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      金沙水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)改造及優(yōu)化

      2022-03-21 03:57:56郭湘瑜何田華雷戰(zhàn)江濤
      水利水電快報 2022年3期

      郭湘瑜 何田華 雷戰(zhàn) 江濤

      摘要:為了研究金沙水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計合理性、邏輯嚴(yán)謹(jǐn)性、設(shè)備穩(wěn)定性、安全可靠性,以及要滿足現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用等需求,采用了設(shè)備健康分析、歷史數(shù)據(jù)分析等方法,由點(diǎn)及面逐一排查設(shè)計及設(shè)備等各類缺陷;采用現(xiàn)場模擬試驗(yàn),結(jié)合實(shí)際論證分析了可編程邏輯控制器(PLC)及各控制回路控制邏輯。結(jié)果發(fā)現(xiàn):該監(jiān)控系統(tǒng)存在無微機(jī)五防保護(hù)功能、PLC控制邏輯及水機(jī)保護(hù)回路控制邏輯需優(yōu)化、現(xiàn)地控制單元LCU端子短接片使用不合理等問題,存在重大安全隱患,迫切需要進(jìn)行針對性改造。研究成果表明,對監(jiān)控系統(tǒng)完成改造后,設(shè)計不足之處將得以完善,安裝使用的不匹配設(shè)備附件得以更換,可消除顯性及隱性多重安全隱患,從而顯著提高監(jiān)控系統(tǒng)的多方面性能。

      關(guān)鍵詞:計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng); PLC; 水機(jī)保護(hù); 軟壓板; 金沙水電站

      中圖法分類號:TV736 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A DOI:10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.03.020

      文章編號:1006 - 0081(2022)03 - 0091 - 03

      0 引 言

      計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展推動了水電站自動化技術(shù)水平的不斷提高。如今的水電站計算機(jī)監(jiān)控自動化系統(tǒng)成為了一個集計算機(jī)、控制、通信、網(wǎng)絡(luò)、電力電子設(shè)備為一體的綜合自動化系統(tǒng),不僅可以完成對單個水電站的自動控制,還進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了梯級、流域、甚至跨流域水電站群的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和安全監(jiān)控[1]。

      金沙水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)(以下簡稱“監(jiān)控系統(tǒng)”)采用的是南京南瑞的NC2000系統(tǒng),為分層分布式雙星型冗余結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)分為廠站控制層和現(xiàn)地控制層LCU兩級[2],主要包括系統(tǒng)功能(實(shí)時數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)通信及冗余、歷史數(shù)據(jù)庫和生產(chǎn)管理、系統(tǒng)管理、組態(tài)工具、其他通信軟件、自診斷及自恢復(fù))、監(jiān)視功能(數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、人機(jī)界面)和控制功能(控制和調(diào)節(jié)、自動發(fā)電控制、自動電壓控制)等。 在金沙水電站設(shè)備投運(yùn)使用過程中,發(fā)現(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)還存在設(shè)計及設(shè)備缺陷,存在重大安全隱患。本文依據(jù)對新建電站“高自動化、高可靠性、高性能和高效益”要求[3-4],對監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了一系列技術(shù)改造及優(yōu)化[5]。

      1 存在的不足及安全隱患

      新投運(yùn)電站的監(jiān)控系統(tǒng),尚未經(jīng)過現(xiàn)場驗(yàn)證,在設(shè)計、安裝等方面不可避免存在一些不足,現(xiàn)就投運(yùn)時存在的不足分析如下。

      (1) 電站未配置微機(jī)五防閉鎖裝置功能,不能從功能上實(shí)現(xiàn)微機(jī)五防閉鎖,提高安全防護(hù)等級。

      (2) 停機(jī)過程中,上位機(jī)報“電氣制動故障”“電氣制動失敗,流程退出”,電氣制動流程始終無法正常運(yùn)行,檢查電氣制動設(shè)備均正常,分析判斷為監(jiān)控系統(tǒng)與勵磁系統(tǒng)配合時間差設(shè)置不足,導(dǎo)致電氣制動還未完成,監(jiān)控系統(tǒng)已報故障的現(xiàn)象。

