貫流式機組監(jiān)控系統(tǒng)程序的優(yōu)化及應(yīng)用

申潘威，劉 洋，莫建安

（1.五凌電力有限公司株溪口水電廠，湖南 益陽 413500；2.湖南省水電智慧化工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410004）

株溪口電廠位于湖南省安化縣境內(nèi)資水流域中游，壩址地處湖南省安化縣境內(nèi)，上游距縣城約15.8 km，距東坪電站17 km，下游距株溪口約1.2 km，是一個以發(fā)電為主，兼顧航運等綜合效益的水電工程。監(jiān)控系統(tǒng)下位機包括1號～4號機和公用開關(guān)站共5套LCU。采用南瑞MB40系列智能PLC，主控模件采用MB40系列CPU712。上位機采用南瑞NC2000監(jiān)控軟件，包括2臺主機兼操作員工作站、1臺語音報警服務(wù)器、1臺歷史服務(wù)器等。

1 概述

隨著計算機監(jiān)控系統(tǒng)在大型水電廠應(yīng)用的不斷深入，特別是水電廠“無人值班（少人值守）”的推廣大大促進(jìn)了水電廠自動化的進(jìn)程。然而過去的理論研究和應(yīng)用系統(tǒng)研制多集中在大、中型水電廠，缺乏對小型水電廠的研究，因此，我國水電廠的發(fā)展也出現(xiàn)了顯著的不平衡。各類廠家缺乏對貫流式機組控制程序的研究及優(yōu)化，因此，電廠自行對監(jiān)控系統(tǒng)程序優(yōu)化，顯得尤為重要。

電廠監(jiān)控系統(tǒng)使用的MB40系列PLC，采用的編程軟件為MBPro，該軟件除支持梯形圖等傳統(tǒng)編程方式外，還同時擁有可視化的編程語言-流程圖編程，并且使用不同的語言編寫的程序之間也可以相互使用。尤其是采用流程圖的編程方式，即使沒有任何編程經(jīng)驗或從未學(xué)過其它編程語言的初學(xué)者也能輕松掌握，這也為電廠自行優(yōu)化控制程序提供了便利。

2 程序的優(yōu)化及應(yīng)用

通過對機組近年來運行情況的整理分析，以及對南瑞監(jiān)控程序的多次梳理、學(xué)習(xí)、討論。在電廠現(xiàn)行使用的程序中，發(fā)現(xiàn)了不少可以進(jìn)行優(yōu)化的地方。

2.1 開機程序優(yōu)化及應(yīng)用

電廠自2008年機組投運以來，開機程序一直存在兩個問題：①因機組軸承油信號難以滿足要求導(dǎo)致開機時間較長（平均約10 min）；②開機過程中多次出現(xiàn)由于高頂油泵沒有及時退出導(dǎo)致開機失敗。

2.1.1 解決開機時間較長問題

機組開機時間較長，主要是機組發(fā)開機令后，啟動軸承油泵向機組軸承系統(tǒng)供油，需要等到安裝在軸承后的回油管道上的油流示流器信號滿足要求，才能繼續(xù)下一步開機流程，這個過程大約需要6 min。針對機組開機時間過長問題，曾考慮采取包括改變軸承潤滑油管路、更換軸承油流量開關(guān)等措施，但因效果存在不確定性、花費人力物力成本較高而未實施。后經(jīng)過對開機程序的檢查、梳理后發(fā)現(xiàn)，可以采用對輔助設(shè)備啟停順序進(jìn)行調(diào)整的方式。經(jīng)過梳理后，從兩方面著手調(diào)整：①修改軸承油泵控制程序，保證軸承及其供油管道始終處于充滿潤滑油狀態(tài)；②將開機程序中的“投入軸承油泵”前移至第一步程序。

具體實施：①在機組監(jiān)控系統(tǒng)PLC控制程序中增加TJQTZCYB(停機時啟停軸承油泵程序段)梯形圖；②在機組監(jiān)控系統(tǒng)PLC控制程序中增加QTZCYBTJ(停機時啟停軸承油泵)程序；③機組軸承供油總管電動閥旁通閥全關(guān)位置打開30°角度，保證停機態(tài)時各軸承內(nèi)滿油，開機后各軸承潤滑油流會快速滿足開機條件，縮短開機時間；④將機組停機至空轉(zhuǎn)程序中“啟動軸承油泵”步驟調(diào)整至“釋放空氣圍帶”之前，此步驟可節(jié)省開機時間42 s。

實施效果：經(jīng)過程序優(yōu)化后，模擬開機時間由平均約10 min縮短為約3 min，實際運行實測時間平均約3 min 5 s。

2.1.2 解決高頂油泵沒有及時退出導(dǎo)致機組開機失敗問題。

針對開機過程中多次出現(xiàn)由于高頂油泵沒有及時退出導(dǎo)致開機失敗，對開機程序進(jìn)行分析后，發(fā)現(xiàn)當(dāng)機組開機到啟動調(diào)速器，轉(zhuǎn)速大于95%后監(jiān)控發(fā)退出高頂泵運行令，由于調(diào)速器開機過程中空載啟動開度為25%,當(dāng)轉(zhuǎn)速上升至90%轉(zhuǎn)速時導(dǎo)葉會快速回關(guān)至10%開度以下，在水頭、機組振動及水的流態(tài)等多方面的影響下，調(diào)速器會有可能導(dǎo)致機組轉(zhuǎn)速再次回調(diào)至95%以下，高頂再次投入。根據(jù)廠家設(shè)計流程，高頂泵沒有退出啟動機組停機流程，此為不合理之處。因為當(dāng)機組開機到轉(zhuǎn)速大于95%時，監(jiān)控發(fā)“退出高頂泵運行令”，若此時高頂油泵因故沒有正常退出，將會直接啟動停機程序，導(dǎo)致開機失敗；且判斷是否停泵時間偏短。根據(jù)機組運行要求，開機過程中，轉(zhuǎn)速大于95%后高頂泵沒有退出并不影響機組的安全運行。根據(jù)以上判斷，決定對機組開機程序進(jìn)行修改：取消機組轉(zhuǎn)速大于95%后高頂泵未退出時動作停機程序；同時延長是否停泵判斷時間至2 s。

