石板水電站通風系統技術改造

彭小成

(重慶涪陵水資源公司石板水電廠，重慶市 408224)

重慶涪陵石板水電站建于20世紀90年代中期，電站通風系統主要由主廠房通風空調系統和副廠房通風空調系統組成，系統通風設施主要由中央空調機組及分散在各部位的風機設備以及各送風道、回風道等設施組成。隨著監控系統、傳感器技術的發展，特別是“無人值班，少人值守”運行方式的大規模普及，石板水電站于2005年完成了對發電監控系統的改造。為了實現通風系統集中、機動、高效的控制，并與消防系統聯動，在原有監控系統的基礎上，石板水電站進行了通風空調系統的改造，取得了了良好的效果。

1 通風系統改造

1.1 改造范圍

該電站的通風系統比較分散，運行方式為現地手動運行，控制方式亦比較落后，設備維護量大，運行人員平時在中央控制室工作，不能及時了解廠房通風運行環境和設備運行狀況，無法實時調整通風系統的運行方式，從而導致系統長時間運行或不能及時投運，設備運行成本過高，增大了運行人員的勞動強度。鑒于電站有蓄電池、油庫、多層電纜橋架等易燃易爆物質，且因通風道是消防事故的擴散地，因此，通風系統和消防系統必須實行聯防。

針對石板水電站通風系統組成結構比較分散的情況和存在的主要問題，同時考慮經濟節能效果，決定對電站采用計算機監控系統并對電站常規控制進行改造，主要改造項目有以下幾項:

(1)利用計算機監控系統實現對通風空調系統的遠方自動控制和監視;

(2)對每個通風設備的控制回路進行標準改造，以滿足監控的需要;

(3)更換溫濕傳感器;

(4)與消防監控系統聯動。

1.2 技術改造

(1)控制系統改造。

根據改造要求，設置了三級控制方式:一級是上位機，二級是通風LCU 柜，三級是現地控制。通過這三種方式的選擇，對通風與空調系統可采取分散和集中控制的靈活方式，在現地設置控制箱，在發電機層公用LCU 柜附近設置通風LCU柜。通風LCU 柜對控制箱所有通風設備進行數據采集和控制，并作為公用LCU 柜分支進入南自計算機監控系統在上位機進行遠程控制(從公用LCU 柜上的交換機進入)，其主要功能是數據采集、自動控制和監視、設備保護與自診斷、通訊等，整個網絡架構如圖1所示。

這種接入方式不改變廠房發電監控系統的設備和運行模式，利用通風LCU 柜的PLC 以太網接口與公用LCU 柜內的交換機對接，接口符合IEEE802.3標準，數據傳輸速率為每秒10/100 M，從而實現了與上位機的快速通訊，并且可以利用公用LCU 的軟件配置對通風LCU 柜PLC 進行控制和模擬量的處理，控制所有通風I/O 設備，節省了通風LCU 柜工控機的投資。

根據幾年來的運行經驗，且因石板水電站地處渝東，海拔250 m，冬季溫度一般在0℃以上，不影響發電設備的運行，因而取消了中央空調制熱功能，在中央空調系統中加入了遠程控制和信號接點。通過對通風PLC 進行編程，由原來的一步一步的手動操作改變成為現在的在上位機的自動流程操作，運行人員只需對系統運行方式進行選擇，即可監視設備的運行狀況。

圖1 網絡架構示意圖

原風機控制回路由于初設的原因，選擇的生產廠家不同、各控制回路不同、操作分散。為了達到對其集中控制的目的，改成了統一標準的回路，在現地設置了控制箱，可以在現場和監控系統上位機控制，也便于維護。該控制回路如圖2所示。

圖2 控制回路示意圖

該回路中的SA1現地啟動按鈕、SB1現地停止按鈕、RJ 過熱保護器、1KM 電機交流接觸器、QF 小型交流開關均安裝在現地控制箱中，主要用于當上位機操作失效時在現地控制和維護。現地控制箱根據風機的數量進行箱內二次線的安裝，將一處場所的風機集中在一個控制箱內，取消了原來多個風機控制箱，對其他風機控制回路相應進行編號，只是回路編號和控制的風機不同。運行人員通過在遠程上位機發出啟動和停止風機的命令對1 KA、2 KA 繼電器進行控制。1 KA 常開接點啟動風機，2 KA 常閉接點停止風機，以達到啟停風機的目的。另外，1KM、RJ 的狀態通過擴展接點反饋到PLC。整個回路接線簡單、安全，監控系統和控制回路均采用了無源接點，實現了監控系統與風機控制回路的隔離，避免了強電對弱電信號的干擾，提高了系統控制操作的穩定性和安全性。