      (3) 2020年12月12 日19:18,上位機(jī)報1號機(jī)組轉(zhuǎn)速大于115%(水機(jī)回路擴(kuò))動作、1號機(jī)組機(jī)械過速保護(hù)(水機(jī)保護(hù)擴(kuò))動作。頂蓋水位過高已淹沒水導(dǎo)油槽,機(jī)組主軸密封浮動環(huán)在工作密封投入命令下發(fā)后并未在正確工作位置,因機(jī)組空轉(zhuǎn)時所需流量小,未出現(xiàn)大量漏水現(xiàn)象;當(dāng)機(jī)組并網(wǎng)逐步帶負(fù)荷時,機(jī)組發(fā)電流量增加,漏水量陡增,3臺頂蓋排水泵啟動都未能抑制頂蓋水位上漲,水位持續(xù)上漲淹沒水導(dǎo)油槽上蓋板,水從水導(dǎo)油槽上蓋板和大軸之間間隙進(jìn)入水導(dǎo)油槽,導(dǎo)致水導(dǎo)油槽進(jìn)水,水導(dǎo)油槽液位過高引發(fā)報警動作,當(dāng)水位持續(xù)上漲達(dá)到機(jī)械過速電氣接點(diǎn)時接點(diǎn)短路,動作于事故停機(jī)。由于頂蓋液位過高未設(shè)計事故停機(jī)啟動源,導(dǎo)致事故擴(kuò)大,危及設(shè)備安全。

      (4) 2020年12月16日04:28,上位機(jī)報1號機(jī)組火災(zāi)報警(感溫或感煙)動作,1號機(jī)組電氣事故停機(jī)。現(xiàn)場檢查確認(rèn),風(fēng)洞內(nèi)感溫探頭2,4號動作,在滿負(fù)荷運(yùn)行時機(jī)組空冷器熱風(fēng)溫度達(dá)到60.8 ℃(未超過定值75 ℃),而火災(zāi)報警感溫探頭報警值60 ℃(固定值不可調(diào)),當(dāng)環(huán)境溫度大于60 ℃時,火災(zāi)報警啟動導(dǎo)致電氣事故停機(jī)。對事故停機(jī)邏輯逐一檢查發(fā)現(xiàn),上導(dǎo)/下導(dǎo)/推力/水導(dǎo)軸瓦溫度過高保護(hù)均為單點(diǎn)開出,任意溫度誤動均可導(dǎo)致停機(jī)。在實(shí)際運(yùn)行中,當(dāng)設(shè)備溫度升高時,整體會呈上升趨勢,因PT100測溫元件存在故障及誤動的可能性,采用單點(diǎn)開出極易由于元器件故障而導(dǎo)致事故停機(jī),存在安全隱患。

      (5) 2021年4月6日,1號主變中性點(diǎn)刀閘遠(yuǎn)程控制下會自動分閘,檢查為安裝配線人員對1號機(jī)組現(xiàn)地控制單元LCU1+PC2柜XDO使用的端子短接條(圖1)不適用于非連續(xù)端子短接,易導(dǎo)通間隔端子,導(dǎo)致多個端子異常導(dǎo)通,誤開出造成設(shè)備誤動,存在重大安全隱患。

      2 改造思路

      針對監(jiān)控系統(tǒng)投運(yùn)以來的不足之處,結(jié)合發(fā)生的一系列不安全事件,分析發(fā)現(xiàn)本次改造既要滿足監(jiān)控系統(tǒng)的安全可靠性,還要盡可能考慮不增加成本,提出以下改造思路。

      (1) 電站暫不增加微機(jī)五防閉鎖裝置,由監(jiān)控系統(tǒng)中增加五防閉鎖控制邏輯及軟保護(hù)等功能,提高安全防護(hù)等級。

      (2) 調(diào)整監(jiān)控系統(tǒng)與勵磁系統(tǒng)流程配合時間差,消除因時間差引起的誤報及流程退出。

      (3) 增加重要輔助設(shè)備的監(jiān)控報警等級及事故停機(jī)啟動源,及時做好應(yīng)急防護(hù)措施,防止事故擴(kuò)大。

      (4) 在使用過程中,自動化元器件會不可避免因設(shè)備老化、故障等造成可能性誤動,采用單點(diǎn)開出動作存在較大風(fēng)險。為了避免由于設(shè)備原因造成誤動,重要保護(hù)均應(yīng)采用多點(diǎn)判斷邏輯,滿足可靠性要求。

