淺談新建水電廠機(jī)組自動(dòng)化常見問題

劉曉敏

【摘 要】自動(dòng)化控制在水電廠運(yùn)行中扮演了重要角色，具有其特殊性，本文總結(jié)了紫坪鋪水力發(fā)電廠投產(chǎn)以來所遇到的一些實(shí)際問題，結(jié)合機(jī)組首次大修，從水電廠監(jiān)控系統(tǒng)切入，搜羅新建水電廠自動(dòng)化的某些常見問題，從PLC程序設(shè)計(jì)、安裝工藝、自動(dòng)化元件整定值設(shè)定以及設(shè)備的可靠性等幾個(gè)方面進(jìn)行歸類總結(jié)，并提出了改進(jìn)措施。

【關(guān)鍵詞】水電廠自動(dòng)化、問題、措施

【中圖分類號(hào)】TU714【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1672-5158（2013）02-0411-02

0 前言

紫坪鋪水利樞紐工程位于四川省岷江上游都江堰市麻溪鄉(xiāng)境內(nèi)，距成都60km，大壩為砼面板堆石壩，壩高156m，總庫容11.12億m3。紫坪鋪電站總裝機(jī)760MW（4×190MW），年發(fā)電量約34.17億kw·h，年利用小時(shí)4496h，以一回500kv出線接入成都環(huán)網(wǎng)。2005年11月第一臺(tái)機(jī)組發(fā)電，2006年5月最后一臺(tái)機(jī)組發(fā)電。2006年12月1#機(jī)組首次大修、2007年3月3#機(jī)組首次大修、2007年4月4#機(jī)組首次大修、2008年4月2#機(jī)組首次大修。

紫坪鋪電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用開放式分層分布系統(tǒng)，全分布數(shù)據(jù)庫。整個(gè)系統(tǒng)由電站主控級(jí)計(jì)算機(jī)和現(xiàn)地控制單元（LCU）組成，采用100Mbps冗余雙光纖交換式以太網(wǎng)聯(lián)結(jié)。電站各發(fā)電機(jī)組分別設(shè)置一套LCU，公用系統(tǒng)和500kV開關(guān)站各設(shè)置一套LCU，閘壩設(shè)置一套LCU。LCU直接監(jiān)控被監(jiān)控設(shè)備的生產(chǎn)過程，既可作為分布系統(tǒng)中的現(xiàn)地智能終端，又可作為獨(dú)立裝置單獨(dú)運(yùn)行。各LCU所有I/O板是南瑞公司制造的MB80智能模板。上位機(jī)采用南瑞公司NC2000系統(tǒng)。

紫坪鋪電廠投產(chǎn)以來，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)較好的完成了預(yù)定任務(wù)，但也遇到了各種問題，這些問題涉及了設(shè)計(jì)、安裝以及設(shè)備等各各方面，以下對(duì)某些具體且典型的問題進(jìn)行闡述，以便同行參考、指正。

1 PLC程序設(shè)計(jì)

2006年5月26日16時(shí)47分發(fā)生密封水中斷超時(shí)，流程自啟動(dòng)1#機(jī)組事故停機(jī)操作。對(duì)報(bào)警信號(hào)進(jìn)行檢查，密封水傳感器于5月25日發(fā)送中斷信號(hào)并保持，5月26日頂蓋水位傳感器發(fā)送水位過高信號(hào)。水機(jī)保護(hù)事故停機(jī)流程啟動(dòng)條件之一為密封水中斷10分鐘加頂蓋水位過高，條件滿足立即啟動(dòng)事故停機(jī)流程，經(jīng)檢查頂蓋水位傳感器在水位只有200mm時(shí)誤報(bào)頂蓋水位過高（此信號(hào)應(yīng)在水位600mm觸發(fā)）由此啟動(dòng)事故停機(jī)流程，此次事故由傳感器誤報(bào)引起。該事故較為典型，突出反映了設(shè)計(jì)思路必須符合現(xiàn)場的實(shí)際情況。設(shè)計(jì)人員充分考慮了水機(jī)保護(hù)，卻忽略了設(shè)備的可靠性，加之判定條件過于簡單，造成了此次事故的發(fā)生。經(jīng)長期運(yùn)行觀察：我廠主軸密封結(jié)構(gòu)較好，頂蓋漏水量較小，頂蓋自流排水相對(duì)通暢，積水基本可排除，加之中控室運(yùn)行人員監(jiān)盤，日常巡回以及水車室工業(yè)電視監(jiān)視可較好的保證機(jī)組安全運(yùn)行，后經(jīng)研究，為防止類似情況再次發(fā)生，將該保護(hù)流程取消。

