基于順控的火電廠保安電源控制邏輯的設計

朱曉瑾

(浙能臺州第二發電有限責任公司，浙江 臺州 318000)

基于順控的火電廠保安電源控制邏輯的設計

朱曉瑾

(浙能臺州第二發電有限責任公司，浙江 臺州 318000)

快速柴油發電機組在火電廠保安電源系統中有著廣泛的應用，基于PLC，運用順序控制設計方法對保安電源控制系統進行模塊化程序設計，提高設計效率，縮短調試時間，也使電氣控制系統的可靠性增強。

火電廠；保安電源；控制邏輯

在火電廠發生廠用交流電失去電時，為了確保發電機組能安全停機，一般要用裝設的快速柴油發電機組作為交流事故保安電源，與相應配電柜共同組成保安電源系統，供給頂軸油泵、熱控電源及其他交流事故保安負荷。

可編程邏輯控制器(PLC)程序設計方法有經驗設計法和順序控制設計法。經驗設計法是最原始的方法，借用繼電器控制電路的方法設計梯形圖，沒有普遍的規律可循，隨意性強，設計時間和質量與設計者的經驗關系很大。順序控制設計法是按生產工藝的控制要求，在外邊輸入信號和內部控制信號的作用下，根據內部狀態和時間順序，自動有序地進行工作。順序控制設計法結構清晰、設計規范，程序的調試、修改和閱讀也很容易，并且大大縮短了設計周期，提高了設計效率。因此，選用順序控制設計法進行程序設計。

1 電氣回路設計

某百萬機組設置2個380V保安PC段,每個380 V PC段設置1臺2 000 kVA，10.5 kV/0.4 kV變壓器，電源分別從本機組10 kV廠用配電裝置A、B段引接。每個380 V PC接線均為兩段單母線，正常運行時兩臺變壓器各帶一段母線，兩段母線之間設聯絡斷路器，設1套康明斯1 800 kW柴油發電機作為交流事故保安電源。每個保安段另有一個從柴油發電機組的母線引接的保安進線電源。圖1為某電廠1臺機組的保安電源一次系統。

圖1 保安電源一次系統

保安電源控制系統由PLC、ECS、柴發自帶PCC控制系統、開關柜控制及保護回路組成。ECS負責正常運行方式的倒換。柴發自帶PCC控制系統接收來自PLC或就地硬手操的啟、停和檢同期命令，實現對機組的控制，并對機組的運行情況進行檢測和保護。另外，根據控制要求，保安A、B段進線和母線電壓配置電壓檢測和保護回路。因此，PLC是整個控制系統的核心。

2 程序設計

2.1 編程軟件介紹

本設計采用Step7-Micro/Min V4.0編程軟件進行編程。該軟件系在Windows平臺上運行的西門子S7-200PLC編程軟件，功能強大，既可用于開發用戶程序，又可實時監控用戶程序的執行狀態，適用于解決復雜的自動化任務。

使用該軟件，在脫機(離線)方式下創建用戶程序，修改和編輯原有的用戶程序。利用一根PC/PPI(個人計算機/點對點接口)電纜建立個人計算機與PLC之間的通信。在聯機(在線)方式下可以對與計算機建立通信關系的PLC直接進行各種操作，如上載、下載用戶程序和組態數據等。在編輯程序的過程中進行語法檢查，可以避免一些語法錯誤和數據類型方面的錯誤；支持對用戶程序進行文檔管理，加密處理等；可設置PLC的工作方式、參數和運行監控等。

2.2 控制邏輯設計

康明斯柴發機組的PCC3201控制系統，是一款配備微處理器的發電機組監控、計量和控制系統，提供發電機組的控制界面，還提供數字式調壓、調速、發動機保護、發電機保護、數字式同步功能等功能。PCC控制邏輯在設計上沒有考慮應用于火電廠時可能需要適應各種復雜的電氣一次接線方式。PLC程序設計是工程成敗的關鍵。

