计规范，DL/T 5065-2009[S].
[3]王定一.水电站计算机监视与控制[M].北京：中国电力出版社，2001.
【关键词】GIS开关站；现地控制单元LCU；改造；智能PLC；智能I/O
引言：
二滩电厂原计算机监控系统由德国ABB公司提供，采用总线式冗余光纤以太网逻辑结构，用于监视和控制6台水轮发电机组、18台单相主变压器、500kV GIS开关站、进水口快速闸门、水工泄洪闸门、6kV厂用电、辅机等设备。该系统自1998年投产以来，已连续运行14年，超过了设备使用寿命。二滩水电站于2013年初正式启动了计算机监控系统改造项目。本次改造工作在整个改造施工过程中不能影响GIS开关的运行方式和重要信号的远方监视。
一、二滩GIS开关站LCU改造总体要求
二滩水电厂是川渝电网的骨干电厂，是川电东送的骨干电源点，基于二滩水电厂500kVGIS开关站在四川电网安全运行中的重要性，GIS开关站LCU改造需满足以下基本要求：为保障电网和电站的安全运行，在开关站LCU改造期间，必须保证15个断路器状态和母线电压、频率等重要信息的上送，同时将开关站的保护信息送站内计算机监控系统，便于站内运行人员实时监视保护装置的动作情况。同时做好监控系统改造关口电量计量等重要设备的影响评估和防范措施。
二、改造总体施工方案
（一）线路CT回路改接
根据二滩GIS开关站LCU改造总体要求，GIS开关站LCU改造施工不得影响关口计量装置的正常运行，然而因关口表计量用CT回路串接自GIS开关站LCU，其改造期间将影响关口表的计量，因此，本次改造利用线路停电检修机会，提前对开关站出线线路测量CT回路进行改接，将GIS开关站LCU测量用CT回路改接为串接自电量计费屏，以保证计算机监控系统改造过程中关口表的正常运行。
线路测量CT改接前的回路为：CT→ LCP（现地控制屏）→ MCP（模拟屏）→ IFP（接口屏）→开关站LCU→电量计费屏。
改接后的CT 回路为：CT→ LCP（现地控制屏）→ MCP（模拟屏）→IFP（接口屏）→电量计费屏→开关站LCU。
（二）新老监控系统并行运行
为了确保新老系统平稳过渡，满足省调和本厂运行人员在GIS开关站LCU改造期间继续对开关站开关状态，母线重要参数以及保护信息进行监视的总体要求，本次改造施工采用了新老监控系统并行运行的方式，即在改造过程中继续保留原监控系统上位机系统以及调度通信系统的正常运行，同时在原LCU附近建设临时LCU（TLCU）对开关站上述重要信号进行采集并上送原监控系统上位机和调度。
三、新改造LCU系统配置情况及功能实现
二滩500kV开关站LCU采用安德里茨智能PLC装置AK1703 ACP及其智能I/O单元，AK1703ACP 与上位机SCADA 系统采用IEC 的标准通信规约 IEC60870-5-104。LCU 盘柜内，使用10 块DTSD341-9D 型三相电子式多功能电能表（威胜），采集五回出线、机组主变高压侧有功、无功、电压、电流、电量值，通过MODUBS规约送LCU，取消原电量变送器。使用变送器采集所有开关电流、500kV母线三相电压及频率，并经AI通道送LCU。
开关站LCU主要实现对GIS 直流系统、500kV 五回出线保护装置、有功/无功电度、有功/无功功率、频率、机组主变高压侧有功/无功电度、GIS 空压机、GIS 事故照明、GIS 录波装置、GIS 行波测距装置、GIS 大厅SF6 气体含量、GIS 大厅氧气含量、500kV GIS 系统及其空气压力和SF6 压力、模拟屏、GIS 继电保护信息子站、安稳系统、GIS 监录装置、500kV 母线保护装置、接口屏、GIS 电缆差动保护屏等的远方监视和控制。
四、新监控系统GIS开关站LCU技术优势
（一）开关站LCU控制器技术优势
新监控系统GIS开关站LCU采用AK1703 ACP作为中央控制单元，AK1703 ACP为新一代的智能控制器，采用多CPU体系结构，该处理器单元带有一个冗余管理处理器单元CP-2010，它是裝置内部的总协调者，用来完成系统协调、总线管理。冗余CPU的切换安全、可靠、高效，切换时间真正实现0ms；这两台CP-2017冗余切换功能由冗余管理处理器单元CP-2010实现，该双CPU模板可实现真正意义上的无扰动、无延时切换。
（二）开关站LCU现地采集I/O模块技术优势
原开关站LCU中央处理器单元采用的传送方式容易造成了周期传送数据的有效性和准确性低，且周期性的传送导致大量不关心的数据也被反复传送，极大地浪费了通信资源。
改造后LCU每一块I/O模板上都带有自己独立的CPU，其不仅能独立完成所有的数据采集工作，还能完成对采集上来的数据进行处理和滤波等工作，同时，该CPU还能独立生成采集数据的实时时标，而不依赖于LCU中央CPU。直接降低了LCU中央处理器单元的工作负荷，同时提高了数据的采集效率，保障了数据的有效性。
（三）开关站LCU控制单元通信技术优势
原开关站LCU与上位机通信连接了 2个冗余的实时控制网，采用ABB MB300规约，该规约属于私有规约，开放性和延展性都很欠缺。
改造后，开关站LCU控制单元采用国际标准规约，具有良好的开放性，支持多种不同的通讯规约，可以与不同厂家的系统实现互连，代表了系统的开放性。这些规约包括了国际开放标准的IEC60870-5-101，IEC60870-5-102，IEC60870-5-103及广域网局域网互连的IEC60870-5-104，还包括了MODBUS、DNP等规约。
五、结语
二滩水力发电厂GIS开关站LCU改造完成至今已安全稳定运行一年，实际运行证明， 二滩水力发电厂GIS开关站LCU技术改造过程中满足了改造总体要求，改造后达到了安全、可靠、经济、实用的设计目标， 为二滩水力发电厂的安全生产提供了一个现代化的技术手段， 可作为大型水电站计算机监控系统GIS开关站LCU技术改造的参考。
参考文献：
[1]水电厂计算机监控系统基本技术条件，DL/T578-95 .
[2]水力发电厂计算机监控系统设计规范，DL/T 5065-2009[S].
[3]王定一.水电站计算机监视与控制[M].北京：中国电力出版社，2001.