      (5) 對安裝使用不規(guī)范的設(shè)備附件,應(yīng)根據(jù)設(shè)備使用功能匹配類型,更換為對應(yīng)型號。

      3 改造措施

      為了解決監(jiān)控系統(tǒng)的不足,消除重大安全隱患,根據(jù)改造思路提出了以下改造措施。

      (1) 上位機(jī)監(jiān)視界面增加事故停機(jī)啟動源軟壓板投退界面(圖2);上位機(jī)進(jìn)行每項操作前需輸入對應(yīng)的指令;PLC程序中增加斷路器、隔離開關(guān)、接地刀閘等設(shè)備五防閉鎖控制邏輯,事故啟動源軟壓板閉鎖條件等。

      (2) 根據(jù)勵磁系統(tǒng)所需動作及反饋時間,在停機(jī)流程中對“勵磁變開關(guān)分位及電制動就緒”增加延時120 s,“無電氣制動失敗”增加延時120 s,“電氣制動退出命令”增加延時20 s,“電氣制動退出”增加延時20 s。

      (3) 將頂蓋液位一級報警增加二級報警:頂蓋液位高(1 447 mm)、頂蓋液位過高(1 597 mm);增加事故停機(jī)啟動源并多條件閉鎖開出:頂蓋液位高(1 447 mm)、頂蓋液位過高(1 597 mm)、模擬量頂蓋液位過高且軟壓板投入,延時1 s,動作于機(jī)械事故停機(jī)。

      (4) 將火災(zāi)報警單點(diǎn)開出事故停機(jī)源更改為兩點(diǎn),并多條件閉鎖開出:火災(zāi)報警“感溫及感煙”區(qū)域內(nèi)任意感溫1級(不小于60 ℃)、2級(不小于68 ℃)同時動、感煙動作(不大于瞬時8.5 mA)且水機(jī)保護(hù)壓板投入,延時1 s,動作于電氣事故停機(jī)。

      (5) 將上導(dǎo)/下導(dǎo)/水導(dǎo)軸瓦單點(diǎn)溫度過高開出事故停機(jī)源更改為兩點(diǎn)開出:各對應(yīng)導(dǎo)軸承軸瓦1溫度過高及軸瓦2溫度過高(水機(jī)保護(hù)重動繼電器接點(diǎn)串接)及水機(jī)保護(hù)壓板投入,動作于水機(jī)保護(hù)機(jī)械事故停機(jī)報警;軸瓦溫度過高,重動繼電器接點(diǎn)分別進(jìn)監(jiān)控PLC 的事件順序記錄(SOE),動作于機(jī)械事故停機(jī)并報警,有效防止元器件誤動單點(diǎn)開出導(dǎo)致事故停機(jī)。上導(dǎo)/下導(dǎo)軸承停機(jī)溫度75 ℃,水導(dǎo)軸承停機(jī)溫度70 ℃。

      (6) 將推力軸瓦單點(diǎn)溫度過高開出事故停機(jī)源變更為兩點(diǎn)開出:軸瓦1溫度過高及軸瓦2溫度過高(水機(jī)保護(hù)重動繼電器接點(diǎn)串接)及水機(jī)保護(hù)壓板投入,或推力軸瓦3溫度過高及軸瓦4溫度過高(水機(jī)保護(hù)重動繼電器接點(diǎn)串接)及水機(jī)保護(hù)壓板投入,動作于水機(jī)保護(hù)機(jī)械事故停機(jī)報警;各瓦溫度過高,重動繼電器接點(diǎn)分別進(jìn)監(jiān)控PLC的SOE;任意2點(diǎn)溫度過高,經(jīng)監(jiān)控PLC流程延時動作于機(jī)械事故停機(jī)并報警。推力停機(jī)溫度65 ℃。

