密云水电厂抽水蓄能机组调速器的改造 中国水力发电工程学会继电.doc

双机热备及网络冗余的葛洲坝水轮机调速器设计 蔡卫江1 张雷1 何林波1 （南京南瑞集团公司1 ) (摘要(：网络化、智能化是设备联接和系统联网问题 (关键词(： 智能化 网络通讯 冗余 IEC61850规约 网络对时 0、概述 当前，智能化电站电力工业将来的发展方向 本文通过南瑞集团公司为三峡集团葛洲坝水电厂必威体育精装版开发的基于X20 3586控制器的双冗余水轮机调速器，介绍了调速系统控制核心的硬件配置、网络冗余方案、与外部设备的通讯联络，网络对时方法等，为将来智能化水电厂调速器的设计和推广应用打下良好基础。 1、控制系统及网络结构 统一数据平台是智能水电站的一个基本特征。水电站现地级包括监控、调速器、励磁、辅机系统等不同设备。水电站目前的一体化平台将现地数据采集和测量按“过程层”、“间隔层”、“站控层”的结构层次布置，采用两层网络：站控层网采用MMS网、过程层网采用GOOSE网和SV网组成。全站网络采用高速光纤以太网组成[3]。 站控层由监控系统主机（操作员站）和智能设备接口机等构成， 智能设备接口机可将调速系统、监控LCU设备等接入站控层MMS网，监控系统，实现管理控制间隔层、过程层设备以及其它设备功能，形成全站监控、管理中心，并能与远方调度中心通信，通信标准符合 DL/T860（IEC61850）[3]。 考虑上述统一数据平台结构，我们设计的调速系统控制和通讯结构如下图1所示：首先调速系统的控制核心选用贝加莱公司最先进的X20CP3586控制器，两套控制系统冗余配置（见图中冗余X20控制器），配置相应的公用IO模块，该模块由模拟量输入（X20AI4622）/输出(X20AO4622)模块、开关量输入(X20DI9371)/输出(X20DO9322)模块、测频和脉冲输出模块（X20DS1319）、串行通信模块(X20IF1086)组成，模拟量输入模块完成调速系统有功功率、导叶桨叶开度、水头等模拟量采集；模出模块完成导叶、桨叶、转速等模拟量输出并上送监控；开关量输入则完成机组开机、停机、并网、负荷增减等指令，完成调速系统对机组的序列控制，开关量输出则完成调速器的状态和故障报警输出，供监控集中监视；测频模块完成机组转速、电网频率的采集，脉冲模块则完成调速器机械系统步进电机的控制。通讯模块则完成与监控、电站HOMIS系统的通讯。由此组成系统完成调速器的所有控制功能。 图1：调速系统控制和通讯冗余结构图 前面已经强调，网络通讯及其可靠性是智能化水电站建设的重要要求，我们在系统网络通讯上进行了详细设计，参见图1，首先两套控制器之间采用以太网POWERLINK通讯方式，双机同步通讯，数据实时共享，一套系统故障（如断电、程序出错、模块故障）自动切换到另一套，无需人工干预。两套控制器和公用IO模块之间也采用以太网POWERLINK通讯，谁为主机谁自动控制IO设备。两套控制器和监控上位机的通讯采用IEC61850协议接入MMS网，其方式为：采用贝加莱PC810工控机作为通讯网关设备，安装IEC61850转换协议实现与MMS网的通讯，以太网A和B通过通讯网关，分别连接到控制器1和2，这样任何1路网关故障或网络连接节点断开，均不影响控制器与MMS网的通讯，从而实现双网交叉冗余模式。另外，我们还设计了调速器和监控及HOMIS系统数据交换的备用通道，在IO模块上扩展了两个串行接口，可以实现与上述设备的实时通讯。这样即使网络完全中断，我们也可以采用备用通道与上位机交换数据，可见系统通讯的可靠性非常高。 此外，控制器和人机界面的通讯通过交换机采用以太网连接，采用贝加莱内部IMA协议，实时性和可靠性很高，除了普通的用户参数设置、信息显示功能外，还可以满足用户数据记录、存储、录波、事件登陆等高级功能。 通讯内容方面，目前监控系统可以下发功率设定值、水头、时钟等信息，可以实现调速系统的功率闭环控制、时钟校准等，调速器通过61850规约可以上送转速、导叶桨叶开度、机组有功、故障量、状态量等信息，在MMS网上可以实现共享，挂在网上的设备均可以实时获取，非常便捷方便。 2、IEC 61850网络通讯 IEC 61850标准国际IEC委员会在互操作性要求的基础上，变电站内通信网络与系统的通信标准体系。当前, 国内外电力设备生产商都在围绕IEC 61850 开展研究和应用工作，并提出IEC 61850的发展方向是实现“即插即用”，在工业控制通信上最终实现“一个世界、一种技术、一个标准”。 本项目采用公司提供的和自主研发的IEC 61850通信软件系统，在进行了应用。它采用分层分布式体系、面向对象的建模技术，使得数据对象的自描述成为可能互操作和系统无缝集成实现由传统通信协议向“IEC 61850标准”转化升级为未来全面实现系统奠定技术基础。 调速器的对时