機組抽水調相啟動不成功事件的分析

何 秋

（華東桐柏抽水蓄能發電有限責任公司，浙江 天臺317200）

1 引言

抽水蓄能電站機組主要有發電、發電調相、抽水、抽水調相、停機五種穩定工況，機組各種工況的轉換由機組順控流程執行，上位機只需下達工況轉換命令，順控流程按照預先設定步序順序執行，直至到達一種新的穩定工況。順控流程的掃描周期為所有流程全部執行一遍的時間，即PLC按照程序從左到右，從上到下，順序掃描各輸入點的狀態，對用戶程序進行運算處理，然后順序向各輸出點發出相應信號的全過程的執行時間。整個完整過程包括輸入采樣、程序處理、輸出刷新三個階段。掃描周期本身受機組現地控制單元的信號采集、邏輯處理及網絡通信能力的制約。

某蓄能電站機組順控流程的掃描周期原為700 ms，經技術改造后縮短為100 ms。改造后在一次抽水調相開機過程中，發生一起機組壓水流程執行超時導致機組抽水方向啟動不成功的事件。

2 事件現象

某抽蓄電站在一次SFC（靜止變頻器）拖動抽水調相開機時，當轉速大于10%額定轉速，機組順控邏輯打開充氣壓水閥開始壓水，后由于上位機報壓水失敗導致機組啟動失敗。

抽水蓄能機組抽水調相啟動一般采用SFC拖動的方式啟動，機組轉速從零逐步上升至額定轉速，然后并網轉抽水。為了降低機組轉輪在水中旋轉的阻力，采用向尾水管注入高壓氣體，使轉輪在空氣中旋轉，減小向系統吸收有功。一般蓄能機組在轉速達到10%額定轉速時開始向尾水管壓氣，直至將水位壓轉輪以下，待需轉抽水時將氣體排出。在本次事件中由于機組壓水失敗導致順控流程步序S4S-4執行超時，機組抽水調相啟動失敗。

2.1 某電站機組壓水邏輯介紹

查看機組壓水流程邏輯，壓水流程子程序共分為5步，第1步為打開壓水閥，第2步為15 s后關閉壓水閥，第3步再次打開壓水閥，第4步壓水正常后關閉壓水閥，第5步打開泄壓閥，壓水成功。

每個步序為一個程序執行宏模塊，主要包括預條件輸入、命令發出、信號反饋三部分，本步序反饋滿足即發出步序執行成功的OK信號，前一個步序執行成功的OK信號作為下一個步序的預條件，每個步序有執行時間限制，超出時間將會報流程超時報警，任一步序的預條件丟失也會導致程序執行失敗。具體詳見下頁表1和圖1～圖4。

表1 壓水流程簡介

圖1 壓水步序二邏輯圖

圖2 壓水步序三邏輯圖

圖3 壓水步序四邏輯圖

圖4 壓水步序五邏輯圖

一般情況下，機組壓水流程只需充氣壓水閥打開一次便可將尾水管水位壓至轉輪以下，即機組壓水流程執行完步序二時，壓水步序三和步序四的反饋均已滿足，不再執行步序三和四的命令。只有當機組轉輪室漏氣量較大，充氣壓水閥開啟15 s無法將尾水管水位壓至轉輪以下時才會執行步序三和四，即再次開關開啟充氣壓水閥。

2.2 原因分析

查看事件列表01：03：54.352時收到4號機充氣壓水閥在關閉位置，結合壓水步序二分析，在收到該信號延時1 s后步序二執行完成，即在01：03：55.352時將執行步序三的命令：開啟充氣壓水閥命令。監控系統在01：03：54.455收到“4號機尾水水位低”信號，但因為設置了1 s的延時，所以步序三反饋滿足的時間為01：03：55.455，即在這個時刻步序四開始執行。由于開關充氣壓水閥需通過開出繼電器動作充氣壓水閥電磁閥，再通過液壓回路去動作充氣壓水閥的開關，整個過程耗時相對較長。從邏輯發令開啟充氣壓水閥至邏輯收到充氣壓水閥關閉位置復歸的時間基本在0.5～0.6 s左右。因此當執行到步序四的時候，充水壓水閥打開命令才過0.103 s，此時充氣壓水閥實際還在關閉位置，步序四反饋條件滿足，導致未能發令關閉充氣壓水閥命令，直接執行步序五。但由于步序三開啟充氣壓水閥命令已經發出，因此在01：03：55.830時收到4號機充氣壓水閥位置中間狀態（開和關位置均復歸），導致步序四反饋信號不滿足，步序四完成信號CTRL；b.DEWAT.4.OK信號復歸。此時步序五正在執行中，步序四完成信號CTRL；b.DEWAT.4.OK復歸，使得步序五的預條件不滿足，最終導致了壓水失敗報警。

某電廠4號機組現地控制單元在近期剛進行過技術改造，其信號采集、邏輯處理及網絡通信能力均有了較大的提高，4號機組原先順控流程的掃描周期為0.7 s，邏輯執行過程中的0.7 s以內的信號抖動將被自動過濾。改造后掃描周期縮短為0.1 s，當充氣壓水閥邏輯執行到步序三發出打開壓水閥的命令，如恰好在此后0～0.6 s內尾水水位壓至正常位置，步序三反饋滿足進而執行步序四、進而步序五的話，將會出現上述步序五前提條件丟失，壓水失敗的情況。

結合順控流程的掃描周期分析，本次事件的真實原因為：機組順控流程的掃描周期與步序邏輯執行在時間上不完全匹配，在極端巧合的情況下會造成某些步序執行錯誤。

3 抽水調相壓水邏輯的改進

機組順控流程的掃描周期理論上越短越好，這樣流程反應時間更短，對流程執行中的信號反饋更加靈敏。從上述事件的分析可知，由于技術改造后機組順控流程掃描周期大幅縮短，但并未修改完善相關順控邏輯導致了掃描周期與邏輯執行的配合問題。最佳的解決辦法為完善相關步序的邏輯，解決時間配合問題。在本事件中可修改4號機組壓水步序五邏輯，在預條件處增加2 s下降延時，避免因壓水閥位置信號抖動或由邏輯造成的短暫開啟引起的前提條件不滿足的問題。

具體原理為，如果發生充氣壓水閥信號抖動，只要抖動不超過2 s，步序五將正常執行；如果出現上述事件中的巧合，當在執行步序五時充氣壓水閥出現中間態時，由于有2 s延時，步序四會因為反饋不滿足再次發出關壓水閥命令，只要在2 s內再次收到壓水閥關閉的信號，壓水流程將會執行成功。邏輯圖修改見圖5。

圖5 修改后的壓水步序五邏輯圖

4 結束語

抽水蓄能電站在電網中承擔調峰、填谷、調頻、調相及事故備用任務，伴隨著電網峰谷差的加大，新能源的大量上網對抽水蓄能電站反應的迅速性、可靠性要求越來越高，另外隨著我國運行10年以上的抽水蓄能電站越來越多，大部分電站二次設備進入升級改造的重要時期，二次設備的升級換代會大大提高設備的硬件性能，PLC的處理能力和響應速度大幅提高，但此時一次及機械設備的性能仍未發生明顯變化，由此需要對相應的控制邏輯進行梳理和修改，實現一次、機械設備性能與二次監控系統的合理匹配。