PLC在燈泡貫流機組控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

陳文博

安溪蘭田水電有限公司 福建 泉州 353104

1 燈泡貫流機組輔助設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)組成

根據(jù)燈泡貫流機組主機的特點，相應(yīng)的輔助設(shè)備可分為油、水、氣等系統(tǒng)。本文重點介紹如下四個方面輔助設(shè)備的作用：

1）供油系統(tǒng)

機組軸承瓦的冷卻采用油外循環(huán)方式。潤滑油由回油箱通過油泵將油送至油冷卻器再到高位油箱，然后由高位油箱送至機組的各部軸承瓦再回到回油箱，周而復(fù)始。

2）高壓油頂起系統(tǒng)

為了減少機組開停機時 （即并網(wǎng)前或解網(wǎng)后）軸承瓦的摩擦力，避免燒瓦事故，采用高壓頂起的裝置，即用高壓油通過水導(dǎo)、發(fā)導(dǎo)兩邊將機組抬高0.10mm左右。

3）技術(shù)供水系統(tǒng)

提供潤滑油的冷卻，發(fā)電機的定、轉(zhuǎn)子冷卻和主軸密封水的供給。

4）通風(fēng)系統(tǒng)

發(fā)電機的溫度除了通過發(fā)電機定子外壁向流道水散熱外，主要通過通風(fēng)機將風(fēng)送至空冷器實行內(nèi)循環(huán)降溫。

根據(jù)上述的基本結(jié)構(gòu)，若機組運轉(zhuǎn)的過程中潤滑油斷流或開停機過程不能將機組頂起，都有可能致使機組燒瓦的嚴重事故；技術(shù)供水系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)的故障會使軸瓦和發(fā)電機定子溫度迅速升高等嚴重后果。

2 貫流機組常見事故實例

2.1 機組軸承燒瓦事故

機組轉(zhuǎn)動過程，不管是何種方式，只要軸承潤滑油斷油，最終都可能導(dǎo)致燒瓦，大致可歸納如下三方面：

1）機組在運行中軸承潤滑油斷油

福建北津電廠，總裝機 50MW（2×25MW），在2011年8月份，由于PLC出現(xiàn)故障，輔助設(shè)備全部停運，機組軸承潤滑油斷油，再加上事故發(fā)生在大夜期間，運行人員沒有及時發(fā)現(xiàn)，最后導(dǎo)致機組軸承瓦燒毀的嚴重事故，直接損失達60多萬元。類似事故在福建已發(fā)生兩起。

2）機組蠕動

由于機組導(dǎo)葉間隙的變大，漏水量也隨之增大。致使機組在停機態(tài)時以緩慢的速度在轉(zhuǎn)動，此時稱為機組蠕動狀態(tài)。機組蠕動時，由于沒有高壓頂起和油外循環(huán)，最終導(dǎo)致燒瓦。此現(xiàn)象曾在福建某電廠出現(xiàn)。

3）誤操作

由于操作人員的失誤，當(dāng)調(diào)速器在手動位且在不具備開機條件時，將機組手動開機，最后導(dǎo)致燒瓦事故。

2.2 水機自動化元件誤動引起事故停機

1）流量信號裝置誤動。

2）溫度信號繼電器由于外部干擾信號引起誤動。

3 應(yīng)對措施

3.1 優(yōu)化輔助控制系統(tǒng)的設(shè)計與改造

根據(jù)北津電廠的事故，從PLC硬件的配置，油泵控制回路，PLC自診斷功能上進行全面分析。

PLC硬件配置：PLC采用美國GE公司生產(chǎn)的GE90-30系列產(chǎn)品，CPU模板采用IC693CPU360，輸入模塊IC693MDL655，輸出模塊IC693MDL753。

油泵控制電路（其它輔助設(shè)備控制回路原理一樣）如下圖1：

圖1 油泵控制回路

從圖1油泵控制電路分析，PLC開出繼電器K直接控制油泵的運行狀態(tài)，當(dāng)PLC出現(xiàn)故障，開出繼電器K失去勵磁時，油泵便會停止運轉(zhuǎn)，且對主機失去控制，即使高位油箱出現(xiàn)事故低油壓也無法進行事故停機，最終導(dǎo)致燒瓦事故。因此，要解決上述現(xiàn)象可從如下四個方面進行：

