水電站自動(dòng)化保護(hù)回路冗余設(shè)計(jì)基本原理淺析

摘要：摘要：介紹了某水電站115%、140%過(guò)速保護(hù)回路改造的設(shè)計(jì)思路及方案，總結(jié)了改造過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)，并以過(guò)速保護(hù)回路改造闡述了“三選二”冗余設(shè)計(jì)的基本原理及其對(duì)提高計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)可靠性的重要意義。

關(guān)鍵詞：過(guò)速保護(hù);“三選二”冗余設(shè)計(jì);可靠性

引言

隨著水電站機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)的不斷發(fā)展，對(duì)機(jī)組轉(zhuǎn)速測(cè)量與保護(hù)的可靠性要求也越來(lái)越高。大唐集團(tuán)公司《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求實(shí)施導(dǎo)則》對(duì)熱工保護(hù)配原則這樣要求：必備的主保護(hù)過(guò)程開(kāi)關(guān)量信號(hào)應(yīng)采用“三選二”配置，且保護(hù)輸入的一次元件、取樣管、輸入模件均應(yīng)相互獨(dú)立。

為防止機(jī)組過(guò)速保護(hù)誤動(dòng)、拒動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生，某水電站利用機(jī)組年度檢修，并結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)兩臺(tái)機(jī)組的115%、140%過(guò)速保護(hù)回路進(jìn)行了改造和完善。

1、改造的目的和必要性

該水電站機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)采用南瑞生產(chǎn)的SJ-500型，機(jī)組過(guò)速保護(hù)功能設(shè)計(jì)由軟件和硬件兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn)，過(guò)速115%Ne、140%Ne信號(hào)采用無(wú)源節(jié)點(diǎn)，分別從監(jiān)控轉(zhuǎn)速測(cè)控裝置SJ-22D、測(cè)溫制動(dòng)柜上的齒盤測(cè)速裝置和殘壓測(cè)速裝置三個(gè)裝置引入。裝置中過(guò)速115%Ne、140%Ne信號(hào)兩路設(shè)計(jì)，一路輸入GE PLC SOE模件，用于報(bào)警和故障判斷，通過(guò)程序編程實(shí)現(xiàn)過(guò)速信號(hào)三選二程序設(shè)計(jì)，投入使用;一路用于DC220V純硬件水機(jī)保護(hù)回路，在機(jī)組LCU A2柜，該回路中過(guò)速115%Ne、140%Ne采用并聯(lián)設(shè)計(jì)，任意一個(gè)測(cè)速裝置故障誤開(kāi)出或回路誤接易造成設(shè)備誤動(dòng)作。將三個(gè)不同裝置的過(guò)速信號(hào)進(jìn)行三選二組合，對(duì)水機(jī)保護(hù)回路進(jìn)行改造，保證了機(jī)組安全可靠運(yùn)行。

2、“三選二”冗余設(shè)計(jì)的介紹與分析

水電廠基礎(chǔ)自動(dòng)化環(huán)節(jié)主要包括檢測(cè)元件和執(zhí)行元件2部分，期中檢測(cè)元件的問(wèn)題比較突出，由于測(cè)量位置，壓力流量，導(dǎo)葉行程，轉(zhuǎn)速、信號(hào)等檢測(cè)元件動(dòng)作不可靠，造成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)法正確采集必要參數(shù)，嚴(yán)重影響了計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性。為了解決這一問(wèn)題，通常采用的方法是更換質(zhì)量更高、性能更穩(wěn)定、動(dòng)作等可靠的產(chǎn)品。產(chǎn)品質(zhì)量的差別很大程度上只是表現(xiàn)于元件動(dòng)作正確率的不同，但動(dòng)作正確率不可能達(dá)到100%，因此應(yīng)采用冗余的原則，這種原則很大程度上提高裝置的可靠性，“三選二”就是一種信號(hào)冗余的設(shè)計(jì)。

開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)的“三選二”表決法是指利用相同或不同的測(cè)量手段取得反映同一測(cè)定狀態(tài)的3個(gè)信號(hào)，3個(gè)信號(hào)從取樣端開(kāi)始彼此獨(dú)立，幾個(gè)字有獨(dú)立的取樣點(diǎn)和取樣裝置。然后利用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行邏輯處理，將3個(gè)信號(hào)中的2個(gè)或3個(gè)一致的狀態(tài)確認(rèn)為該測(cè)定量的正確狀態(tài)。也就是說(shuō)，當(dāng)僅有某2個(gè)信號(hào)發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，“三選二”表決法就能及時(shí)剔除，提高計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)獲得信號(hào)的可靠性，從而降低系統(tǒng)拒動(dòng)和誤動(dòng)的可能性。

3、改造前的115%、140%保護(hù)回路

改造前回路如下，該回路中過(guò)速115%、140%采用并聯(lián)設(shè)計(jì)，任意一個(gè)測(cè)速裝置故障誤開(kāi)出或回路誤接易造成設(shè)備誤動(dòng)作。

4、改造后的115%、140%過(guò)速保護(hù)回路

改造后，SJ20測(cè)速裝置、殘壓測(cè)速，齒盤測(cè)速的3路“>115%n”的信號(hào)經(jīng)過(guò)三選二回路后輸出到現(xiàn)地控制單元，只有當(dāng)3套測(cè)速裝置中輸出信號(hào)至少有其中任意2套滿足，才輸出過(guò)速保護(hù)信號(hào)。改造后的115%過(guò)速保護(hù)回路原理如圖所示。KA7對(duì)應(yīng)SJ20測(cè)速裝置，KA8對(duì)應(yīng)齒盤測(cè)速裝置，KA9對(duì)應(yīng)殘壓測(cè)速裝置。140%保護(hù)回路原理同115%保護(hù)回路相似。

5、結(jié)語(yǔ)

機(jī)組自動(dòng)化保護(hù)功能對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行有著重要作用，115%、140%過(guò)速保護(hù)可靠性和重要性也不嚴(yán)而喻。通過(guò)“三選二”冗余系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改造，可使計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)保護(hù)的執(zhí)行正確率有很大提高，并能有效的防止保護(hù)拒動(dòng)或誤動(dòng)，提高計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性，避免飛逸事故的發(fā)生，從而為電站安全生產(chǎn)提供了可靠的技術(shù)保障。針對(duì)水電機(jī)組可能發(fā)生的電氣事故和機(jī)械事故，分析事故產(chǎn)生的原因，設(shè)計(jì)雙重化的保護(hù)回路，這種冗余設(shè)計(jì)軟、硬件功能投退靈活，運(yùn)行維護(hù)方便，為機(jī)組的安全運(yùn)行提供了有力的保障。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉曉波，李建輝.提高計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)可靠性的“三選二”表決法[J].水利水電技術(shù)，1993（3）

[2] 田華，孫作芳.600MW水輪機(jī)組保護(hù)功能完善探討[J].貴州水力發(fā)電，2010（2）

作者簡(jiǎn)介：

賈兆杰，1989年11月，甘肅通渭人，從事電氣設(shè)備檢修維護(hù)，大唐碧口水力發(fā)電廠? 助理工程師

（作者單位：大唐碧口水力發(fā)電廠）