水电厂计算机监控系统设计PDF电子书下载

1水电厂计算机监控系统的任务及要求 1

1.1计算机监控系统的监控范围及任务 1

1.1.1监控范围 2

1.1.2系统任务 3

1.2计算机监控系统的设计原则及要求 4

1.2.1设计原则 4

1.2.2设计内容及要求 5

2水电厂计算机监控系统的功能设计 6

2.1数据采集 6

2.1.1数据采集范围及内容 6

2.1.2采集方式及周期 8

2.2数据处理 10

2.3数据库 11

2.3.1数据库存储的信息内容 12

2.3.2数据库的功能要求 12

2.3.3数据库的结构 14

2.3.4数据库在监控系统中的配置 18

2.4运行监视及设备不正常处理 19

2.4.1监视内容及监视方式 19

2.4.2设备不正常状况的通告 23

2.5控制和调节 25

2.5.1控制和调节功能的配置及要求 25

2.5.2机组及进水门（阀）的操作 30

2.5.3断路器的合/分控制 33

2.5.4开关站隔离开关或接地开关的合/分操作 34

2.5.5电厂公用设备及机组辅助设备的启/停操作 36

2.5.6机组有功/转速、无功/电压的给定值闭环调节 36

2.5.7自动发电控制（AGC） 40

2.5.8自动电压控制（AVC） 53

2.5.9机组低励控制 61

2.5.10频率及输电线功率异常的紧急控制 61

2.5.11控制或调节模式及其选择切换 62

2.6人机接口 64

2.6.1人机接口功能的设置 64

2.6.2人机接口方式 66

2.6.3画面显示功能要求 66

2.6.4人机接口的操作要求 68

2.6.5人机接口的操作授权 68

2.7记录和报表 69

2.7.1记录及报表的种类和内容 69

2.7.2记录的存储、查询和打印 70

2.8运行管理及指导 71

2.8.1运行管理 71

2.8.2运行指导 71

2.9系统自诊断及处理 71

2.10系统维护、软件开发及编辑 72

2.11培训仿真 72

2.11.1培训仿真功能 73

2.11.2对培训仿真系统的要求 73

2.12系统通信 73

2.12.1通信范围及一般要求 73

2.12.2与上级电力调度系统通信 74

2.12.3与梯级水电厂调度中心的通信 76

2.12.4与其他外部系统通信 77

2.12.5监控系统的内部通信 78

2.13模拟屏、大屏幕显示及时间同步 79

2.13.1模拟屏 79

2.13.2大屏幕显示 80

2.13.3时间同步 81

2.14监控系统安全防护 81

2.15监控系统功能在现地控制级和电厂控制级中的配置 82

3水电厂计算机监控系统结构 84

3.1总体结构 84

3.1.1设计原则 84

3.1.2系统层次及网络结构 84

3.2电厂控制级结构 88

3.2.1功能节点的设置 88

3.2.2工作站结构 90

3.3与厂外系统通信结构 93

3.3.1厂外通信对通道的要求 93

3.3.2系统安全对厂外通信结构的要求 94

3.3.3厂外通信结构方式及选择 101

3.4与厂内其他系统的通信结构 106

3.5与外围设备、模拟屏、大屏幕及远动装置的连接 107

3.5.1与外围设备的连接 107

3.5.2与模拟屏、大屏幕的连接 108

3.5.3与远动装置的连接 109

3.6现地控制单元结构 109

3.6.1现地控制单元结构一般设计原则 109

3.6.2 LCU的冗余结构 113

3.6.3 LCU与电厂设备的现场总线通信 114

3.6.4 LCU与电厂设备的串行通信接口 116

3.6.5现地控制单元的人机接口结构 118

3.6.6现地控制单元结构示例 118

3.7时间同步系统结构 120

3.7.1时间同步系统及时间信号的提供 120

3.7.2水电厂中其他系统或装置的时间同步要求及配置 120

3.7.3时间同步系统的结构 121

3.8系统结构示例 122

4计算机监控系统软件 124

4.1设计原则及开放系统软件环境 124

4.2电厂控制级计算机的操作系统及支持软件 125

4.2.1操作系统 125

4.2.2支持软件 126

4.3网络通信软件及开放系统互联参考模型 126

4.4以太网类型及标准 127

4.4.1以太网的类型 127

4.4.2以太网标准 129