1）選擇合理的輸出模塊，當(dāng)CPU出現(xiàn)死機時，輸出繼電器應(yīng)能保持當(dāng)前運行狀態(tài)，即應(yīng)具備故障預(yù)置功能。IC693MDL753輸出模塊不具備故障預(yù)置功能，當(dāng)PLC出現(xiàn)故障時，PLC開出繼電器全部復(fù)歸。若輸出模塊采用IC693MDL754，便具有故障預(yù)置功能，正常運行時可設(shè)置為故障維持狀態(tài),即當(dāng)PLC出現(xiàn)故障，，開出繼電器便能維持在當(dāng)前狀態(tài)，從而使油泵繼續(xù)運行。

2）從油泵控制回路進行改進，如圖2：

圖2 改進后的油泵控制回路

由圖2可以看出，油泵啟動時瞬動接點K1動作，依靠QC接觸器輔助接點進行自保持，需要停泵時由K2斷開，即使PLC出現(xiàn)故障，也不會使油泵停止運行。

3）輔機控制部分采用單獨PLC控制，與機組PLC控制分開。

雖然采用此方案造價較高，但卻大大提高了運行可靠性。兩套PLC同時出現(xiàn)故障的概率極低，當(dāng)控制輔機PLC出現(xiàn)故障后，控制主機PLC正常，在流油出現(xiàn)斷流等故障時能及時進行事故停機；當(dāng)控制主機的PLC故障時，輔機工作正常，不致產(chǎn)生斷流等現(xiàn)象。

4）采用PLC自診斷較強的產(chǎn)品，當(dāng)PLC出現(xiàn)故障后及時報警。GE90-30系列PLC不具備PLC故障時報警功能，而施耐德Premium控制器便具備系統(tǒng)位報警功能，軟件設(shè)計如下圖3：

圖3 系統(tǒng)位報警軟件設(shè)計

根據(jù)圖3所示，若系統(tǒng)位%S12置1時，則上位機顯示PLC工作正常；若%S12置0時，可能是PLC或通信故障。這樣上位機便能及時了解PLC的運行情況。

因此，從北津電廠燒瓦事故中分析，無論PLC硬件選型、外電路設(shè)計等幾方面都存在一定的缺陷，最終才導(dǎo)致燒瓦的嚴重事故。

3.2 提出反事故措施 并做好PLC流程處理預(yù)案，確保安全生產(chǎn)

機組蠕動，誤操作均可導(dǎo)致燒瓦，因此，軟件設(shè)計時，在采集機組蠕動、誤操作的判斷分析后，應(yīng)啟動相應(yīng)的PLC事故處理流程，以確保機組的安全。

3.2.1 機組蠕動信號的采集

機組蠕動時，由于發(fā)電機PT殘壓很低，依靠PT信號難以測速，因此轉(zhuǎn)速信號裝置應(yīng)具有齒盤測速功能。測機組蠕動信號的技術(shù)要求：在一定范圍可設(shè)置，一般在 0～3%ne，當(dāng)轉(zhuǎn)速＞3%ne時，蠕動信號應(yīng)該返回，否則，正常開機后會產(chǎn)生誤動信號；轉(zhuǎn)速信號應(yīng)該是上升時導(dǎo)通,下降時斷開，這樣可以確認機組是由靜止到轉(zhuǎn)動；且發(fā)出蠕動信號時應(yīng)延時一定時間，以避免在剛開機或干擾信號引起的誤動。

3.2.2 機組誤動判據(jù)

所謂的機組誤動，是指機組由于誤操作或?qū)~剪銷剪斷，使機組以一定的速度在轉(zhuǎn)動，它的速度大于蠕動的速度。其判據(jù)如下圖4所示，其中J3為轉(zhuǎn)速繼電器在轉(zhuǎn)速下降時導(dǎo)通（一般取n＜70%ne），反之?dāng)嚅_，這樣可避免停機過程的誤動；另外，判斷轉(zhuǎn)速一般在3%ne＜n＜90%ne范圍內(nèi)，因為機組的轉(zhuǎn)速在＞90%ne時，退出高頂裝置，誤動判據(jù)也要退出；同時要經(jīng)過一定延時，以避免干擾而導(dǎo)致的誤動。

圖4 機組誤動判據(jù)

3.2.3 機組蠕動或誤動啟動PLC處理流程

在機組蠕動或誤操作時應(yīng)及時提醒運行人員發(fā)現(xiàn)和處理問題并提供軸承的潤滑油；同時也使制動閘退出，避免制動閘出現(xiàn)磨損甚至干燒的事故。另外，調(diào)速器手動操作時更容易產(chǎn)生誤操作，因此，產(chǎn)生誤操作后應(yīng)進入緊急停機流程 （即落重錘關(guān)機）。在程序設(shè)計時，應(yīng)注意高頂泵的取油口，若取自供油泵出口，則應(yīng)先啟動供油泵后再啟動高頂泵。具體處理流程詳見圖5：

