紫坪鋪水力發(fā)電廠機(jī)組LCU技術(shù)改造

潘亮

(紫坪鋪水力發(fā)電廠，四川成都 610091)

紫坪鋪水力發(fā)電廠機(jī)組LCU技術(shù)改造

潘亮

(紫坪鋪水力發(fā)電廠，四川成都 610091)

簡(jiǎn)要介紹了紫坪鋪水力發(fā)電廠技術(shù)改造后的機(jī)組LCU結(jié)構(gòu)、功能，分析了本次技改的關(guān)鍵點(diǎn)，討論了本次技改可靠性、經(jīng)濟(jì)性的平衡。

紫坪鋪水力發(fā)電廠；機(jī)組LCU；技術(shù)改造

紫坪鋪水力發(fā)電廠監(jiān)控系統(tǒng)采用分布式設(shè)計(jì)，機(jī)組LCU采用NARIMB80雙套冗余模式，通過(guò)光纖中繼器連接站控層設(shè)備，經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行，設(shè)備逐漸老化。為滿足安全生產(chǎn)需求，我廠于2014年決定對(duì)機(jī)組LCU進(jìn)行技術(shù)改造，要求改造后的機(jī)組LCU能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)出口斷路器、調(diào)速器及壓油裝置、勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)備、發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置、進(jìn)水口快速事故門(mén)控制系統(tǒng)、機(jī)組技術(shù)供水電動(dòng)減壓開(kāi)關(guān)閥、主供水管電動(dòng)開(kāi)關(guān)閥、主軸密封水電動(dòng)開(kāi)關(guān)閥、封閉母線測(cè)溫裝置等系統(tǒng)和外部自動(dòng)化元器件的監(jiān)測(cè)與控制，能夠?qū)Σ杉盘?hào)進(jìn)行邏輯判斷并生成相應(yīng)的綜合判斷信號(hào)，具備在收到事故信號(hào)后獨(dú)立動(dòng)作水機(jī)保護(hù)相關(guān)流程的能力。

1 機(jī)組LCU主要技術(shù)改造項(xiàng)目

從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際出發(fā)，為滿足新的技術(shù)要求，我廠對(duì)原有機(jī)組LCU進(jìn)行了以下改造:

(1)將現(xiàn)地控制單元所有PLC升級(jí)為由NARI公司生產(chǎn)的MB80E系列PLC。該P(yáng)LC均配置為冗余雙CPU、雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。雙機(jī)系統(tǒng)每個(gè)CPU插箱均配置了雙網(wǎng)卡，每個(gè)以太網(wǎng)卡配置為不同的以太網(wǎng)段，分別經(jīng)現(xiàn)地交換機(jī)接入站控層交換機(jī)并按雙CPU、雙以太網(wǎng)接口進(jìn)行配置。

本項(xiàng)升級(jí)保留了原系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)且每個(gè)CPU增加了一個(gè)備用網(wǎng)口，避免了因單個(gè)電接口損壞而造成的通道故障，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的可靠性。

(2)將CPU與上位機(jī)通信的原有光纖中繼器更換為赫斯曼MS20－0800SAAEHC模塊化交換機(jī)，配置2個(gè)光接口，4個(gè)電接口，使用交換機(jī)本身的光模塊，可在站控層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不作任何改動(dòng)的情況下接入上位機(jī)系統(tǒng)。本項(xiàng)升級(jí)替換了之前頻繁損壞的光纖收發(fā)器。由于赫斯曼交換機(jī)平均無(wú)故障工作時(shí)間(MTBF)為54．7 a，因此，將大幅度提升機(jī)組LCU與上位機(jī)通信這一關(guān)鍵通道的穩(wěn)定性，對(duì)提高整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性具有重要意義。

