溪洛渡電站機組自動化控制系統(tǒng)優(yōu)化

2015-07-28 08:38:54蔣卓宇李阿敏

水電站機電技術(shù) 2015年7期

吳　瀟，蔣卓宇，李阿敏

（中國長江電力股份有限公司，云南永善 657300）

吳瀟，蔣卓宇，李阿敏

（中國長江電力股份有限公司，云南永善 657300）

摘要：機組自動化控制系統(tǒng)對于保障機組的安全穩(wěn)定運行具有極其重要的意義。本文首先介紹溪洛渡電站機組自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計和運行情況，然后結(jié)合DEC機組頂蓋排水系統(tǒng)和水導(dǎo)外循環(huán)系統(tǒng)的運行情況，分析其運行中暴露的問題，并提出優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機組；自動化控制系統(tǒng)；頂蓋排水系統(tǒng)；水導(dǎo)外循環(huán)系統(tǒng)

1　概述

溪洛渡電站位于四川省雷波縣和云南省永善縣境內(nèi)金沙江上，左、右岸地下廠房各裝9臺單機容量為770MW的水輪發(fā)電機組，其中，左岸6臺哈電機組，3臺福伊特機組，右岸9臺為東電機組。

本文以溪洛渡電站DEC機組為例，首先介紹頂蓋排水和水導(dǎo)外循環(huán)控制系統(tǒng)的構(gòu)成、設(shè)計及運行特點。然后針對頂蓋排水系統(tǒng)和水導(dǎo)外循環(huán)系統(tǒng)在投產(chǎn)初期運行中發(fā)現(xiàn)的問題，進行分析并提出優(yōu)化方法。

2　DEC機組頂蓋排水和水導(dǎo)外循環(huán)控制系統(tǒng)介紹

2.1頂蓋排水系統(tǒng)

頂蓋排水系統(tǒng)由3臺潛水泵、1臺射流泵、2套液位測量元件和現(xiàn)地控制盤柜組成。

正常情況下，3臺潛水泵輪流啟動排水，若水位上升過快，則啟動雙泵甚至3泵加快排水速度，若水位繼續(xù)上升或廠用電消失的情況，還可以使用射流泵進行排水?，F(xiàn)地2套液位測量元件，1套送監(jiān)控LCU，1套送現(xiàn)地控制盤柜PLC，每套液位測量元件又含有1個開關(guān)量和1個模擬量。在正常情況下，送監(jiān)控的液位信號只起到監(jiān)視作用，并不參與現(xiàn)地液位控制。只有當(dāng)送現(xiàn)地控制柜PLC故障無法控制頂蓋液位時，才需要監(jiān)控參與控制。

溪洛渡電站DEC機組頂蓋排水系統(tǒng)具有以下特點：①未設(shè)置空心導(dǎo)葉自流排水方式，頂蓋內(nèi)的積水完全依靠潛水泵進行抽排水；②頂蓋排水系統(tǒng)未設(shè)計常規(guī)控制回路，由監(jiān)控系統(tǒng)LCU實現(xiàn)后備冗余控制功能。

2.2水導(dǎo)外循環(huán)控制系統(tǒng)

溪洛渡電站DEC機組水導(dǎo)外循環(huán)控制系統(tǒng)主要由2臺離心泵（1臺工作1臺備用）、管路、冷卻器、電動機和控制系統(tǒng)等部分組成。工作時，離心泵將水導(dǎo)油槽內(nèi)的熱油抽出至冷卻器冷卻后再注入水導(dǎo)油槽。

為提高系統(tǒng)可靠性，水導(dǎo)外循環(huán)泵在機組運行期間長期維持主泵運行，因此在機組長時間連續(xù)運行時，主泵的使用壽命會降低，同時會造成備泵長期不啟動導(dǎo)致機械損壞的可能。

溪洛渡電站DEC機組水導(dǎo)外循環(huán)系統(tǒng)啟動主泵后，通過出口壓力開關(guān)量判斷水導(dǎo)外循環(huán)是否正常。如果此時壓力開關(guān)未動作，則啟動備用泵。具體控制流程如圖1所示。

圖1水導(dǎo)外循環(huán)控制邏輯

3　DEC機組頂蓋排水和水導(dǎo)外循環(huán)控制系統(tǒng)優(yōu)化

3.1頂蓋排水系統(tǒng)控制邏輯優(yōu)化

頂蓋排水系統(tǒng)在投產(chǎn)初期暴露出一些問題，影響頂蓋排水系統(tǒng)的可靠性，主要有：

（1）監(jiān)控系統(tǒng)LCU與現(xiàn)地PLC水位測量元件選用的優(yōu)先級及故障判斷方式不完善，在水位模擬量信號故障時，會影響頂蓋排水系統(tǒng)的正常運行。

（2）監(jiān)控LCU與現(xiàn)地PLC在水位采集及水位整定值的差異以及啟泵順序存在不同等，會出現(xiàn)爭搶控制權(quán)現(xiàn)象，導(dǎo)致頂蓋泵啟停紊亂等問題。

