調速器導葉開度同步監視系統在泰山抽水蓄能電站的應用

2016-09-09 09:35:30王洪博

水電站機電技術 2016年8期

王洪博，陳　鑫

王洪博，陳鑫

（山東泰山抽水蓄能電站有限責任公司，山東泰安 271000）

介紹泰山抽水蓄能電站調速器導葉開度同步監視系統的設計背景及詳細的構造，為其他單導葉結構的調速器系統在導葉同步監視設計和改造中提供借鑒。

單導葉；同步監視

1　概述

泰山抽水蓄能電站設計為4×250MW可逆式抽水發電蓄能機組，其中調速器控制系統采用德國VIPA公司生產的CPU，完成調速器22個導葉的同步調整和控制，以及機組各種運行工況的轉換和與CSCS系統的數據通訊與控制，基本滿足機組必要的運行、控制和保護功能。由于調速器為單導葉控制，共計有22個電液轉換器、22個活動導葉和22個開度傳感器。較之控制環結構，單導葉控制設計優點是：

1）空間更大，便于水輪機頂蓋和水導軸承安裝和檢修工作；

2）可單獨操作任何一個導葉，且每個導葉的開度可實現精確控制；

3）振動更小，效率約多出0.5%；

4）取消剪斷銷，節約了成本；

5）因接力器的抑制功能，無須制動器。

根據調速器控制系統設計，當任何1個導葉開度值與22個導葉平均值偏差大于3%且延時5s后，調速器發出導葉不同步報警并動作于機組跳機。所以，調速器對自動化元件的可靠程度和油質的要求更高。

2　背景

由于電站監控系統只采集導葉開度的平均值，未分別采集這22個導葉的開度值，對于機組極其重要的機械設備即調速器執行機構導葉的開度數據，缺少應有的存儲和在線監視手段，對導葉的同步性控制和保護沒有預判斷和報警功能，不能有效地加強對調速器導葉運行狀況的監視和應急處理，增加了系統的故障率，影響了機組的可利用率和運行效率。為此，我們新增了一套數據采集及處理系統，對每臺機組22個導葉的開度數據進行數據存儲和歷史存儲，并對導葉的同步性控制進行分析和報警處理。

3　系統的結構組成

3.1硬件組成

該項目的硬件主要由數據采集模塊、通訊模塊、網絡轉換模塊以及數據存儲與處理服務器構成。

在泰山抽水蓄能電站1號～4號機組105m層單導葉控制柜內，每臺機組運用3個數據采集模塊備用1個數據采集模塊（共計16個數據采集模塊），將22個導葉開度實時數據從單導葉控制卡件中采集出來，采集的數據類型為0～10VDC，對應導葉的全關到全開狀態。每塊數據采集模塊的輸入模擬量共8個點，共計24個點，其中使用22個點，備用2個點，滿足備用點的工程設計要求（設計點的10%）。

在105m層安裝一個導葉開度監視柜，安裝4個數據通訊模塊、一個網絡交換模塊、一臺工控機和一個液晶顯示器。每臺機組運用一個數據通訊模塊（共計4個數據通訊模塊），將3個數據采集模塊的數據輸出口并聯起來，目的在于將數據采集模塊的RS485通訊信息轉化成TCP/IP網絡信息，將表示導葉開度的電壓信號轉換成數字信號，最終將采集到的模擬量數據存儲到數據庫。

圖1　線路連接拓撲圖

3.2硬件配置

研華ADAM4117是一個16位，8通道模擬量輸入模塊，各個通道輸入范圍都是可編程的。它可以接受毫伏級輸入（±150mV，±500mV)，電壓輸入（±1V，±5V和±10V）和電流輸入（±20mA,需要125Ω電阻）。模塊以工程單位（mV，V或mA）向主機提供數據。這個模塊是應用在工業測量和監控應用中的極具競爭力的解決方案。電壓或電流的選擇可通過跳線來實現。采集模塊上共有10對接線柱，1對接直流電源，標有+VS接線柱接電源正極，標有+GND接線柱接電源負極，需要的直流電源電壓在10～30V之間，功率為1.2W，標有DATA+和DATA-的1對需要接入RS485網，其余的8對根據連接標志的正負順序連接到電流或電壓信號，模塊側面有一個初始化開關，需要用軟件將其初始化時，可以將其扳到INIT+側，正常采集數據時則扳到normal側。當研華ADAM4117采集模塊通過ADAM4571或RS485轉RS232模塊接到計算機上時，可以通過研華提供的ADAMUtility軟件設置采集信號的類型及量程，并且可以對采集信號進行校正。

研華的ADAM4571的功能是將RS485信號轉化成TCP/IP信號，再通過設備自帶的驅動程序將每個模塊分別映射成接口機的一個虛擬串口。ADAM4571自帶的工具光盤上有初始化設置和虛擬串口映射工具，可以設置虛擬串口，并且每個通訊模塊需要分配一個IP地址與采集服務器實現TCP/IP通訊。

ADAM-6520是一個帶有5個RJ-45端口的工業網絡交換機。可以采用DIN導軌式安裝和面板安裝以及堆疊式安裝。除此之外，以上的所有產品都采用了工業級設計，具有極強的可靠性和穩定性，帶有LED指示燈，使故障更容易得到解決，每個端口都帶有1對LED指示燈，用來顯示連接狀態和端口工作情況。

3.3軟件設計

在信號處理方面，一是將機組導葉的真實開度實時地通過棒圖和數字在線顯示給運行人員，并在機組運行過程中將導葉開度數據進行存儲，存儲的速率設計為每秒一個點。二是將每個導葉的開度信號與導葉的平均開度信號進行比較，對超限導葉進行報警，便于運行人員及時采取措施，調整機組的運行工況，避免機組跳閘影響電網的穩定運行。

本方案中采用的模塊均廣泛應用于工業控制領域的數據采集和通訊，其具有穩定、可靠的優點，數據精確、可靠，可以為實時/歷史數據的二次應用提供有利的保障。所有數據從就地單導葉控制卡件VCA3的導葉開度輸出端子采集（現為空端子），與目前的調速器控制系統完全隔離，不會對原有系統造成任何不利影響，檢修維護方便。