紫坪鋪電廠原溫度保護(hù)（超限判定）為單瓦溫度大于60℃且小于85℃即執(zhí)行溫度保護(hù)事故停機(jī)流程，此判定過于簡單，一旦發(fā)生端子松動(dòng)、斷線等情況很容易使溫度保護(hù)誤動(dòng)引起事故停機(jī)，造成不必要的損失，為避免溫度保護(hù)誤動(dòng)情況發(fā)生，在PLC程序中對(duì)瓦溫越限判定進(jìn)行了優(yōu)化：

（1）每點(diǎn)溫度越限且小于上限溫度，具體為：推力瓦溫：>60℃且≤85℃；上導(dǎo)瓦溫：>65℃且≤85℃；下導(dǎo)瓦溫：>65℃且≤85℃；水導(dǎo)瓦溫：>65℃且≤85℃；如果溫度超過此設(shè)定溫度就閉鎖溫度保護(hù)不啟動(dòng)。

（2）采用梯度（每秒鐘溫度變化<±3℃）判定，將上一秒記錄的溫度與本次掃描周期溫度值進(jìn)行比較，如果大于設(shè)定的梯度值則閉鎖保護(hù)。

（3）任意相鄰兩點(diǎn)同時(shí)滿足以上1、2兩個(gè)條件且延時(shí)5秒啟動(dòng)事故停機(jī)。

采用此判定后就能有效的對(duì)斷線、端子松動(dòng)等情況造成的溫度異常升高進(jìn)行有效閉鎖。

通過以上兩個(gè)例子我們可以看出，監(jiān)控系統(tǒng)雖然完全正確的執(zhí)行了預(yù)定的程序，但結(jié)果卻不是我們所需要的，這就要求設(shè)計(jì)人員充分考慮現(xiàn)場可能發(fā)生的各種情況，以完善PLC程序設(shè)計(jì)。

2 安裝工藝

優(yōu)良的安裝工藝是電廠穩(wěn)定運(yùn)行的前提條件，通過近兩年的穩(wěn)定運(yùn)行，證明了我廠安裝工藝總體情況良好，但就監(jiān)控系統(tǒng)而言，依然存在個(gè)別問題。

2007年3月9日監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警出現(xiàn)混亂，某些未動(dòng)作的開關(guān)量信號(hào)出現(xiàn)異常報(bào)警，經(jīng)分析，初步判斷為監(jiān)控系統(tǒng)外圍回路存在接地短路現(xiàn)象。而要從全廠所有上送監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)中找到該接地點(diǎn)卻絕非易事，經(jīng)過數(shù)小時(shí)的查找、觀察，最終發(fā)現(xiàn)1#機(jī)組尾水門處水位傳感器信號(hào)線接地短路，因機(jī)組投產(chǎn)后該傳感器一直未安裝，信號(hào)線未做較好的絕緣包扎，導(dǎo)致此次故障的發(fā)生。電廠維護(hù)人員在投產(chǎn)初期也應(yīng)充分了解未引入監(jiān)控系統(tǒng)的信號(hào)并檢查該回路絕緣情況，最好斷開其輸入LCU的信號(hào)，待具備條件后再行接入。

我廠接機(jī)后發(fā)現(xiàn)4#機(jī)組推力油槽油位過高過低同時(shí)報(bào)警，經(jīng)查少鋪設(shè)了一根電纜，只有帶病運(yùn)行一年后在大修時(shí)進(jìn)行處理。

安裝工藝還體現(xiàn)在盤柜接線的規(guī)范化，安裝期間接線規(guī)范整齊、套頭、電纜編號(hào)標(biāo)注明確會(huì)為今后的日常維護(hù)及大修工作帶來很大的方便。

3 自動(dòng)化元件整定值的設(shè)定

自動(dòng)化元件整定值設(shè)定的合理性一般需要在長期的實(shí)際運(yùn)行中得到驗(yàn)證，往往初設(shè)中所設(shè)定的整定值與現(xiàn)場實(shí)際情況存在一定差異，這就要求在投產(chǎn)前的試驗(yàn)以及投產(chǎn)初期對(duì)現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤記錄。