圖5 機組蠕動或誤動處理流程

4 選擇可靠的自動化元件 注意安裝調(diào)試方式 避免機組誤動作 提高運行的可靠性

4.1 流量開關(guān)的選型與安裝

由于燈泡貫流機組的潤滑油采用的油外循環(huán)方式，潤滑油的流量或流速受油的溫度、粘度影響較大，這樣對油流信號裝置的選型、安裝調(diào)試等方面提出了較高的要求。

1）擋板式流量開關(guān)的價格昂貴，若選型不當(dāng)仍不能可靠動作。熱導(dǎo)式流量開關(guān)性價比較高，若安裝調(diào)試合理，仍然滿足機組保護的要求。安裝時宜布置在導(dǎo)軸承的進油側(cè)，流速較快，因為熱導(dǎo)式流量開關(guān)主要是采集流速，同時，在根據(jù)主機廠家提供的數(shù)據(jù)調(diào)整好各導(dǎo)軸承的流量后，觀察各部瓦的溫度再作相應(yīng)的流量調(diào)整，待機組運行穩(wěn)定后，記錄各導(dǎo)軸承流速的顯示值，最后確定動作值；若動作值整定太大，油流信號裝置動作太靈敏，容易造成誤動；若動作值整定太小，則反應(yīng)太慢，斷流保護延時時間較長，對機組不利。如采用SW6000型流量計，具有顯示數(shù)字化，易于設(shè)定動作值且無需采用電位器調(diào)整而引起的誤差等優(yōu)點。

2）貫流機組在開機時，潤滑油流量達到穩(wěn)定需要一定時間，下達開機令后要延時一段時間才能啟動機組，否則容易造成開機時由于流量開關(guān)的誤動作而引起停機事故。因此，備用機組的回油箱應(yīng)設(shè)置自動加熱裝置，同時在上位機增設(shè)油流循環(huán)遙控命令，在開機前可以先進行油循環(huán)，這樣便可以縮短開機并網(wǎng)時間和提高運行的可靠性。

4.2 測溫裝置的選型與安裝注意事項

市場上測溫裝置品種繁多，在選型時應(yīng)重視產(chǎn)品的抗干擾措施，如三明無線電八廠生產(chǎn)的TDS-3000系列智能數(shù)字測控儀，比較適宜電站采用，因具備較強抗干擾能力，除采用數(shù)字濾波器外，對環(huán)境的影響采用校零技術(shù)；在防止電磁干擾方面：對繼電器的影響采用變頻輸出方式驅(qū)動繼電器；對數(shù)據(jù)顯示采用剔除、加權(quán)方式處理；針對較強且持續(xù)時間較長的干擾信號采用趨勢抗干擾措施等等。

如果電廠內(nèi)計算機的工作接地與廠內(nèi)一次設(shè)備的工作接地沒有分開，則在布置測溫導(dǎo)線屏蔽層接地時，不能采用兩側(cè)接地，只能單側(cè)接地且接地點在測溫裝置側(cè)，同時測溫線應(yīng)盡量遠離動力電纜布置，只有這樣才能更好的避免外部干擾而引起的誤動作。因為動力電纜在電動機起動過程中，由于交流電壓不斷變化，在熱電阻信號閉環(huán)回路中，將產(chǎn)生磁場，感應(yīng)出一個交流電壓，此感應(yīng)電壓與熱電阻的阻值同時送至溫度變送器的輸入端，在其輸出端就產(chǎn)生一個交流感應(yīng)電壓與直流電壓疊加的電壓，使測溫裝置運算錯誤甚至產(chǎn)生誤動引起事故停機。

5 結(jié)束語

基于上述PLC在貫流機組控制系統(tǒng)中應(yīng)用的觀點在福建紅湖水電廠貫流機組 （總裝機容量為16MW（2×8MW））控制中得到充分的應(yīng)用，即對PLC硬件及程序、外部接線等進行優(yōu)化，并作好反事故預(yù)案。電廠自2005年開始發(fā)電運行至今，效果良好。

上述防止燒瓦的技術(shù)方案雖然簡單，但許多設(shè)計院與計算機監(jiān)控廠家都容易忽視且已造成慘重損失，亟待引起重視。

［1］崔明.變電站與水電站綜合自動化［M］.北京：中國水利水電出版社，2005.

［2］GE公司技術(shù)文檔GE90-30系列PLC安裝和 用戶手冊［R］.1999.

［3］殷華明，汪鋒，李昕.綜合監(jiān)控系統(tǒng)誤報主變溫度過高的原因及改進［J］.電世界，2005，（5）.