某電源電站檢修排水系統優化設計

周世杰，張寶松，楊 棣

（1.中國長江電力股份有限公司烏東德水力發電廠，云南 昆明651512；2.中國長江電力股份有限公司三峽水力發電廠，湖北 宜昌443000）

0 引言

某電源電站在該水力發電廠中擔負著黑啟動功能，其排水系統鋪設管網較為緊湊復雜，基于土方開挖技術及成本考慮導致其檢修集水井容量受限，因此電站檢修排水系統的正常穩定運行對維持保障電站正常運行有著至關重要的意義。檢修排水系統主要用于在機組歲修期間，排除蝸殼、尾水管、壓力鋼管中的積水以及上、下游閘門的漏水。檢修排水泵房設置在X2F發電機▽48.0m，設置2臺深井泵和1臺潛污泵，兩臺深井泵出口管徑Φ250mm，并通過Φ478mm管道排放到機組尾水管擴散段內。機組在檢修時可通過擴散段尾水盤型閥將水引排至▽35.8m排水廊道再匯集流入檢修集水井。

1 設備布置情況及參數

1.1 設備盤柜布置情況

檢修排水控制系統控制盤柜采用2地分別布置方式。其中考慮到▽48.0m檢修排水泵房內較為潮濕且空間狹小，不利于控制盤柜的安裝與保養，因此僅在檢修排水泵房布置了現地控制箱，現地控制箱具有檢修排水水泵啟停控制、水位顯示、運行指示、泵電流指示等功能；而在相對寬敞干燥的▽55.0m空壓機房布置盤柜（一面控制柜、兩面動力柜），在控制柜上可實現檢修排水系統自動/手動/切除3種控制狀態切換。

圖1 電源電站檢修排水系統管網布置圖

1.2 檢修集水井及深井泵

電源電站檢修集水井設置在電源電站主廠房正下方的檢修排水泵房處，集水井底部高程為▽35.8m，集水井平面尺寸為4.5m×3.0m，總容量為135m3，集水井井蓋采用全密封井蓋，可承受0.2MPa壓力，并設置一根DN50補氣管。檢修排水泵房內設置了2臺深井泵和1臺潛污泵，其具體參數如表1～3所示。

圖2 檢修排水系統設備布置圖

表1 檢修排水泵控制水位

表2 檢修排水泵深井泵水力性能參數

表3 檢修排水泵深井泵電氣參數

檢修集水井泵房內另外設置1套深井潛污泵，用于抽排檢修集水井內堆積的淤泥等雜質，潛污泵由現地手動啟停控制，不參與檢修排水系統自動控制流程。

2 原檢修排水泵運行方式

因電源電站機組檢修排水量大，而檢修集水井有效容量相對較小，為保障機組檢修過程中排水泵動作穩定、可靠，檢修排水系統采用可編程邏輯控制器對檢修排水泵啟停實現自動控制，通過裝設在控制柜內的模擬量模塊對排水泵運行狀態、示流器信號、集水井水位進行實時采集與監視，并配置了水位計和浮子接點采集集水井水位用于控制檢修排水泵啟停動作。正常情況下，2臺檢修排水泵輪換工作，主要用于機組檢修時排水。

在PLC故障后，遠方中控室以及現地手動方式都將失去對檢修排水泵的控制，此時需將潤滑水手動旁通閥開啟后，由軟啟動器面板上手動按鈕（HANDON/OFF）投入/退出檢修排水泵，排水期間需要運維人員密切監視集水井水位，這無疑增大了工作人員的工作強度，亦不符合“無人值班，少人值守”管理理念；在機組檢修排水期間，到達停泵水位后2臺檢修排水泵同時停運，由于集水井容量較小，而短時間內水泵再次運行需等待3min潤滑水投入延時，這無疑加大了特殊情況下水淹廠房的風險性；同時運維人員控制盤柜進行自動/手動控制方式之間切換時，每次變更檢修排水系統控制方式都將觸發排水泵停泵動作，這不但不利于排水效率，也加大了操作風險性。

3 優化設計思路

（1）增加深井泵啟動控制、深井泵停止控制兩路DI接點送至監控LCU，以實現遠方中控直接下達啟停檢修排水泵命令，避免在水位計、浮子故障時遠方無法進行啟停泵操作。

（2）優化深井泵啟動命令流程，取消原邏輯中“潤滑水電動閥開啟令”，采用“示流器動作”作為啟泵前判斷邏輯，并設置停泵后0.5h延遲停潤滑水，以確保在潤滑水電磁閥故障條件下采用旁通管路供水仍能正常實現啟泵流程，同時通過潤滑水延遲0.5h關閉，提升短時間內重復啟泵的便捷性。

（3）優化盤柜檢修排水系統運行方式控制把手控制邏輯，實現控制把手在“自動”與“手動”狀態下的無擾動切換功能。同時優化自動方式下主備檢修排水泵停泵邏輯，自動方式下，水位下降時，先停備用泵，再停主用泵；水位上升時，先啟主用泵，再啟備用泵。

（4）優化檢修排水系統控制回路架構。實現對檢修排水系統啟動/停止排水泵信號故障能夠自動判斷，PLC故障后閉鎖其對排水泵自動控制信號輸出功能，以防造成事故進一步擴大，同時上送監控系統提醒運維人員立即采取應急處置程序；確保監控PLC控制令、PLC自動控制、現地手動控制、硬接線回路除必要安全邏輯外相互獨立，提高檢修排水系統工作可靠性。