4.5与电力系统调度中心的通信协议及相关协议 130

4.5.1远动设备及系统系列标准 130

4.5.2 IEC 60870-5-101及104标准 132

4.5.3 IEC 60870-6标准（TASE.2远动协议） 135

4.5.4 IEC 60870 - 5 - 103继电保护设备信息接口配套标准 135

4.5.5 DL 476电力系统实时数据通信应用层协议 136

4.5.6电力系统远动协议对应的OSI参考模型 137

4.5.7关于IEC 61850变电站通信网络和系统标准 138

4.6与梯级调度中心的通信协议 140

4.7监控系统网络管理软件 140

4.7.1网络管理的功能任务 140

4.7.2网络管理系统的结构 141

4.7.3网络管理协议 141

4.8现地总线通信协议 142

5计算机监控系统硬件 145

5.1设计原则 145

5.2电厂控制级计算机 145

5.2.1一般要求 145

5.2.2计算机的型式及性能参数 145

5.2.3电厂控制级计算机硬件参数及选择要求 146

5.3以太网交换机 150

5.3.1性能参数 150

5.3.2以太网交换机的选择 151

5.3.3关于工业级以太网交换机 152

5.4外部通信设备 152

5.4.1调制/解调器 152

5.4.2数据通信转换器 153

5.4.3数据通信收发器 154

5.4.4路由器 155

5.4.5外部通信装置及其接口 156

5.5外围设备 157

5.5.1打印机 157

5.5.2磁盘阵列 158

5.6模拟屏设备 159

5.6.1一般要求 159

5.6.2模拟显示元件 160

5.6.3模拟屏的驱动及模拟屏驱动器 160

5.6.4模拟屏的总体布置及安装 161

5.7大屏幕设备 161

5.7.1大屏幕显示屏 161

5.7.2大屏幕控制系统 164

5.7.3大屏幕屏布置及安装 165

5.8控制台 165

5.9现地控制单元设备及配置 166

5.9.1现地控制单元装置的类型 166

5.9.2 LCU的I/O模块及其性能参数 166

5.9.3 PLC在LC U的应用及性能参数 168

5.9.4微机电量综合测量装置、电能表及变送器 173

5.9.5现地控制单元的硬件配置 176

5.10卫星同步时钟 178

5.10.1同步时钟的时间同步信号输出方式 178

5.10.2时间同步信号的传输介质及传输距离 179

5.10.3卫星同步时钟的技术参数及选择 179

6对电厂设备就地监控系统、继电保护系统的要求 182

6.1一般要求 182

6.2对励磁系统的要求 184

6.2.1接口内容及方式 184

6.2.2接口要求 184

6.3对调速系统的要求 185

6.3.1接口内容及方式 185

6.3.2接口要求 185

6.4对继电保护系统及断路器控制接线的要求 187

6.4.1接口内容及方式 187

6.4.2接口及接线要求 187

6.4.3断路器控制接线示例 189

6.5对电气量测量系统的要求 189

6.5.1电气量测量一般要求 189

6.5.2电气量测量内容及接口方案 190

6.5.3测控装置 195

6.6对机组水力机械保护接线的要求 196

6.7对机组辅助设备就地控制系统的要求 199

6.8对电厂同期系统的要求及接线 200

6.8.1同期系统要求及与监控系统接口 200

6.8.2机组及开关站同期系统例 202

6.8.3微机自动准同期装置 204

6.9对厂用电及厂用公共设备的控制要求 206

6.9.1高压厂用电系统的接口 206

6.9.2与电厂其他公共设备的接口 207

7计算机监控系统的电磁兼容 209

7.1电磁兼容的一般概念及标准 209

7.1.1电磁兼容的一般概念 209

7.1.2电磁兼容有关标准 210

7.2环境的电磁骚扰度及限值 211

7.2.1环境及产生电磁骚扰的基本电磁现象 212

7.2.2电磁现象属性及环境的电磁骚扰度 212

7.2.3场所位置类别及骚扰度 219

7.2.4设备的电磁骚扰度限制 221

7.3设备的抗扰度试验要求 222

7.3.1一般要求及设备抗扰度评价 222

7.3.2静电放电抗扰度试验 224

7.3.3射频电磁场辐射抗扰度试验 224

7.3.4电快速瞬变脉冲群抗扰度试验 226

