發(fā)電機水機保護的改進應(yīng)用

李益明

摘 要：水電站緊急停機保護通常也稱作水機保護回路，是水電站安全運行的一道保護屏障。探討了利用PLC來完成水機保護自動化功能，從設(shè)計方案、設(shè)計原則等方面進行描述，表明基于PLC的水機保護系統(tǒng)的優(yōu)勢和特點。

關(guān)鍵詞：水機保護；可編程控制器PLC；水電站

1 引言

目前，水輪發(fā)電機組水力機械保護傾向選用獨立于機組 LCU電源、回路、CPU的PLC控制系統(tǒng)，這樣可保證出口單位緊急動作，并根據(jù)故障類別將信息傳輸?shù)絾卧狶CU啟動相應(yīng)的停機程序，設(shè)計的靈活性讓系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性大大提高。此系統(tǒng)的應(yīng)用，相對于傳統(tǒng)的電路而言，可把水電廠行業(yè)安全推廣了一個較高的水平，對水資源保護的科學性和可靠性大大提高。但以前對于機組的水機保護的重視不夠，相關(guān)的研究較少。而這種類型的機組在一些地區(qū)應(yīng)用較多，有必要進行研究。本文對于發(fā)電機保護水機的應(yīng)用進行了討論。

2 基于PLC的水機保護系統(tǒng)的優(yōu)越性

基于PLC的水機保護系統(tǒng)比傳統(tǒng)的斷電器形態(tài)下的水機保護系統(tǒng)具有許多優(yōu)點，一是保護制水機采用了一套獨立的工業(yè)級PLC，集成的DI、DO、AI、RTD模塊，信號處理不受限制，可靠性高，具體良好的整合性；二是通過PLC編程，可以實現(xiàn)各種保護控制邏輯，形成各種報警、關(guān)機邏輯，調(diào)試、運行和維護的工作量大大減少，功能擴展靈活方便；三是可直接存取單元的模擬量和RTD的量，并且可方便地實現(xiàn)模擬量、RTD量的各種組合判斷方案，判斷功能包括斷線、梯度變化測量等；四是水機保護動作過程中可以自動記錄，并能確定時間，方便事故分析。

2.1 保護范圍

PLC編程更靈活，保障范圍可以涵蓋所有關(guān)鍵部件。根據(jù)故障的嚴重程度分為MARK0一類機械事故，MARK2二類機械事故。之間的差異在于MARK0和MARK2是主要的行動的后果：MARK2一般代表的機械事故，導(dǎo)葉關(guān)閉，停機即可；MARK0表示嚴重的機械事故，除了關(guān)閉導(dǎo)葉外，還需要緊急關(guān)閉進水口閘門。在PLC中使用MARK來定義的各類安全事故，不僅可以方便設(shè)計不同的緊急行動、保護的過程中，還可以幫助運營商快速確定故障的性質(zhì)和采取相應(yīng)的措施。

⑴MARK0。保護范圍：MARK0轉(zhuǎn)速大于115%Ne（額定轉(zhuǎn)速，下同）且調(diào)速器故障、緊急停機時剪斷銷故障、機械過速保護裝置動作、轉(zhuǎn)速大于150%Ne、事故低油壓、進水口閘門下滑至事故位等。上述幾種故障的發(fā)生，表明渦輪導(dǎo)向葉片可能會失控，或者干脆關(guān)閉導(dǎo)葉，并無法控制事故，因此還需要關(guān)閉入口閘門實施機組停機。

⑵MARK2。MARK2機械分為水輪機機械事故和發(fā)電機機械事故。如：轉(zhuǎn)速大于115%Ne、冷卻水中斷、溫度保護等以及變壓器電氣保護裝置的電源故障或閉鎖。

2.2 防誤動措施及動作后果

PLC采取一些必要的措施，以防止誤操作。如調(diào)速液壓系統(tǒng)油位過低采用開關(guān)模擬量相結(jié)合的模式，可以有效地避免單一的信號不能被信任造成誤關(guān)機。

