亭子口電站機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)及其優(yōu)化

(嘉陵江亭子口水利水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川 蒼溪，628400)

亭子口電站采用南瑞自控公司SSJ-3000型水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，采用基于UNIX/Windows操作系統(tǒng)跨平臺(tái)的全分布開(kāi)放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的NC2000監(jiān)控系統(tǒng)軟件。系統(tǒng)由實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)器、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、操作員工作站、工程師工作站、培訓(xùn)工作站、語(yǔ)音報(bào)警服務(wù)器、調(diào)度通訊服務(wù)器、廠內(nèi)通信服務(wù)器、WEB服務(wù)器、LCU(包括機(jī)組LCU、公用LCU、開(kāi)關(guān)站LCU和大壩LCU)等組成分布式體系，系統(tǒng)采用傳輸速率為1000Mbps的工業(yè)以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)全部接入該網(wǎng)絡(luò)。

1 開(kāi)停機(jī)流程及其判據(jù)的改造和優(yōu)化

1.1 開(kāi)停機(jī)流程原設(shè)計(jì)判據(jù)

1.1.1 機(jī)組開(kāi)機(jī)流程

原設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的開(kāi)機(jī)流程：發(fā)開(kāi)機(jī)令，開(kāi)機(jī)條件滿足，開(kāi)輔機(jī)(投技術(shù)供水、投主軸密封水、退檢修密封、啟動(dòng)碳粉收集裝置、啟動(dòng)吸油霧裝置、拔鎖錠、退加熱器、啟動(dòng)水導(dǎo)外循環(huán)油泵、投高頂、撤風(fēng)閘)，調(diào)速器開(kāi)機(jī)，轉(zhuǎn)速大于90%Ne退高頂，投勵(lì)磁系統(tǒng)，投準(zhǔn)同期裝置，合發(fā)電機(jī)出口斷路器，機(jī)組帶20MW預(yù)定負(fù)荷，開(kāi)機(jī)完成。

其中開(kāi)機(jī)條件為：機(jī)組停機(jī)態(tài)，水機(jī)回路無(wú)保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，事故配壓閥已退出，緊急停機(jī)電磁閥已退出，機(jī)組無(wú)事故信號(hào)，勵(lì)磁無(wú)故障信號(hào)，勵(lì)磁在自動(dòng)方式，勵(lì)磁系統(tǒng)遠(yuǎn)控有效，調(diào)速器遠(yuǎn)方位置，調(diào)速器無(wú)事故，制動(dòng)閘全部復(fù)歸，制動(dòng)氣壓正常，接力器鎖錠投入位置，進(jìn)水口閘門(mén)全開(kāi)，水導(dǎo)外循環(huán)油泵遠(yuǎn)方方式，出口斷路器發(fā)電機(jī)側(cè)地刀分位，出口斷路器主變側(cè)地刀分位。

1.1.2 機(jī)組停機(jī)流程

原設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的停機(jī)流程：發(fā)停機(jī)令，機(jī)組減負(fù)荷，有功無(wú)功減至零，跳發(fā)電機(jī)出口斷路器，退勵(lì)磁，調(diào)速器停機(jī)，轉(zhuǎn)速小于90%Ne投高頂，導(dǎo)葉全關(guān)，轉(zhuǎn)速小于20%Ne投風(fēng)閘，投制動(dòng)粉塵吸收裝置，轉(zhuǎn)速小于3%Ne延時(shí)30s投鎖錠，停輔機(jī)(退技術(shù)供水、退主軸密封水、退高頂、撤風(fēng)閘、退水導(dǎo)外循環(huán)油泵、退碳粉收集裝置、退制動(dòng)粉塵收集裝置、退吸油霧裝置、投加熱器、投檢修密封)。

1.2 開(kāi)停機(jī)流程中對(duì)具體操作環(huán)節(jié)的邏輯判據(jù)探討

1.2.1 各部導(dǎo)軸承油位正常、壓油罐油位正常及調(diào)速器回油箱油位正常

取消開(kāi)機(jī)條件中各部導(dǎo)軸承油槽油位正常、壓油罐油位正常及調(diào)速器回油箱油位正常判據(jù)，改為由運(yùn)行人員自行判斷各部導(dǎo)軸承油槽油位、壓油罐油位及調(diào)速器回油箱油位是否適合開(kāi)機(jī)。目的是簡(jiǎn)化開(kāi)機(jī)流程中限制條件，提高機(jī)組開(kāi)機(jī)成功率。