2007年3月28日3#機(jī)組大修試驗(yàn)過程中，發(fā)生“停機(jī)過程中剪斷銷剪斷”導(dǎo)致緊急事故停機(jī)，經(jīng)檢查其原因?yàn)橥C(jī)過程中制動(dòng)閘充氣，致使剪斷銷氣源壓力下降至0.55Mpa（整定值）以下，壓力開關(guān)動(dòng)作。監(jiān)控系統(tǒng)認(rèn)為“剪斷銷”氣源壓力無壓，執(zhí)行緊急停機(jī)流程。對(duì)3#機(jī)組進(jìn)行加閘試驗(yàn)，加閘后氣源壓力下降至0.50Mpa左右，顯然原0.55Mpa的整定值偏高，后經(jīng)研究將“剪斷銷剪斷”等氣源壓力開關(guān)整定值調(diào)整至0.40Mpa。

2006年8月22日中控室頻報(bào)“2#機(jī)組空冷器冷卻水流量”中斷，經(jīng)檢查該信號(hào)頻繁報(bào)警是由于2#機(jī)組空冷器冷卻水流量計(jì)整定值設(shè)定偏小所致，最大流量設(shè)置為456 m3/h，中斷報(bào)警設(shè)置為3%（即中斷報(bào)警流量為13. 68 m3/h ），后將最大流量由456 m3/h改至800m3/h，現(xiàn)場實(shí)際流量為650 m3/h左右，中斷流量由3%改至20%（即中斷流量為160m3/h）。重新開啟關(guān)閉冷卻水試驗(yàn)，不再報(bào)中斷信號(hào)。

在日常的運(yùn)行中“發(fā)電機(jī)上導(dǎo)軸承冷卻水壓力”、“發(fā)電機(jī)推力、下導(dǎo)軸承冷卻水壓力”、“發(fā)電機(jī)水導(dǎo)導(dǎo)軸承冷卻水壓力”也時(shí)常誤報(bào)壓力過低信號(hào)，現(xiàn)場實(shí)際壓力為0.25-0.30Mpa，整定值設(shè)定為0.25Mpa，在已經(jīng)大修機(jī)組中我廠也將其整定值調(diào)整至0.15Mpa，目前運(yùn)行情況良好。

綜合以上實(shí)例，對(duì)于參與控制的自動(dòng)化元件，其整定值的設(shè)定尤顯重要，必須在投產(chǎn)前進(jìn)行充分的試驗(yàn)，掌握現(xiàn)場實(shí)際數(shù)據(jù)，從而避免投產(chǎn)后不必要的損失。對(duì)于普通的開關(guān)量報(bào)警信號(hào)，其整定值的設(shè)定可根據(jù)實(shí)際情況避開臨界值，以達(dá)到最好的監(jiān)視效果。

4 設(shè)備的可靠性

我廠水導(dǎo)油槽油混水裝置采用油槽底部安裝方式，投產(chǎn)以來由于頂蓋甩水，多次發(fā)生水導(dǎo)油槽“油混水”裝置誤報(bào)，維護(hù)人員采用各種方法對(duì)該裝置進(jìn)行防水處理，均未達(dá)到良好的效果，長期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明：就我廠水導(dǎo)油槽實(shí)際情況而言，油混水裝置不適合采用油槽底部安裝方式，目前廠部已考慮對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改造。

筆者認(rèn)為：自動(dòng)化元件誤報(bào)所帶來的隱患，其最主要的并非是誤報(bào)所帶來的后果，最大的隱患在于其產(chǎn)生的“狼來了”效應(yīng)。多次誤報(bào)往往會(huì)使運(yùn)行及維護(hù)人員產(chǎn)生麻痹思想，從而放松警惕，由此增大發(fā)生重大事故的幾率。新建電廠應(yīng)對(duì)自動(dòng)化元件的誤報(bào)率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，對(duì)于可靠性較差的自動(dòng)化元件應(yīng)考慮更換品牌，對(duì)于現(xiàn)場環(huán)境惡劣而造成誤報(bào)的，應(yīng)考慮進(jìn)行技改。

5 結(jié)束語

本文對(duì)通過對(duì)紫坪鋪水力發(fā)電廠投產(chǎn)以來監(jiān)控系統(tǒng)的常見問題進(jìn)行分析，希望能對(duì)同類水電廠自動(dòng)化的設(shè)計(jì)，安裝及維護(hù)工作有所啟發(fā)和幫助。

參考資料

[1] 紫坪鋪水力發(fā)電廠檢修記錄，紫坪鋪水力發(fā)電廠

[2] 方輝欽?，F(xiàn)代水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)與試驗(yàn).北京：中國電力出版社，2004，3