為了滿足東電機組頂蓋排水系統(tǒng)安全、可靠的運行，需要對其主備控制方式、水位測量信號選用原則以及故障判斷等方面的邏輯進行優(yōu)化。

（1）頂蓋水位測量信號優(yōu)先選用模擬量信號（啟動單泵時）

當(dāng)模擬量信號故障時，自動切換至開關(guān)量信號主用，此時不能影響頂蓋排水系統(tǒng)正常運行；模擬量信號故障消除后，該故障能自動復(fù)歸，并自動選擇模擬量信號主用。

（2）高水位啟動3臺泵邏輯優(yōu)化

模擬量和開關(guān)量均可觸發(fā)多個頂蓋泵啟動，當(dāng)模擬量達(dá)到啟動雙泵或3泵時，均啟動雙泵或3泵；當(dāng)啟動單泵開關(guān)量和啟動雙泵的開關(guān)量均動作時，需啟動雙泵，當(dāng)啟動單泵開關(guān)量、啟動雙泵和啟動3泵的開關(guān)量均動作時，需啟動3個頂蓋泵。

（3）現(xiàn)地與監(jiān)控控制邏輯優(yōu)化

當(dāng)監(jiān)控LCU或現(xiàn)地PLC檢測到頂蓋水位達(dá)到各自系統(tǒng)設(shè)定的啟泵液位時，均能發(fā)出啟泵令，并啟動相應(yīng)頂蓋泵。

當(dāng)水位模擬量上升至過高水位時或開關(guān)量啟動單泵、雙泵、3泵均動作時，監(jiān)控LCU或現(xiàn)地PLC直接啟動3臺頂蓋泵，各臺泵之間的啟泵延時為5 s；水位模擬量或開關(guān)量上升至極高水位時，監(jiān)控LCU或現(xiàn)地PLC啟動射流泵。

當(dāng)監(jiān)控LCU或現(xiàn)地PLC檢測到頂蓋水位達(dá)到各自系統(tǒng)設(shè)定的停泵液位時，均能發(fā)出停泵令，將頂蓋泵停止運行。

（4）頂蓋排水系統(tǒng)控制回路優(yōu)化

除了對頂蓋排水系統(tǒng)控制邏輯優(yōu)化外，還需要對相關(guān)的頂蓋泵控制回路進行改進。以1號泵為例，主要改進1號泵的啟動控制回路和監(jiān)控LCU停止控制回路，如圖2和圖3所示。

改造前的控制回路，當(dāng)現(xiàn)地控制柜發(fā)啟動令啟泵時，監(jiān)控LCU發(fā)停泵令無法停泵。從圖2和圖3可以看出，改造后1號泵啟動令和停泵令由監(jiān)控LCU啟泵信號和現(xiàn)地控制柜PLC啟泵信號并聯(lián)，這樣可以實現(xiàn)監(jiān)控與現(xiàn)地并行參與頂蓋泵的啟?？刂?。

圖2 改進后的1 號泵啟動回路

圖3改進后的1號泵監(jiān)控LCU停止回路

3.2水導(dǎo)外循環(huán)控制系統(tǒng)優(yōu)化

由于水導(dǎo)外循環(huán)控制系統(tǒng)不具備自動倒換泵功能，當(dāng)機組長時間連續(xù)運行時，只能由運行人員在現(xiàn)場進行手動倒換。然而系統(tǒng)設(shè)計倒換過程會出現(xiàn)短時雙泵全停的情況，存在一定的操作風(fēng)險。因此對控制程序進行優(yōu)化，增加PLC程序自動倒換功能，提高操作可靠性。

當(dāng)監(jiān)控遠(yuǎn)方發(fā)“水導(dǎo)外循環(huán)系統(tǒng)倒換”命令后，現(xiàn)地PLC接到命令以“先啟備泵后停主泵”的邏輯順序自動完成油泵倒換，同時報送相關(guān)事件信息至監(jiān)控系統(tǒng)。

水導(dǎo)外循環(huán)控制系統(tǒng)增加倒換功能，控制邏輯如下（以1號泵為主泵運行為例）：

（1）倒換判斷條件

圖4水導(dǎo)外循環(huán)倒換邏輯

倒換判斷條件為“與”邏輯，主要包括監(jiān)控倒換命令，系統(tǒng)在遠(yuǎn)方模式，PLC運行正常，1號泵在自動，1號泵電源正常，1號泵出口壓力開關(guān)閉合，1號泵運行，1號泵沒有過載，2號泵未運行，2號泵電源正常，2號泵未過載以及2號泵在自動。

（2）啟動倒換流程

倒換條件滿足后啟動倒換流程：先發(fā)2號泵啟動命令，待2號泵啟動成功后，再發(fā)停1號泵命令，其中2號泵啟動成功判斷條件為“與”邏輯，主要包括2號泵運行，2號泵電源正常，2號泵未過載、2號泵在自動及2號泵出口壓力開關(guān)閉合。2號泵啟動成功且1號泵停止，則判1號泵倒換至2號泵成功，置“倒換成功”標(biāo)志，并送PLC觸摸屏與監(jiān)控系統(tǒng)，如圖5所示。