1.2.2 制動(dòng)風(fēng)閘已頂起判據(jù)

原設(shè)計(jì)制動(dòng)風(fēng)閘已頂起的判據(jù)為所有12塊風(fēng)閘中只要任意有1塊風(fēng)閘制動(dòng)腔位置開(kāi)關(guān)動(dòng)作，即判斷制動(dòng)風(fēng)閘已頂起。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中可能存在風(fēng)閘未完全頂起但位置開(kāi)關(guān)接點(diǎn)動(dòng)作的情況。為提高可靠性，避免機(jī)組停機(jī)投風(fēng)閘過(guò)程中風(fēng)閘未完全頂起引起機(jī)組慢轉(zhuǎn)，將制動(dòng)風(fēng)閘已頂起的判據(jù)改為所有12塊風(fēng)閘位置開(kāi)關(guān)全部動(dòng)作，若任一個(gè)及以上位置開(kāi)關(guān)未動(dòng)作到位都判風(fēng)閘未頂起。

1.2.3 開(kāi)輔機(jī)流程及其判據(jù)的改造和優(yōu)化

將“停機(jī)至空轉(zhuǎn)控制流程1/3”在“投入技術(shù)供水”后對(duì)技術(shù)供水正常判據(jù)“軸承外循環(huán)冷卻水正常、水導(dǎo)冷卻水正常、空冷器冷卻水正常、技術(shù)供水總管正?！?，由于未設(shè)計(jì)上導(dǎo)、下導(dǎo)及推力軸承冷卻水是否正常后再執(zhí)行流程，新增加了“上導(dǎo)軸承冷卻水流量正常、下導(dǎo)及推力軸承冷卻水流量正?！痹賵?zhí)行流程。同理，在空轉(zhuǎn)至停機(jī)控制流程3/4中判斷技術(shù)供水關(guān)閉正常，也對(duì)應(yīng)增加上導(dǎo)、下導(dǎo)及推力冷卻水關(guān)閉正常判斷。

1.3 開(kāi)停機(jī)流程的優(yōu)化和改造

1.3.1 優(yōu)化后的開(kāi)機(jī)流程

發(fā)開(kāi)機(jī)令，開(kāi)機(jī)條件滿足，開(kāi)輔機(jī)(投技術(shù)供水、投主軸密封水、啟動(dòng)碳粉收集裝置、退檢修密封、啟動(dòng)排油霧裝置、啟動(dòng)水導(dǎo)外循環(huán)油泵、投高頂、拔鎖錠、撤風(fēng)閘)，調(diào)速器開(kāi)機(jī)，轉(zhuǎn)速大于90%Ne退高頂，投勵(lì)磁裝置，投準(zhǔn)同期裝置，合發(fā)電機(jī)出口斷路器，機(jī)組帶20MW基荷，開(kāi)機(jī)完成。

1.3.2 優(yōu)化后的停機(jī)流程

發(fā)停機(jī)令，機(jī)組減負(fù)荷，有功無(wú)功減至零，跳發(fā)電機(jī)出口斷路器，退勵(lì)磁、調(diào)速器停機(jī)，轉(zhuǎn)速小于90%Ne投高頂，導(dǎo)葉全關(guān)，轉(zhuǎn)速小于20%Ne投風(fēng)閘，投制動(dòng)粉塵吸收裝置，轉(zhuǎn)速小于3%Ne投鎖錠，停輔機(jī)(退技術(shù)供水、退主軸密封水、退高頂、撤風(fēng)閘、退水導(dǎo)外循環(huán)油泵、退碳粉收集裝置、退制動(dòng)粉塵收集裝置、退排油霧裝置、投檢修密封)。

2 對(duì)機(jī)組PLC事故流程的優(yōu)化和改進(jìn)〔1〕

2.1 根據(jù)25項(xiàng)反措要求，在原設(shè)計(jì)PLC機(jī)械事故停機(jī)流程中增加4個(gè)停機(jī)點(diǎn)啟動(dòng)事故停機(jī)流程：“定子線棒溫度過(guò)高”，“定子鐵芯溫度過(guò)高”，“定子鐵芯上齒板溫度過(guò)高”，“定子鐵芯下齒板溫度過(guò)高(均為RTD相鄰兩點(diǎn)或任意三點(diǎn)出口)”。