MARK0和MARK2行動，快速關(guān)斷過程中，由PLC自動停機?？焖訇P(guān)機過程中使用SFC（順序功能塊）編程，快速停止緊急停機電磁閥，快速關(guān)閉導(dǎo)葉的直接行動，可確保安全快速關(guān)機。 MARK0快速關(guān)機的過程中，緊急關(guān)閉入口閘門。為了確保該單位事故可以可靠地快速停止和減少損害的單位，快速關(guān)機過程中提出了以下措施：一是水機事故沒有立即切除電路。要迅速關(guān)閉導(dǎo)葉，導(dǎo)葉回到怠速位置，避免造成過速從而提高機械部位的損傷；二是先行動緊急停機電磁閥關(guān)閉導(dǎo)葉，故障動作分配閥，進水口快速門作為最后一道保險故；三是優(yōu)先采用變頻，延時5s未能滅磁跳開直流滅磁開關(guān)，利用滅磁電阻消能。

3 基于PLC的水機保護系統(tǒng)的設(shè)計

保護水機系統(tǒng)的PLC相對于水機保護系統(tǒng)的傳統(tǒng)的繼電器形式的基礎(chǔ)上，在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時要結(jié)合自身的特點，以下是設(shè)計的注意事項：一是基于PLC系統(tǒng)的水機保護應(yīng)采用一套獨立的PLC完成，由于信號采集量不大，PLC可用于小型產(chǎn)品。二是基于PLC的水機保護系統(tǒng)，可獨立設(shè)置屏幕，可以還可以設(shè)置屏幕監(jiān)控系統(tǒng)的控制面板。在任何情況下，面板、電源電路設(shè)計，采用開放的回路電纜設(shè)備，不與計算機監(jiān)控系統(tǒng)的回路并接。三是基于PLC的水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的信號源保護系統(tǒng)對單位分開，有些信號確實不能分開需要安裝中間繼電器進行擴展。四是為了避免相互干擾，PLC保護系統(tǒng)和水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)之間的不進行數(shù)據(jù)通信。IO通過的DI/DO的方式交換。五是在條件允許的情況下，也可是一個PLC汽輪機保護系統(tǒng)配置的小觸摸屏，易于設(shè)置參數(shù)和查看運行，故障狀態(tài)。六是簡化PLC水機保護系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集量。由于PLC的水機保護系統(tǒng)主要用于發(fā)電機保護，不僅關(guān)系到信號的采集和水機的保護與正常運行，控制信號和指令不進入PLC水機的保護系統(tǒng)中去。七是PLC監(jiān)控系統(tǒng)及保護系統(tǒng)水機和主計算機的保護動作命令發(fā)出平行的，相互獨立的。同時動作到機組事故配壓閥、調(diào)速器急停閥等自動化設(shè)備上。

4 現(xiàn)場實施與調(diào)試

目前，已經(jīng)實現(xiàn)多個水電站基于PLC 的水機保護系統(tǒng)，投入運行，其可靠性、靈活性、運行維護方便性均得到現(xiàn)場運行維護人員的肯定。

雖然根據(jù)基于PLC的水保護電路的設(shè)計原則，但在實施和調(diào)試過程中，會遇到一些問題，下面是經(jīng)常會遇到的情況的總結(jié)。一是確認信號源分離的問題。很多設(shè)備信號源是唯一的，兩套系統(tǒng)不能分開使用；二是PLC水機保護系統(tǒng)與電站主計算機監(jiān)控系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換問題。PLC監(jiān)控系統(tǒng)的保護系統(tǒng)只上傳數(shù)據(jù)，不接收計算機監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)。三是水機保護過程中的流程與監(jiān)控系統(tǒng)流程配合問題?？刹捎肞LC水機保護系統(tǒng)與電站主計算機監(jiān)控系統(tǒng)相同的停機流程，同時作用到對象設(shè)備上。目前，在多個水電站水機保護系統(tǒng)中投入運行，其可靠性、靈活性較好，便捷的操作對于系統(tǒng)的維護和操作非常有利。

5 結(jié)語

本文對PLC程序和傳統(tǒng)的水機的保護電路進行了分析，主要對保護范圍、注意事項進行了總結(jié)分析，為水機保護的事故處理和維修提供了一定的參考。

[參考文獻]

[1]王定一.水電廠計算機監(jiān)視與控制[M].中國電力出版社，2001.

[2]楊云，潘苗苗，洪浩，等.三峽電廠監(jiān)控LCU程序設(shè)計中信號處理技術(shù)研究[J].水電站機電技術(shù)，2007（6）.