溪洛渡電站機組自動化控制系統優化

2015-07-28 08:38:54蔣卓宇李阿敏

水電站機電技術 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）

溪洛渡電站機組自動化控制系統優化

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對于保障機組的安全穩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的設計和運行情況，然后結合DEC機組頂蓋排水系統和水導外循環系統的運行情況，分析其運行中暴露的問題，并提出優化方案。

關鍵詞：水輪發電機組；自動化控制系統；頂蓋排水系統；水導外循環系統

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外循環控制系統的構成、設計及運行特點。然后針對頂蓋排水系統和水導外循環系統在投產初期運行中發現的問題，進行分析并提出優化方法。

2　DEC機組頂蓋排水和水導外循環控制系統介紹

2.1頂蓋排水系統

頂蓋排水系統由3臺潛水泵、1臺射流泵、2套液位測量元件和現地控制盤柜組成。

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，若水位繼續上升或廠用電消失的情況，還可以使用射流泵進行排水?，F地2套液位測量元件，1套送監控LCU，1套送現地控制盤柜PLC，每套液位測量元件又含有1個開關量和1個模擬量。在正常情況下，送監控的液位信號只起到監視作用，并不參與現地液位控制。只有當送現地控制柜PLC故障無法控制頂蓋液位時，才需要監控參與控制。

溪洛渡電站DEC機組頂蓋排水系統具有以下特點：①未設置空心導葉自流排水方式，頂蓋內的積水完全依靠潛水泵進行抽排水；②頂蓋排水系統未設計常規控制回路，由監控系統LCU實現后備冗余控制功能。

2.2水導外循環控制系統

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

為提高系統可靠性，水導外循環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致機械損壞的可能。

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

圖1水導外循環控制邏輯

3　DEC機組頂蓋排水和水導外循環控制系統優化

3.1頂蓋排水系統控制邏輯優化

頂蓋排水系統在投產初期暴露出一些問題，影響頂蓋排水系統的可靠性，主要有：

（1）監控系統LCU與現地PLC水位測量元件選用的優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的正常運行。

（2）監控LCU與現地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，會出現爭搶控制權現象，導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化。

（1）頂蓋水位測量信號優先選用模擬量信號（啟動單泵時）

當模擬量信號故障時，自動切換至開關量信號主用，此時不能影響頂蓋排水系統正常運行；模擬量信號故障消除后，該故障能自動復歸，并自動選擇模擬量信號主用。

（2）高水位啟動3臺泵邏輯優化

模擬量和開關量均可觸發多個頂蓋泵啟動，當模擬量達到啟動雙泵或3泵時，均啟動雙泵或3泵；當啟動單泵開關量和啟動雙泵的開關量均動作時，需啟動雙泵，當啟動單泵開關量、啟動雙泵和啟動3泵的開關量均動作時，需啟動3個頂蓋泵。

（3）現地與監控控制邏輯優化

當監控LCU或現地PLC檢測到頂蓋水位達到各自系統設定的啟泵液位時，均能發出啟泵令，并啟動相應頂蓋泵。

當水位模擬量上升至過高水位時或開關量啟動單泵、雙泵、3泵均動作時，監控LCU或現地PLC直接啟動3臺頂蓋泵，各臺泵之間的啟泵延時為5 s；水位模擬量或開關量上升至極高水位時，監控LCU或現地PLC啟動射流泵。

當監控LCU或現地PLC檢測到頂蓋水位達到各自系統設定的停泵液位時，均能發出停泵令，將頂蓋泵停止運行。

（4）頂蓋排水系統控制回路優化

除了對頂蓋排水系統控制邏輯優化外，還需要對相關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，當現地控制柜發啟動令啟泵時，監控LCU發停泵令無法停泵。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控LCU啟泵信號和現地控制柜PLC啟泵信號并聯，這樣可以實現監控與現地并行參與頂蓋泵的啟?？刂啤?/p>

圖2 改進后的1 號泵啟動回路

圖3改進后的1號泵監控LCU停止回路

3.2水導外循環控制系統優化

由于水導外循環控制系統不具備自動倒換泵功能，當機組長時間連續運行時，只能由運行人員在現場進行手動倒換。然而系統設計倒換過程會出現短時雙泵全停的情況，存在一定的操作風險。因此對控制程序進行優化，增加PLC程序自動倒換功能，提高操作可靠性。

當監控遠方發“水導外循環系統倒換”命令后，現地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，同時報送相關事件信息至監控系統。

水導外循環控制系統增加倒換功能，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水導外循環倒換邏輯

倒換判斷條件為“與”邏輯，主要包括監控倒換命令，系統在遠方模式，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2號泵啟動命令，待2號泵啟動成功后，再發停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”標志，并送PLC觸摸屏與監控系統，如圖5所示。