(2)傳感器改造。

為了實現遠程監視和控制，采用對傳感器上傳的模擬信號進行分析與判斷來啟停相應部位的通風設備，滿足了廠房設備運行的溫濕環境。由于原來的傳感器不具備上傳功能，因而更換了原來中央空調的溫度傳感器，并在發電機層、水輪機層、透平油庫、蓄電池室、電纜廊道、空壓機室以及空調送風、回風處等比較重要的地方安裝了溫度傳感器;水輪機層和蝶閥層因長時間溫度較低且潮濕而安裝了溫濕度傳感器，傳感器型號為:SBW系列，溫度測量范圍為-10℃～60℃，濕度范圍為0～100%，接線方式為二線制，這樣實施既可以提供由PLC 過來的24 V 電壓，為傳感器提供電源，也可以傳輸4～20 mA 電流到通風控制柜模擬量模塊。

(3)消防聯動。

由于原設計的消防系統中沒有考慮防火閥、排煙閥與風機的聯動，因而通風系統控制需要實現與消防聯動，其控制方式系由火災自動報警系統發出信號啟動通風LCU 監控系統進行自動控制。改造的地方主要有兩個:其中一個是油庫，加裝了一臺排煙風機，當風機在低速運行時作通風排風機使用，以增加水輪機層、蝶閥層的排風效果，降低其環境溫濕度;為防止火災蔓延，在油庫及油處理室進出風口處均設置了防火閥。當氣流溫度超過70℃時，防火閥自動關閉，同時防火閥與風機聯鎖;當任一防火閥關閉時，同時防火閥遠傳信號至通風監控系統，停轉排風機，啟動排煙機。當溫度達到280℃時排煙閥關閉，聯鎖排煙風機關閉，同時補風機也要關閉;發生火災時，可通過遠程監控控制設備啟停，保障廠房安全;另一個是副廠房電纜夾層，原設計亦沒有排煙通道，因而在主廠房與副廠房之間的電纜豎井增設了一個具有排煙和排風的洞口，平時主要用作通風，事故時用作排煙。

(4)通風系統PLC 程序。

通過對以上外部設備進行改造，通風PLC 具備了編程條件。PLC 采用GE 公司的GE-Fanuc VersaMax。硬件系統由以下幾個部分組成:CPU模塊、電源模塊、I/O 模塊、模擬量模塊、開出繼電器及外部組件等。根據電站通風系統的運行規律，PLC 程序主要包括中央空調啟停程序、風機啟停程序、風機與消防的聯動程序。

①中央空調啟停程序包括空調送風機、冷卻循環水泵、空調壓縮機的啟停。當環境溫度不太高時，根據三級控制方式，啟動空調送風機，使廠房的空氣循環流動，達到散熱的效果;當環境溫度較高時，啟動空調壓縮機進行制冷，冷卻循環水泵的作用是對空調系統設備進行冷卻，防止空調發熱影響制冷效果。需要注意的是:空調系統啟動的電機較多，在控制流程中應留足電機之間啟動的間隔時間，防止電機同時啟動對供電系統造成的沖擊而導致啟動失敗。如果環境溫度滿足要求，上位機點擊停止按鈕，空調系統停止運行。

②風機啟停程序只有手動啟停操作方式，運行人員根據上位機顯示出來的各點溫濕度值，按照設備運行環境溫度的規定點擊需要啟停的風機即可。這樣的運行方式靈活，達到了節能增效的效果。

③風機與消防的聯動程序為自動控制。當火災報警發生時，通過防火閥和排煙閥的信號接點啟動程序停止送風機或啟動排煙機。

2 改造后系統的特點

(1)由于利用了監控系統以太環網，通風系統具有了強大的通信功能。系統配置靈活，通風PLC 和組態軟件可根據現場設備需要進行擴展，能進行二次開發，無需增加額外的投資，簡單易行，具有極強的靈活性。

(2)改造后的控制系統簡單，解決了以往存在的安全問題，維護方便，檢修工作量小。運行人員可根據畫面信息進行集中監視和控制而不用到現場投退通風設備，從而減少了運行值班人員的工作強度，基本實現了“無人值班，少人值守”。

(3)通過對通風系統進行的優化和控制系統的改造，風機和空調系統根據環境情況進行有選擇性的運行，充分利用了自然風，節能效果明顯，經濟效益好。

3 結語

實際運行情況表明，對通風控制系統進行的技術改造達到了預期的目的，實現了遠程集中監控和消防聯動，設備可靠性提高，保證了廠房通風安全，降低了運行人員的勞動強度，節能效果明顯。

［1］陳啟卷.水電廠計算機監控系統［M］.北京:中國水利電力出版社，2010.