(3)對(duì)于直接影響機(jī)組運(yùn)行的關(guān)鍵元器件，如功率變送器、紅相表、交流采樣表等更新為新一代產(chǎn)品。同期裝置更換為SJ－12D雙微機(jī)手自動(dòng)同期裝置，增加了同期相位表、錄波功能及與上位機(jī)通訊的功能，同時(shí)增加了同步檢查繼電器，可有效防止非同期合閘。將功率變送器升級(jí)為SINEAX DME442可編程多功能電量變送器，模擬量輸出精度較原變送器0．5%的精度有較大程度地提升。由于機(jī)組無(wú)法在功率變送器故障的情況下發(fā)電運(yùn)行(此前我廠多次因功率變送器故障將機(jī)組退出備用狀態(tài))，故本項(xiàng)升級(jí)可有效改善這一情況。更高精度的功率變送器亦能縮小調(diào)節(jié)死區(qū)，改善機(jī)組調(diào)節(jié)能力。

(4)將下位機(jī)程序升級(jí)為南瑞公司目前使用的標(biāo)準(zhǔn)程序，并移植原程序中的所有功能。

升級(jí)后程序穩(wěn)定性、兼容性得到提升，并保留了如閉鎖除手動(dòng)調(diào)節(jié)之外的無(wú)功閉環(huán)調(diào)節(jié)等原程序具有的特殊功能。此外，將停機(jī)過(guò)程中投入風(fēng)閘的轉(zhuǎn)速節(jié)點(diǎn)從機(jī)組額定轉(zhuǎn)速的15%修改為20%，停機(jī)后風(fēng)閘持續(xù)投入，開(kāi)機(jī)流程中增加了退出風(fēng)閘這一節(jié)點(diǎn)，這一修改減少了機(jī)組停機(jī)過(guò)程中低轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)間，非常有利于改善機(jī)組整體工況。

(5)機(jī)組LCU開(kāi)關(guān)電源升級(jí)后集成度更高并新增了防雷保護(hù)裝置。我廠閘門(mén)LCU曾因雷電波入侵造成PLC背板損壞。本項(xiàng)升級(jí)后可提高電源的可靠性。

(6)將水機(jī)保護(hù)PLC數(shù)據(jù)引入上位機(jī)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，報(bào)警信息不進(jìn)入簡(jiǎn)報(bào)窗口，以免與主PLC告警信息混淆。上位機(jī)同步增加了機(jī)組水機(jī)保護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)。今后水機(jī)保護(hù)PLC動(dòng)作流程、信號(hào)可被監(jiān)視，事故追憶將有更加可靠的信息記錄。

(7)新增了模擬量輸出模件和模擬量隔離裝置，使機(jī)組LCU可對(duì)其他系統(tǒng)提供更多的支持，比如:將“凈水頭”信號(hào)送調(diào)速器電子調(diào)節(jié)柜，將“導(dǎo)葉開(kāi)度”信號(hào)引入同步相量測(cè)量裝置(PMU)。

(8)對(duì)所有I/O模件均進(jìn)行了優(yōu)化升級(jí)，采用了新的CPU芯片并對(duì)內(nèi)部電路進(jìn)行了全面改進(jìn)，同時(shí)，I/O模件與CPU模件的通訊增加了多重校驗(yàn)機(jī)制，增強(qiáng)了系統(tǒng)抗干擾能力。熱電阻測(cè)溫模件采用全新的硬件電路原理，有效地解決了其通道易損壞及溫度測(cè)值跳變等問(wèn)題，可有效避免溫度保護(hù)誤動(dòng)。

2 改造后的機(jī)組LCU結(jié)構(gòu)

改造后的機(jī)組LCU結(jié)構(gòu)功能框圖見(jiàn)圖1。

機(jī)組LCU由四面屏柜組成，采用廠用交流、直流互為備用的兩套電源系統(tǒng)供電。A1、A2、A3柜位于機(jī)旁，A4柜位于壩區(qū)機(jī)組進(jìn)水口控制室。A1柜冗余配置主控CPU兩套、開(kāi)關(guān)電源一套、附屬功能模件若干，A2、A3柜作為擴(kuò)展柜配置若干功能模件并通過(guò)總線與A1柜CPU通信，實(shí)現(xiàn)機(jī)組信號(hào)的采集與控制，A3除作為擴(kuò)展柜外還配有一套水機(jī)保護(hù)PLC，使用獨(dú)立的電源、程序及模件，A3柜與A4柜(遠(yuǎn)程I/O柜)采用多模光纖收發(fā)器通信，A4柜采集壩區(qū)外部系統(tǒng)上送的信號(hào)。