2.2 原設(shè)計(jì)“機(jī)組運(yùn)行時(shí)冷卻水中斷”直接啟動(dòng)事故停機(jī)流程，沒(méi)有增加壓板，且自動(dòng)化元件采集的開(kāi)關(guān)量和模擬量不可靠，容易使機(jī)組誤停機(jī)。修改為在機(jī)組運(yùn)行時(shí)相應(yīng)的“上導(dǎo)冷卻水中斷、上導(dǎo)瓦溫度高報(bào)警”、“下導(dǎo)及推力軸承冷卻水中斷、下導(dǎo)瓦溫度高報(bào)警、推力瓦溫度高報(bào)警”、“水導(dǎo)軸承冷卻水中斷、水導(dǎo)瓦溫度高報(bào)警”、“空冷器冷卻水中斷、空冷器熱風(fēng)溫度高報(bào)警”、“技術(shù)供水中斷”，同時(shí)增加1個(gè)總的輸出硬壓板，提高了可靠性。

2.3 原設(shè)計(jì)“機(jī)組運(yùn)行時(shí)主軸密封水中斷”直接啟動(dòng)事故停機(jī)流程，沒(méi)有出口壓板，當(dāng)密封水中斷為信號(hào)誤報(bào)時(shí)，經(jīng)過(guò)延時(shí)10min會(huì)直接啟動(dòng)停機(jī)流程，沒(méi)有相應(yīng)保護(hù)措施。修改為新增加一個(gè)總出口硬壓板，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行投退。

2.4 原設(shè)計(jì)緊急事故停機(jī)流程啟動(dòng)條件“停機(jī)過(guò)程剪斷銷(xiāo)剪斷”，不符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。修改為在緊急事故停機(jī)流程啟動(dòng)條件中，“電氣事故停機(jī)或機(jī)械事故停機(jī)過(guò)程剪斷銷(xiāo)剪斷”才啟動(dòng)緊急事故停機(jī)流程。

3 水機(jī)保護(hù)回路邏輯的改造和優(yōu)化〔2〕

我廠機(jī)組水機(jī)保護(hù)回路依據(jù)事故的緊急程度分為3類(lèi)：

一般事故停機(jī)：投入調(diào)速器停機(jī)，跳出口斷路器，跳滅磁開(kāi)關(guān)，投入調(diào)速器緊急停機(jī)電磁閥，啟動(dòng)停機(jī)流程。(若轉(zhuǎn)速115%Ne、導(dǎo)葉空載以上、主配拒動(dòng)和斷路器分閘位置，除了啟動(dòng)以上條件外，還需投入事故配壓閥，但不落快速門(mén))

緊急事故停機(jī)：投入調(diào)速器停機(jī)，跳出口斷路器，跳滅磁開(kāi)關(guān)，投入調(diào)速器緊急停機(jī)電磁閥，投事故配壓閥，落快速閘門(mén)，啟動(dòng)停機(jī)流程。

3.1 一般事故停機(jī)的啟動(dòng)條件

瓦溫上上限(上導(dǎo)、下導(dǎo)、推力、水導(dǎo)軸承瓦溫溫度過(guò)高)延時(shí)5s；調(diào)速器事故停機(jī)按鈕按下，機(jī)組LCU事故停機(jī)按鈕按下，轉(zhuǎn)速115%Ne、導(dǎo)葉空載以上、主配拒動(dòng)和斷路器分閘位置延時(shí)5s。

原設(shè)計(jì)未設(shè)調(diào)速器事故停機(jī)按鈕按下啟動(dòng)一般事故停機(jī)，當(dāng)按下按鈕時(shí)只是投入緊急停機(jī)電磁閥，將導(dǎo)葉全關(guān)，不執(zhí)行其他操作。此種設(shè)計(jì)方式，不利于機(jī)組在緊急情況下輔設(shè)的正常投退。根據(jù)實(shí)際情況，增加調(diào)速器事故停機(jī)按鈕按下啟動(dòng)一般事故停機(jī)和PLC機(jī)械事故流程。

3.2 瓦溫上上限(各部導(dǎo)瓦溫度過(guò)高)邏輯判據(jù)