PLC控制程序由主程序、空載試驗、帶載試驗、失電自啟、保安A段回切工作電源、保安A段回切備用電源、保安B段回切工作電源、保安B段回切備用電源等程序塊組成。主程序包含其他各程序塊的公用邏輯。

在程序設計中，使用字傳送指令MOV_W進行順序控制編程，定義各步序號。在梯形圖中，字傳送指令MOV_W以功能框的形式編程。當允許輸入EN有效時，將1個字長的整數數據IN傳送到OUT。圖2為MOV_W功能框圖。

圖2 MOV_W功能框圖

以失電自啟功能組為例，由于各種原因造成保安段工作電源失電時，應首先切至備用電源供電，備用電源無效時，則轉換到應急事故保安電源，即柴油發電機。以上切換均采用串聯切換。圖3為失電自啟功能組邏輯框圖。

失電自啟功能是整個保安電源控制系統中重中之重的功能，比其他功能都要優先。這個優先的特性，既體現在系統是自動激活的，不需要某個功能按鈕來激活；又體現在系統一旦被激活，其他功能組都要靠邊站，這就是失電自啟的第一步，就是復位其他功能組標記位，并將其他功能組的步序均置0。

失電時，CB2合閘令和柴發啟動令幾乎是同時發出的。如果失電自啟時另一段保安段正在帶載試驗，則柴發已經處于并網后的定額運行方式，利用柴發初始化功能組，可以實現將并網開關解列，并在柴發不停機的前提下切換到單機定壓運行方式，從而確保保安電源快速就位。如果CB2合閘成功，失電段電源恢復了，則將柴發停機。否則，由柴發給失電段恢復供電。如系單段母線失電，則合上該段的保安電源開關，即可進入復位程序，使程序重新處于待命狀態。如果是雙母線失電，為防止兩段母線同時恢復可能引發的不穩定情況，采取先后合閘方式。當然，如果先合閘的開關合閘失敗，則立刻合上另一個保安電源開關。

如果運行人員按下了緊急啟動按鈕，程序設計為直接由柴發對保安段進行供電，故在邏輯中就跳過了合CB2的過程。另外，還有一點需要注意，如果運行人員將保安段的聯鎖開關置退出狀態，則認為該段母線不需要恢復供電，故失電自啟功能也就被旁路了。當然，緊急啟動方式是不去判斷聯鎖開關位置的。也就是說，緊急啟動是優先級最高的，直接指向柴發的一種工作方式，應該用于DCS失效等事故情況。

保安段由柴發供電后，當工作電源恢復供電了，則由運行人員激活回切功能組。程序相應地設計了保安A段工作電源回切、保安B段工作電源回切兩個功能模塊，用以應對單母線失電自啟后的恢復和雙母線失電自啟后的恢復。在回切功能激活前，柴發是處于單機定壓運行方式的，利用柴發初始化功能組，可以實現在柴發不停機前提下，將工作電源開關作為并網點并網，切換到并網定額運行方式。并網成功后，即可將保安電源開關分閘、柴發停機，完成回切程序。保安段由柴發供電后，當其中一段保安段由工作電源供電，另一段可以選擇由備用電源恢復供電，此時由運行人員激活回切功能組。程序相應地設計了保安A段備用電源回切、保安B段備用電源回切兩個功能模塊。在回切功能激活前，柴發是處于單機定壓運行方式的，利用柴發初始化功能組，可以實現在柴發不停機前提下，將聯絡開關作為并網點并網，切換到并網定額運行方式。并網成功后，即可將保安電源開關分閘、柴發停機，完成回切程序。

圖3 失電自啟功能組邏輯框圖

PLC中還設計了定期試驗功能。空載試驗由啟動按鈕激活，柴發啟動建壓成功后合出口開關CB1，待預設時間到或空載停止按鈕，分CB1、停柴發。帶載試驗過程中必須一直監視保安段處于正常運行方式下， A段和B段帶載試驗不能同時進行。帶載試驗由帶載試驗啟動按鈕激活，柴發啟動建壓成功后合出口開關CB1，投入相應的同期電壓進行檢同期，并網開關合閘后開始帶載，柴發的帶載額度由PCC的參數設定決定。待預設時間到或帶載試驗停止按鈕，解列、分CB1、切除同期電壓、停柴發，復位帶載試驗中信號，PLC程序重新回到待命狀態。