圖1 改造后的機(jī)組LCU結(jié)構(gòu)功能框圖

作為全廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中機(jī)組的現(xiàn)地監(jiān)控層，機(jī)組LCU通過(guò)交換機(jī)光接口模塊，使用以太網(wǎng)與上位機(jī)通信，主CPU通過(guò)總線與各個(gè)模件通信，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集與控制，所有信息由機(jī)組LCU處理完畢上送上位機(jī)系統(tǒng)，上位機(jī)和機(jī)組LCU本身產(chǎn)生的控制信號(hào)經(jīng)開(kāi)出模件送至受控系統(tǒng)或設(shè)備。

3 改造后的機(jī)組LCU具有的功能

機(jī)組LCU既向電站級(jí)系統(tǒng)上送采集到的各種數(shù)據(jù)和事件信息，接受廠級(jí)系統(tǒng)的指令對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制，又能脫離電站級(jí)獨(dú)立工作。機(jī)組的數(shù)據(jù)采集和控制操作的主要功能均由機(jī)組LCU獨(dú)立完成。其它的功能如全廠運(yùn)行監(jiān)視、事件報(bào)警、AGC、AVC、與外部系統(tǒng)通訊、統(tǒng)計(jì)記錄等功能則由機(jī)組LCU配合上位機(jī)完成。

3．1 各種信號(hào)的處理

機(jī)組LCU采集包括保護(hù)、調(diào)速、勵(lì)磁系統(tǒng)及其它設(shè)備上送的SOE信號(hào)、開(kāi)關(guān)量信號(hào)、模擬量信號(hào)、通訊量信號(hào)。機(jī)組LCU對(duì)采集到的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理并上送上位機(jī)。

改造后的所有開(kāi)關(guān)量狀態(tài)變化和監(jiān)控系統(tǒng)自診斷故障等各種信息均能實(shí)時(shí)監(jiān)視，并由上位機(jī)根據(jù)監(jiān)視結(jié)果對(duì)事件順序進(jìn)行記錄、報(bào)警處理等。

模擬量模件按掃描周期定時(shí)采集機(jī)組及輔助設(shè)備的模擬量數(shù)據(jù)，上送至上位機(jī)并存入歷史數(shù)據(jù)庫(kù)。由CPU模件對(duì)模擬量測(cè)值進(jìn)行越限檢查與報(bào)警，記錄越限點(diǎn)號(hào)、發(fā)生時(shí)間，越限值上送上位機(jī)。將越限的實(shí)時(shí)值恢復(fù)正常時(shí)進(jìn)行提示記錄，對(duì)越限值可在線整定。

3．2 邏輯判斷與執(zhí)行

機(jī)組LCU的事件順序記錄功能可反映系統(tǒng)或設(shè)備狀態(tài)的離散變化順序記錄。記錄各個(gè)重要事件的動(dòng)作順序、事件發(fā)生時(shí)間、事件名稱、事件性質(zhì)。事件和報(bào)警上送并儲(chǔ)存在站控級(jí)計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)。對(duì)于因設(shè)備停運(yùn)檢修、控制操作電源斷電等其它原因出現(xiàn)的故障，聯(lián)合上位機(jī)系統(tǒng)做出判斷并給出標(biāo)志。

當(dāng)下位機(jī)流程執(zhí)行發(fā)生過(guò)程阻滯時(shí)，可在上位機(jī)顯示阻滯原因。

機(jī)組LCU能對(duì)機(jī)組功率進(jìn)行監(jiān)視，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定。對(duì)被選定操作的斷路器、隔離開(kāi)關(guān)能立即顯示與本開(kāi)關(guān)操作連鎖有關(guān)的接線圖或邏輯表達(dá)式，當(dāng)條件滿足時(shí)，給出允許操作標(biāo)志，若不滿足，則指出閉鎖原因。

