貫流式機組油輔控PLC雙冗余改造及控制邏輯優化

張福成

（陜西漢江投資開發有限公司蜀河水力發電廠　陜西省　安康市　725721）

貫流式機組油輔控PLC雙冗余改造及控制邏輯優化

張福成

（陜西漢江投資開發有限公司蜀河水力發電廠陜西省安康市725721）

蜀河水力發電廠為燈泡貫流式機型發電廠，由于水輪機組的油輔控系統設計選用的PLC單CPU系統，安全系數較低，存在設計缺陷。一旦PLC出現故障，將直接導致油輔控設備失去自動控制，進而引起機組油流中斷停機，調速系統失壓事故低油壓保護動作，漏油箱溢油等一系列事故。該廠在2015年的三號機組大修中，對三號機組油輔控PLC進行了雙冗余改造及控制邏輯優化。同時，經過試驗對油系統循環方式進行了改造。油輔控系統PLC由單CPU升級成雙機冗余系統后，油輔控系統的安全、可靠性極大提高，為整個機組的連續、穩定運行提供了可靠保障。

貫流式機組；油輔控；PLC雙冗余改造；控制邏輯優化；循環方式

1　概述

蜀河水電廠位于陜西省旬陽縣境內的漢江上游干流上，壩址在旬陽縣蜀河鎮上游約1km處，是漢江上游梯級開發規劃的第六個梯級水電站。電站設計安裝6臺45MW的燈泡貫流式水輪機組，其中三、四號機組為哈爾濱電機廠機組，其他機組為東方電機廠機組，總裝機容量為270MW，2010年10月全部機組投產。

2　油輔控PLC及所控制重要設備簡介（見表1）

蜀河水電廠三號機組現油輔控PLC控制系統安裝在主廠房189m層相應機組段，由原生產廠商江蘇金智提供安裝。PLC控制器采用VersaMax CPU為IC200CPUE05，PLC采用單CPU系統。PLC采集高位油箱、低位油箱、漏油箱、回油箱的油位信號，壓油罐的壓力信號及其他開關量、模擬量信號，主要控制兩臺壓油泵，兩臺高壓頂軸油泵，兩臺循環油泵，1臺漏油泵及其他部分輔助設備的運行，滿足機組調速器所需的壓力恒定，油系統油位、油流穩定及機組啟停時高頂油泵正常投入。目前共有DI點128點，DO點64點，AI點8點。

三號機油輔控系統包括機組油系統集中控制部分、機組調速系統油壓裝置的控制、調速器漏油泵及機組高壓油頂起油泵控制、機組低位油箱循環油泵控制等4個部分組成。

油輔控集中控制屏包含油壓裝置集中控制回路、機組軸承高壓油頂起油泵與機組漏油泵的控制回路以及機組油系統循環油泵的控制回路，輔助設備的運行狀態信息由集中控制屏與機組LCU進行通信。

3　改造前設備運行狀況及改造意義

對燈泡貫流式水輪機組而言，油輔控系統是機組的一個非常重要的輔控系統，直接關系到整個機組的正常穩定運行，是機組安全的重要保障。如果油系統出現問題，輕則導致機組停機，重則導致機組出現致命性損傷，嚴重威脅機組安全運行。自機組投運以來，由于我廠三號機組水輪機組的油輔控系統設計選用的PLC單CPU系統，安全系數較低，存在設計缺陷。運行中多次出現PLC故障停運，導致壓油泵，循環油泵，高壓頂軸油泵，漏油泵失去自動控制，進而引起機組油流中斷事故停機，壓油泵故障停運，漏油箱溢油等一系列事故，嚴重威脅機組安全運行，況且油輔控單CPU配置，也不符合中國大唐集團公司《防止電力生產重大事故的25項重點要求實施導則》（QCDT109 004-2005）L.1.1.2條“主要控制器應冗余配置，重要I/O點應考慮采用非同一板件的冗余配置”的規定。

表1　油輔控改造前PLC型號及重要控制設備參數

隨著PLC技術的發展，雙CPU冗余技術在PLC控制中得到大量應用，這一問題將得到解決。雙CPU冗余技術是指在一個PLC系統中有兩個CPU同時運行，一個為主，一個備用。系統隨時檢測CPU的工作狀態，一旦主CPU異常，系統立即將控制權自動切換到備用的CPU，保證PLC系統的正常運行，同時發出警告，提醒維修人員對出現的問題進行處理。由此，油輔控系統PLC由CPU升級成雙機冗余系統后，油輔控系統的可靠性將極大提高，進而為整個機組的運行提供可靠保障。同時，由于油輔控PLC在運行中多次出現不明原因的死機，引起兩臺循環油泵同時啟動等異常現象，必須對控制邏輯進行優化，為了增加循環油系統的穩定性，決定結合機組大修完成循環油系統油循環方式的改造試驗，油輔控控制邏輯也必須加以改變。