具體實施：①將高頂泵未退出的程序直接調(diào)整為繼續(xù)開機；③將“高頂泵是否停止？”判斷時間由1 s延長至2 s。

實施效果：經(jīng)過程序優(yōu)化，未再出現(xiàn)由于高頂沒有及時退出導(dǎo)致開機不成功現(xiàn)象，提高了機組無效停機次數(shù)。

2.2 停機程序優(yōu)化

對于停機程序而言，主要功能是讓機組安全、平穩(wěn)的停下，一般并無多大異常，但通過對報警信息及程序的梳理，發(fā)現(xiàn)在機組下發(fā)停機令后，會因為空轉(zhuǎn)至停機過程中30%轉(zhuǎn)速到1%轉(zhuǎn)速間偶發(fā)推力軸承潤滑油信號波動中斷超過5 s而導(dǎo)致機組不能夠正常走完停機程序，而轉(zhuǎn)走事故停機程序。

具體實施：對機組現(xiàn)地LCU空轉(zhuǎn)至停機程序進(jìn)行修改完善。①由于之前修改過軸承潤滑油信號回路，在風(fēng)機不啟動的情況下將會屏蔽油流信號。因此將空轉(zhuǎn)至停機程序風(fēng)機停止的順序提前至判斷制動閘是否頂起之后，這樣修改后不會對機組的安全判斷產(chǎn)生任何影響，同時能夠避免機組停機過程中導(dǎo)致走事故程序。②空轉(zhuǎn)至停機部分程序?qū)⒏唔斢蛪翰徽r退出程序變更為繼續(xù)進(jìn)行該程序。

實施效果：經(jīng)過程序優(yōu)化，未出現(xiàn)正常停機過程中突然轉(zhuǎn)事故停機過程。

2.3 事故停機程序優(yōu)化

事故停機程序?qū)τ陔姀S而言，至關(guān)重要，相當(dāng)于設(shè)備的最后一道防線，若因此出現(xiàn)問題，后果不堪設(shè)想。因此，本次也著重對該類程序進(jìn)行了梳理。發(fā)現(xiàn)在1～4號機組KZN_TJ程序、DQSGTJ程序、JJSGTJ程序中均存在在停機不成功的情況下，會清除事故停機指令的語句。但該語句在事故停機不成功的情況下，將復(fù)歸泄壓閥組及緊停電磁閥。極端情況下事故發(fā)生后，程序啟動緊急停機，導(dǎo)葉全關(guān)后，因高頂泵及壓力原因?qū)е率鹿释C失敗，監(jiān)控復(fù)歸信號，而導(dǎo)致調(diào)速器系統(tǒng)將導(dǎo)葉再次打開至空轉(zhuǎn)開度的異常情況的發(fā)生。

具體實施：為避免此類情況發(fā)生，需將DQSGTJ程序中停機成功判斷否后面的清事故停機令去除，JJSGTJ程序中空轉(zhuǎn)—停機成功判斷否后面的泄壓閥事故復(fù)歸去除，避免出現(xiàn)自動復(fù)歸事故閥組的操作，改為人工確認(rèn)后再手動復(fù)歸。同時在DQSGTJ程序中事故停機中新增調(diào)速器停機令，具體修改內(nèi)容詳見圖1。

對修改的DQSGTJ程序進(jìn)行檢查，將機組開機至空轉(zhuǎn)后，模擬高壓油泵供油總管壓力低啟備泵信號接點動作（DI3-21）并切除其中一臺高頂油泵，模擬電氣事故停機，檢查事故停機失敗后，導(dǎo)葉不應(yīng)該再次打開，此時注意觀察機組轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于30%時，手動投入機組制動閘，并將輔機調(diào)整至正常停機狀態(tài)。

對修改的JJSGTJ程序進(jìn)行檢查，將機組開機至空轉(zhuǎn)后，模擬高壓油泵供油總管壓力低啟備泵信號接點動作（DI3-21）并切除其中一臺高頂油泵，模擬機組轉(zhuǎn)速大于155%信號（SOE1-24），檢查事故停機失敗后，導(dǎo)葉不應(yīng)該再次打開，此時注意觀察機組轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于30%時，手動投入機組制動閘，并將輔機調(diào)整至正常停機狀態(tài)，最后操作將泄壓閥組復(fù)歸。

實施效果：因暫無事故停機事件發(fā)生，暫無法通過實際情況進(jìn)行驗證，但在模擬試驗過程中，程序完善后機組未出現(xiàn)該異常情況。

3 總結(jié)

上述控制程序的優(yōu)化均已經(jīng)過實際運行驗證，保證了程序優(yōu)化后的可行性。同時此類程序優(yōu)化，也給其他貫流式機組的開停機流程起一定的示范作用，其他類似機組如也存在上述問題，可以在進(jìn)行驗證后優(yōu)化，縮短的開機時間非常明顯。但無論是機組程序還是非機組程序的修改，都建議在做好安全措施的情況進(jìn)行（如程序的事先備份和相關(guān)設(shè)備不在控制中等），避免因操作失誤導(dǎo)致程序出錯。