3．3 外部通信及自診斷功能

機(jī)組LCU系統(tǒng)通信規(guī)約基于TCP/IP協(xié)議，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)通信，串口與其他系統(tǒng)進(jìn)行通信?，F(xiàn)地控制單元LCU應(yīng)采用硬接線與外部GPS時(shí)鐘同步裝置時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行時(shí)鐘同步，SOE模塊采用分脈沖對(duì)時(shí)，CPU系統(tǒng)時(shí)鐘采用網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)。

系統(tǒng)具備自診斷能力，在線運(yùn)行時(shí)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的硬件及其接口自檢，包括外圍設(shè)備、通信接口、各種功能模件等。當(dāng)診斷出故障時(shí)，發(fā)出告警信號(hào)，對(duì)于冗余設(shè)備，能自動(dòng)切換到備用設(shè)備。

4 改造后的機(jī)組LCU運(yùn)行情況

改造完成后的機(jī)組LCU經(jīng)過(guò)半年時(shí)間的運(yùn)行檢驗(yàn)，機(jī)組LCU以往的易發(fā)故障點(diǎn)情況良好，與調(diào)速、勵(lì)磁等外部系統(tǒng)通信正常；有功、無(wú)功調(diào)節(jié)準(zhǔn)確、迅速，信號(hào)采集可靠，所有測(cè)點(diǎn)目前未發(fā)現(xiàn)故障；供電系統(tǒng)工作正常，開(kāi)關(guān)電源溫度較之前大幅下降；各告警節(jié)點(diǎn)動(dòng)作正常；機(jī)組LCU與上位機(jī)通信可靠，CPU主備切換正常，各模件工作正常；機(jī)組LCU流程無(wú)論在試驗(yàn)中或是實(shí)際運(yùn)行中均可靠執(zhí)行，事故信號(hào)響應(yīng)準(zhǔn)確無(wú)誤。

綜上所述，機(jī)組LCU改造消除了設(shè)備隱患與缺陷，使系統(tǒng)可靠性得到了保障，在此基礎(chǔ)上提高了電廠設(shè)備的整體運(yùn)行水平，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

5 結(jié)語(yǔ)

行業(yè)公認(rèn):電力二次系統(tǒng)技術(shù)改造因?yàn)樯婕捌湓刑厥夤δ艿谋Ａ?，以及與其他系統(tǒng)的對(duì)接、兼容性等原因往往比上馬一套新設(shè)備更為困難。在本次技術(shù)改造中，我廠機(jī)組LCU在保留原有功能的基礎(chǔ)上，提高了系統(tǒng)易用性和可靠性。本次技改并沒(méi)有對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)作結(jié)構(gòu)性改變，而是根據(jù)近10 a的設(shè)備運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對(duì)關(guān)鍵、易損部位進(jìn)行了強(qiáng)化，既能彌補(bǔ)之前設(shè)計(jì)上存在的漏洞，而且也降低了改造的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，還兼顧了經(jīng)濟(jì)性。在大幅強(qiáng)化某些關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和易損部件后，設(shè)備的可靠性將達(dá)到一個(gè)新的高度。由于系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的延用，大大減少了和其它系統(tǒng)聯(lián)調(diào)的工作量，也避免了在兼容性等方面的風(fēng)險(xiǎn)，在可靠性和經(jīng)濟(jì)性、可行性等方面達(dá)到了一個(gè)較好的平衡，可為廠內(nèi)其它下位機(jī)系統(tǒng)技改時(shí)提供借鑒。

TV7;TV734;TV738

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1001-2184(2015)05-0121-03

潘 亮(1983-)，男，四川遂寧人，工程師，從事水電廠自動(dòng)化監(jiān)控工作．

(責(zé)任編輯:李燕輝)

2015-05-05