4 控制邏輯優化設計功能

4.1 遠方上位機“啟/停檢修排水泵”功能設計

（1）設計考慮：電源電站檢修排水系統設置了兩路水位傳感器，水位傳感器根據水位變化輸出4～20mA電流值。其中一路送入PLC AI模塊，PLC程序根據輸入模擬量轉化成對應水位值并與定值進行比對，從而實現對深井泵自動啟停控制；另外一路送入CSCS（遠方上位機），用于中控室電站監控系統對水位的實時監測（圖3）。考慮到當1號水位傳感器等PLC部分功能故障導致無法開出啟泵令時，可在中控室CSCS監控系統上發出PLC控制令，為故障處理爭取更多時間。

圖3 模擬量水位傳感器

（2）功能設計：根據上述所構思的功能，在自動控制回路增置了“CSCS_start_1號”遠方啟動1號檢修排水泵令，當滿足“1KK_auto”1號泵自動位、“fault_YES_1號”1號泵啟動總故障無開出以及“T21.Q”定時繼電器開出后，將作用“start_1號”1號泵啟泵置位“1”。

圖4 檢修排水1號泵自動方式啟動控制程序

圖5 優化后中控室遠方啟動檢修排水1號泵流程

4.2 檢修排水盤柜“自動/手動/檢修方式切換”功能設計

（1）設計考慮：原現地盤柜上檢修排水運行控制方式把手在“自動”、“手動”和“檢修”方式之間切換時將觸發運行狀態檢修排水泵停泵置位令，現取消運行方式控制把手置“自動”“手動”時停泵置位令，以實現對檢修排水系統自動/手動控制的無擾動切換

（2）功能設計：刪除P_TRIG控制器對控制把手置“1KK_auto”1號泵自動位以及置“1KK_manual”1號泵手動位的前沿監測回路，如圖6中方框所示。P_TRIG控制器的功能是當監測到控制把手置位開出階躍信號后，即前端輸入變量置“1”從而致使輸出信號置“1”進而觸發“stop_1號”1號泵運行復位令。

圖6 控制盤柜切換把手程序修改

4.3 檢修排水系統“潤滑水投/退”功能設計

（1）設計考慮：在程序方面取消原有的“潤滑水電磁閥啟動命令”作為條件判斷示流器工作正常，使用“示流器反饋信號”作為潤滑水投入記時開始的標志，并取消原控制程序中潤滑水關閉失敗報故障邏輯，同時引入停泵后計時30min再關閉潤滑水，通過對排水泵自動啟停環節中潤滑水判據的修改，從而提升檢修排水泵工作可靠性，避免在特殊情況下因潤滑水問題導致排水泵無法響應或響應不及時的問題。

（2）功能設計：如圖7所示，在潤滑水控制邏輯中刪除“1號泵潤滑水電磁閥”Q0.2，當出現潤滑水電磁閥拒動故障情況，可手動開啟潤滑水旁通閥確保啟動流程下的示流器元件動作開出信號正常；同時刪除“潤滑水關閉失敗報故障”流程（圖8）；水泵停止后潤滑水投入時間定值數據在檢修排水泵現地控制盤柜上HMI參數畫面設定，當設定值處于1～60min區間內，按設定值延時關閉潤滑水，如果設定值在1～60min區間外，則按30min定值延時關閉潤滑水，如圖9所示。

圖7 優化后潤滑水控制邏輯

圖8 潤滑水關閉失敗報故障

圖9 檢修排水泵停運延遲0.5h關潤滑水

4.4 檢修排水系統控制回路優化設計

（1）設計考慮：檢修排水系統共配置了3套水位控制信號，2套水位模擬量信號，以及1套浮子接點開關量信號，其中浮子信號可通過硬接線回路控制排水泵啟停工作，浮子開關量分為3個子信號：過高報警水位（44.5m）、啟工作泵水位（43.2m）、停工作泵水位（38.5m）。為避免由于水位傳感器、PLC部分等故障導致檢修排水失去控制，優化后的檢修排水系統除引入遠方上位機啟停排水泵功能外，還在檢修排水控制盤柜內的硬接線回路中，引入浮子開關量實現對檢修排水泵的啟停控制。

（2）功能設計：如圖10所示，在深井泵控制回路中設置啟動工作泵浮子（K1）、超高水位啟動浮子（K2）接點實現檢修排水泵啟動命令的開出。當PLC故障后無法根據內部定值控制檢修排水泵啟停，此時檢修集水井水位隨著機組檢修排水逐漸上漲，當水位先后達到43.2m和44.5m時將觸發浮子接點工作水位啟泵以及超高報警水位啟泵。其中排水泵電磁閥控制KA18的常開節點5-9和常閉節點4-12設置保證了PLC功能故障退出情況下潤滑水投入功能的正常實現。

在信號接線回路中去除原有的共用停泵浮子信號支路，引入PLC故障K3接點，實現PLC回路與硬接線回路停泵浮子信號的分離，如圖11所示，從而降低因PLC功能故障導致停泵失敗的可能性。

圖10 檢修排水泵控制回路圖

圖11 停泵浮子信號接線優化

5 結語

巨型電站黑啟動電源電站排水系統根據現場實際運行情況，結合歷史運行數據對檢修排水控制系統進行優化設計，遵循“性能可靠、安全高效、維護方便、簡單經濟”的電氣設計原則[1]，構建了PLC回路與硬接線回路對檢修排水系統的冗余控制，該控制理念的實現不單有效減輕了運維人員的工作強度，極大程度上為運行人員處置隔離故障爭取了時間，也為電廠的智能化建設和“無人值班，少人值守”運行模式[2]提供技術保障與支撐。