      (7) 將定子鐵心、線圈單點(diǎn)溫度過高開出事故停機(jī)源變更為任意3點(diǎn)開出,監(jiān)控RTD模擬量溫度過高(140 ℃)且品質(zhì)好且軟壓板投入延時5 s 動作于機(jī)械事故停機(jī)。

      (8) 將監(jiān)控系統(tǒng)開出端子公共端連續(xù)短接條更換為端子非連續(xù)短接的跨接塊(圖3),防止端子短接條異常壓接導(dǎo)致設(shè)備誤動。

      4 效果分析

      監(jiān)控系統(tǒng)完成改造后,安全穩(wěn)定性大幅度提升,消除了各類不安全事件,對投入使用以來取得的效果分析如下。

      (1) 監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了單獨(dú)一套五防功能:防止誤分合斷路器、防止帶負(fù)荷分合隔離開關(guān)、防止帶電合接地開關(guān)、防止帶接地開關(guān)合閘、防止誤操作,避免了誤差操作對設(shè)備及人身安全帶來傷害;還可根據(jù)設(shè)備情況及使用需求選擇投退保護(hù)壓板,防止誤動。

      (2) 電氣制動修改更新流程后,電氣制動無報錯,可完整執(zhí)行流程直至停機(jī)態(tài)。

      (3) 對“頂蓋液位過高”報警升級后,可提前預(yù)警做好防護(hù)措施,有效防止頂蓋溢水情況發(fā)生,及時停機(jī),防止事故擴(kuò)大。

      (4) 將單點(diǎn)即可開出的事故停機(jī)啟動源增加為兩點(diǎn)及以上后,有效防止了單點(diǎn)溫度異常開出導(dǎo)致事故停機(jī),減少了由于設(shè)備誤動導(dǎo)致的非計劃停運(yùn)。

      (5) 將監(jiān)控系統(tǒng)開出端子公共端連續(xù)短接條更換為端子非連續(xù)短接的跨接塊后,消除了設(shè)備誤開出現(xiàn)象,防止了因誤開出帶來的設(shè)備及人身傷害。

      5 結(jié) 語

      計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是水電站的核心控制系統(tǒng),金沙水電站監(jiān)控系統(tǒng)投運(yùn)以來,出現(xiàn)了諸多缺陷,且許多指標(biāo)已不滿足現(xiàn)在電力系統(tǒng)的要求,改造刻不容緩。在監(jiān)控系統(tǒng)改造期間,不僅要考慮技術(shù)上的難點(diǎn)、重點(diǎn)、創(chuàng)新點(diǎn),還要全盤考慮4臺機(jī)組改造的順序、工期、安全、效率等問題,同時保證運(yùn)行機(jī)組及各系統(tǒng)的正常工作。技術(shù)改造完成并投運(yùn)后,設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、可靠,未出現(xiàn)因監(jiān)控系統(tǒng)產(chǎn)生的不安全事件,或因監(jiān)控系統(tǒng)故障引起的設(shè)備非計劃停運(yùn),無監(jiān)控系統(tǒng)誤開出等故障,消除了重大隱患,有效保障了電站的安全生產(chǎn),并提升了電站的經(jīng)濟(jì)效益水平。

      參考文獻(xiàn):

      [1] 于春澤,劉建國. 李家峽水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)升級改造方案與實(shí)施[J]. 青海電力,2006(2):69-72.

      [2] 曾洪濤.? 基于Community Intelligence的水電企業(yè)模型及應(yīng)用研究[D]. 武漢:華中科技大學(xué),2006.

      [3] 李嵐. 水電廠計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計[D]. 太原:太原理工大學(xué),2011.

      [4] 朱樂,徐麟. 水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造[J]. 水電自動化與大壩檢測,2012(12):25-27,60.

      [5] 康凱. 二灘水電站計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)問題分析與改造[D]. 北京:華北電力大學(xué),2017.

      (編輯:唐湘茜)

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