7.3.5浪涌（冲击）抗扰度试验 227

7.3.6射频场感应的传导骚扰抗扰度试验 229

7.3.7工频磁场抗扰度试验 230

7.3.8脉冲磁场抗扰度试验 232

7.3.9阻尼振荡磁场抗扰度试验 233

7.3.10交流电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验 234

7.3.11振荡波抗扰度试验 236

7.3.12 0～150kHz共模传导骚扰抗扰度试验 239

7.3.13直流电源输入端口纹波抗扰度试验 240

7.3.14三相电压不平衡抗扰度试验 241

7.3.15直流电源输入端口电压暂降、短时中断和电压变化的抗扰度试验 242

7.4工业环境中的设备抗扰度试验 243

7.4.1工业环境及抗扰度试验性能判据 243

7.4.2工业环境中设备的抗扰度试验要求 243

7.5发电厂和变电所的抗扰度 245

7.6电厂计算机监控系统的电磁兼容 247

7.6.1电厂计算机监控系统的电磁环境 247

7.6.2电厂计算机监控系统的抗扰度试验要求 248

7.7与电磁兼容相关的电厂设计 249

8计算机监控系统性能指标 250

8.1实时性 250

8.2可靠性 251

8.3可维修性 251

8.4可用性（可利用率） 251

8.5系统的安全性 252

8.5.1对操作安全性的基本要求 252

8.5.2对通信安全性的基本要求 252

8.5.3对硬件、软件和固件设计安全的基本要求 252

8.6可扩性 253

8.7可变性 253

9供电、接地及防雷 254

9.1供电 254

9.1.1厂控级供电 254

9.1.2不间断电源（UPS） 255

9.2接地 260

9.3防雷 261

9.3.1供电系统的防雷 261

9.3.2计算机监控系统设备的防雷 261

10电缆及光缆 262

10.1控制信号电缆的选择 262

10.1.1电缆芯的材质、截面、芯数选择及多芯电缆的应用 262

10.1.2屏蔽电缆和对绞电缆的选用及屏蔽接地 263

10.1.3电缆额定电压的选择 264

10.1.4电缆绝缘类型的选择 264

10.1.5电缆外护层类型的选择 265

10.1.6阻燃电缆、耐火电缆、防火电缆的选择 266

10.1.7控制信号电缆型号的命名 267

10.2电缆的敷设 268

10.3光缆的选择及敷设 269

10.3.1光纤的类型及其特征参数 269

10.3.2普通光缆及自承式光缆 270

10.3.3光缆的选择及敷设 273

10.4双绞线及同轴电缆 273

10.4.1双绞线 273

10.4.2同轴电缆 274

11设备布置及场地要求 275

11.1计算机监控系统设备的布置 275

11.2计算机监控系统设备的场地环境条件 276

11.2.1气候环境 276

11.2.2电磁环境 276

11.2.3振动和冲击 277

11.2.4地震 277

11.2.5噪声限制 277

11.3计算机机房 277

11.3.1机房位置选择 277

11.3.2机房使用面积、净高、荷重 277

11.3.3机房环境条件 278

11.3.4火灾报警及消防设施 278

11.3.5机房布线 278

11.3.6机房的建筑及装饰 278

11.3.7静电控制 278

11.3.8计算机机房内设备布置及安装 279

12梯级调度中心计算机监控系统 280

12.1梯级调度中心计算机系统的任务 280

12.2梯级调度中心计算机监控系统的功能 281

12.2.1数据采集 282

12.2.2数据处理及数据库 284

12.2.3运行监视及设备不正常处理 285

12.2.4控制及调节 285

12.2.5人机接口功能及其配置 293

12.2.6系统通信 294

12.2.7其他功能 295

12.3梯级调度中心计算机监控系统结构 295

12.3.1总体结构 295

12.3.2功能节点配置 295

12.3.3对外通信方式及结构 296

12.4梯级调度中心计算机监控系统结构示例 298

附录A监控系统顺序控制流程示例 300

附录B监控系统画面示例 303

附录C电厂计算机监控系统硬件配置示例 305

附录D几种总线的主要技术性能 314

附录E术语及缩略语 318

参考文献 346