4　改造的方案及實施過程

4.1硬件設備的安裝更換

經過多方分析調研，制定出以下改造方案：將舊的GE品牌PLC機架拆除，安裝上新的施耐德昆騰67160雙機冗余系統與X80遠程IO分站，冗余機架通過以太網與分站IO機架通訊。新PLC系統采用DC24V供電。觸摸屏沿用舊的昆侖通態產品，與PLC通過以太網通訊。使用Unity編程軟件編寫新的控制邏輯。具體實施技術及要求如下：

（1）拆除掉原來的整套PLC控制模塊，改為全新的施耐德昆騰67160PLC雙機冗余系統，增加一個RTD模塊，原來PLC開入、開出模塊也更換掉，控制柜外回路及控制邏輯不變。要求用戶內存容量留有一定的裕度，并配備內部電池。

（2）PLC控制系統與計算機監控系統相應LCU之間的通訊采用直接I/O通信方式。

（3）各可編程控制器系統裝置電源采用交直流供電方式，以實現不間斷供電。電源設備工作可靠并具有狀態和故障指示及過載保護能力。

（4）各可編程控制器系統的I/O接口具有光電隔離和抗干擾措施，輸入形式為繼電器獨立無源接點。出口繼電器的接點應能驅動現地的電氣設備。

（5）各可編程控制器系統中各設備的運行狀態及故障信號都有對外空接點信號輸出，每個信號的輸出獨立常開接點不少于二對。

（6）供系統用的變送器，其電源由本控制系統解決。

（7）繼電器

用于邏輯控制、信號擴展以及信號輸出的繼電器ABB公司生產的中間繼電器，繼電器的接點數量應滿足控制和信號回路的要求。

（8）元件電氣輸出量

開關量觸點應適應于控制電路，并不得低于其額定電流和電壓值。為用戶提供的接點應為在電氣上獨立且不接地的無源接點。

表2　改造后PLC清單

4.2控制邏輯的實現

4.2.1油系統大循環實驗

蜀河水電廠三號機組由哈爾濱電機設備有限公司生產，改造前潤滑油系統循環方式是：潤滑油由低位油箱經過循環油泵輸出后通過濾油器、油冷卻器、M1電動閥、供油母管，至軸承冷卻潤滑后回到低位油箱。此循環方式簡稱為小循環方式。

循環油系統大循環方式為：潤滑油由低位油箱經過循環油泵輸出后通過濾油器、油冷卻器、M2電動閥、高位油箱，經M3電動閥至供油母管上的各只管道閥門進行油流分配，進入各軸承冷卻潤滑后回到低位油箱，簡稱為大循環方式。大循環方式循環油路通過高位油箱采用重力供油方式進行機組正常運行的冷卻潤滑。

循環油的循環方式直接決定了循環油泵及其附屬設備的控制邏輯。2014年11月3日及2015年4月中旬，經過多次實驗，完成了循環油泵大循環改造后的靜態及動態自動實驗，循環油泵及油系統運行良好。

4.2.2油輔控PLC控制邏輯的確定

系統改造后壓油泵、漏油泵、補氣閥、高頂油泵、電加熱等設備控制邏輯進行優化，基本邏輯不變。對循環油泵控制邏輯如下：

循環油泵控制邏輯：

（1）循環油系統維持現在的小循環運行方式時（備用方式）控制方式及控制邏輯不變。

（2）循環油系統改為大循環運行方式時（改造后實際運行方式）設計控制邏輯如圖1。

圖1　

5　結束語

2015年5月11日，三號機完成油輔控PLC雙冗余改造及控制邏輯優化后經過調試后正式投運，三號機循環油系統以大循環方式投入運行，隨著機組開機令，循環油系統一次投運成功，運行效果良好，為三號機機組大修后的整體正常投運奠定了良好的基礎。

蜀河電廠三號機組油輔控PLC雙冗余改造、控制邏輯優化，以及潤滑油大循環改造的圓滿成功，極大地減少了PLC運行中的故障幾率，提高了輔控設備的運行可靠性，潤滑油大循環方式降低了循環油泵切換瞬間或者循環油泵短時間故障時造成油流中斷而事故停機的風險，據初步計算，在循環油泵自動運行時因故造成兩臺循環油泵同時故障時，高位油箱的油可以提供近5min的時間才達到“事故低油位”，這就為運行人員事故處理提供了時間，如果條件許可，處理及時，可以有效的避免機組非停，也可以有效地防止斷油燒瓦的惡性事故。運行實踐，三號機組油輔控PLC雙冗余改造、控制邏輯優化，對機組的安全、穩定運行具有極其重大的意義。

TG233.1

A

1673-0038（2015）39-0249-03

2015-9-12

張福成（1966-），工程師，設備部電氣專業管理人員。