2.3 柴發運行模式的自適應

柴發有兩種控制方式，當機組與市電并網運行時，柴發的出力按定額方式控制；當單機運行時，柴發按定壓方式控制，出力大小由負荷決定。由此可見，柴發在進行帶載試驗時，如發生保安段失電，此時柴發已經處于并網運行，按定額方式進行機組控制。為了快速恢復保安段供電，希望能夠實現柴發不停機情況下從定額方式向單機定壓方式進行機組控制。此外，柴發PCC控制系統只能接受一個并網點，一旦同期電壓切入，完成一次并網后，同步器就退出。當保安A、B段均失電，柴發自啟帶負荷后，在工作電源恢復正常后，先后進行保安A、B段電源回切時，需要柴發先后兩次并網。為了解決以上問題，故設計柴發初始化功能組。

柴發的停機延時設定為180 s。當柴發啟動命令取消后，機組會以額定轉速運行180 s，180 s后降為怠速冷機運行。因此，在180 s內，柴發仍然具有額定轉速和額定電壓。柴發初始化功能組的就是在必要時將柴發的啟動命令取消，利用這180 s的時間差， 將柴發在不停機的情況下進行定壓-定額方式的切換，實現第二次并網。

PCC3201的控制邏輯為：當柴發啟動成功后，如未檢測到同期電壓，判斷為單機運行模式，開關合閘令馬上由0變為1，并且長期置1；如檢測到同期電壓，判斷為并網運行模式，待同期條件滿足后，開關合閘令由0變為1，并且長期置1。在初始化功能組中，這個信號作為回切和失電功能組被觸發時，柴發是否已經完成上一次啟動和帶載的標志位。

柴發初始化步序為0時，判斷該標志位為0時，回切和失電功能組按常規順控步驟進行，給柴發初始化步序置3。當為1時，柴發需要初始化，即復位柴發啟動令、復位柴發開關合位反饋信號，并切除同期電壓，給柴發初始化步序置1。柴發初始化步序為1時，捕捉到開關合閘令的下降沿，將給PCC的開關合位反饋信號復位，給柴發初始化步序置2。柴發初始化步序為2，延時5 s，給柴發初始化步序置3，回切和失電功能組回到常規順控步驟進行。無任何功能組進行中或PLC不在自動位，給柴發初始化步序置0。

3 結語

發電廠保安電源控制程序采用順序控制設計方法進行模塊化程序設計，可根據一次接線方式的變化和用戶的具體要求增減程序塊，適用性廣。

根據工藝要求對順控中每個步驟進行定義，可以有效防止寄生回路的產生，提高設計效率，程序可讀性強，調試方便，控制邏輯符合設計要求。投運后定期進行空載試驗及帶載試驗，運行正常。通過在發電廠的現場應用，證實能夠滿足運行要求，降低運行人員的工作量、使用方便、維護簡單。

(本文編輯：嚴 加)

Thermal Power Plant Security Power Control Logic Design Based on Sequence Control

ZHU Xiaojin

(Zhejiang Zheneng Taizhou Second Power Generation Co., Ltd., Taizhou 318000, Zhejiang China)

Rapid diesel power generation unit is widely used in security power system in thermal power plants. Based on PLC, this paper uses the sequential control design method for modularized program design of security power control system, which can improve design efficiency, shorten the debugging time, and enhance the reliability of electric control system.

thermal power plant; security power; control logic

10.11973/dlyny201702019

朱曉瑾(1974—)，女，碩士，高級工程師，從事發電廠繼電保護和自動裝置的技術管理工作。

TM621

B

2095-1256(2017)02-0179-05

2017-03-25