原水機(jī)保護(hù)回路中對(duì)瓦溫上上限(上導(dǎo)、下導(dǎo)、推力、水導(dǎo)軸承瓦溫溫度過(guò)高)啟動(dòng)一般事故停機(jī)，是通過(guò)發(fā)電機(jī)、水輪機(jī)儀表柜上的上導(dǎo)2塊、下導(dǎo)2塊、推力4塊、水導(dǎo)3塊瓦的溫度數(shù)字顯示表任一塊超過(guò)定值，均動(dòng)作事故停機(jī)。此種設(shè)計(jì)在安全性及可靠性上均存在缺陷。數(shù)顯表計(jì)本身也存在干擾問(wèn)題容易誤動(dòng)，修改為上導(dǎo)瓦串聯(lián)、下導(dǎo)瓦串聯(lián)、推力瓦串聯(lián)、水導(dǎo)瓦串聯(lián)，四者之間再并聯(lián)，輸出延時(shí)5s啟動(dòng)一般事故停機(jī)和PLC機(jī)械事故停機(jī)流程，提高了機(jī)組運(yùn)行可靠性。(另一種方式是通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)的測(cè)溫LCU柜采集所有導(dǎo)瓦及推力瓦的溫度，由監(jiān)控判斷上導(dǎo)、下導(dǎo)、推力、水導(dǎo)瓦任意3塊，相鄰2塊瓦瓦溫過(guò)高啟動(dòng)PLC機(jī)械事故停機(jī)流程)

3.3 轉(zhuǎn)速115%Ne、導(dǎo)葉空載以上、主配拒動(dòng)和斷路器分閘位置邏輯判據(jù)

轉(zhuǎn)速115%Ne、導(dǎo)葉空載以上、主配拒動(dòng)和斷路器分閘位置延時(shí)5s，原設(shè)計(jì)是投入調(diào)速器停機(jī)、跳出口斷路器、跳滅磁開(kāi)關(guān)、投入調(diào)速器緊急停機(jī)電磁閥、啟動(dòng)停機(jī)流程。但是當(dāng)轉(zhuǎn)速115%Ne、導(dǎo)葉空載以上和斷路器分閘位置條件滿足時(shí)，根據(jù)機(jī)械液壓油路圖，如果主配拒動(dòng)，投入緊急停機(jī)電磁閥后通過(guò)主配無(wú)法將導(dǎo)葉關(guān)至零，修改為啟動(dòng)條件滿足時(shí)再增加投入事故配壓閥。

3.4 緊急事故停機(jī)的啟動(dòng)條件

機(jī)械過(guò)速150%Ne，電氣過(guò)速145%Ne、電氣過(guò)速115%Ne、斷路器分閘位置，事故低油壓(3取2)，機(jī)組LCU緊急停機(jī)按鈕動(dòng)作，中控室緊急停機(jī)按鈕動(dòng)作，事故停機(jī)過(guò)程中剪斷銷(xiāo)剪斷。

3.5 機(jī)械過(guò)速150%Ne邏輯判據(jù)

原設(shè)計(jì)為機(jī)械過(guò)速150%Ne、電氣過(guò)速115%Ne和斷路器分閘位置均滿足時(shí)，啟動(dòng)緊急事故停機(jī)。因?yàn)闄C(jī)械過(guò)速150%Ne作為機(jī)組最后一級(jí)過(guò)速保護(hù)，當(dāng)發(fā)生機(jī)組飛逸轉(zhuǎn)速超過(guò)150%Ne時(shí)，過(guò)速保護(hù)裝置動(dòng)作使其油路直接通過(guò)事故配壓閥先導(dǎo)閥驅(qū)動(dòng)事故配壓閥將導(dǎo)葉全關(guān)，不需判斷其他附加條件。修改為機(jī)械過(guò)速150%Ne時(shí)，直接啟動(dòng)緊急事故停機(jī)。

3.6 水機(jī)保護(hù)回路的實(shí)現(xiàn)方式

我廠機(jī)組水機(jī)保護(hù)是通過(guò)繼電器等硬接線組成的一套獨(dú)立的水機(jī)保護(hù)，在回路中有相應(yīng)的出口硬壓板。同時(shí)將水機(jī)保護(hù)各事故啟動(dòng)源引入到機(jī)組監(jiān)控PLC程序中，當(dāng)水機(jī)保護(hù)動(dòng)作時(shí)，機(jī)組PLC也能啟動(dòng)相應(yīng)的事故停機(jī)流程，提高了可靠性和安全性。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)亭子口電站機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)重點(diǎn)內(nèi)容的改造，及對(duì)1號(hào)至4號(hào)機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)控制邏輯的改造和優(yōu)化，提高了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行和機(jī)組自動(dòng)開(kāi)停機(jī)成功率。

〔1〕盛世儒等.水力發(fā)電廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)技術(shù)條件.北京：中華人民共和國(guó)電力工業(yè)部，1997.

〔2〕姜樹(shù)德等.水力發(fā)電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)定.北京：中華人民共和國(guó)電力工業(yè)部，1996.