貫流式機組油輔控PLC雙冗余改造及控制邏輯優(yōu)化

張福成

（陜西漢江投資開發(fā)有限公司蜀河水力發(fā)電廠　陜西省　安康市　725721）

貫流式機組油輔控PLC雙冗余改造及控制邏輯優(yōu)化

張福成

（陜西漢江投資開發(fā)有限公司蜀河水力發(fā)電廠陜西省安康市725721）

蜀河水力發(fā)電廠為燈泡貫流式機型發(fā)電廠，由于水輪機組的油輔控系統(tǒng)設計選用的PLC單CPU系統(tǒng)，安全系數(shù)較低，存在設計缺陷。一旦PLC出現(xiàn)故障，將直接導致油輔控設備失去自動控制，進而引起機組油流中斷停機，調速系統(tǒng)失壓事故低油壓保護動作，漏油箱溢油等一系列事故。該廠在2015年的三號機組大修中，對三號機組油輔控PLC進行了雙冗余改造及控制邏輯優(yōu)化。同時，經(jīng)過試驗對油系統(tǒng)循環(huán)方式進行了改造。油輔控系統(tǒng)PLC由單CPU升級成雙機冗余系統(tǒng)后，油輔控系統(tǒng)的安全、可靠性極大提高，為整個機組的連續(xù)、穩(wěn)定運行提供了可靠保障。

貫流式機組；油輔控；PLC雙冗余改造；控制邏輯優(yōu)化；循環(huán)方式

1　概述

蜀河水電廠位于陜西省旬陽縣境內的漢江上游干流上，壩址在旬陽縣蜀河鎮(zhèn)上游約1km處，是漢江上游梯級開發(fā)規(guī)劃的第六個梯級水電站。電站設計安裝6臺45MW的燈泡貫流式水輪機組，其中三、四號機組為哈爾濱電機廠機組，其他機組為東方電機廠機組，總裝機容量為270MW，2010年10月全部機組投產(chǎn)。

2　油輔控PLC及所控制重要設備簡介（見表1）

蜀河水電廠三號機組現(xiàn)油輔控PLC控制系統(tǒng)安裝在主廠房189m層相應機組段，由原生產(chǎn)廠商江蘇金智提供安裝。PLC控制器采用VersaMax CPU為IC200CPUE05，PLC采用單CPU系統(tǒng)。PLC采集高位油箱、低位油箱、漏油箱、回油箱的油位信號，壓油罐的壓力信號及其他開關量、模擬量信號，主要控制兩臺壓油泵，兩臺高壓頂軸油泵，兩臺循環(huán)油泵，1臺漏油泵及其他部分輔助設備的運行，滿足機組調速器所需的壓力恒定，油系統(tǒng)油位、油流穩(wěn)定及機組啟停時高頂油泵正常投入。目前共有DI點128點，DO點64點，AI點8點。

三號機油輔控系統(tǒng)包括機組油系統(tǒng)集中控制部分、機組調速系統(tǒng)油壓裝置的控制、調速器漏油泵及機組高壓油頂起油泵控制、機組低位油箱循環(huán)油泵控制等4個部分組成。

油輔控集中控制屏包含油壓裝置集中控制回路、機組軸承高壓油頂起油泵與機組漏油泵的控制回路以及機組油系統(tǒng)循環(huán)油泵的控制回路，輔助設備的運行狀態(tài)信息由集中控制屏與機組LCU進行通信。

3　改造前設備運行狀況及改造意義

對燈泡貫流式水輪機組而言，油輔控系統(tǒng)是機組的一個非常重要的輔控系統(tǒng)，直接關系到整個機組的正常穩(wěn)定運行，是機組安全的重要保障。如果油系統(tǒng)出現(xiàn)問題，輕則導致機組停機，重則導致機組出現(xiàn)致命性損傷，嚴重威脅機組安全運行。自機組投運以來，由于我廠三號機組水輪機組的油輔控系統(tǒng)設計選用的PLC單CPU系統(tǒng)，安全系數(shù)較低，存在設計缺陷。運行中多次出現(xiàn)PLC故障停運，導致壓油泵，循環(huán)油泵，高壓頂軸油泵，漏油泵失去自動控制，進而引起機組油流中斷事故停機，壓油泵故障停運，漏油箱溢油等一系列事故，嚴重威脅機組安全運行，況且油輔控單CPU配置，也不符合中國大唐集團公司《防止電力生產(chǎn)重大事故的25項重點要求實施導則》（QCDT109 004-2005）L.1.1.2條“主要控制器應冗余配置，重要I/O點應考慮采用非同一板件的冗余配置”的規(guī)定。

表1　油輔控改造前PLC型號及重要控制設備參數(shù)

隨著PLC技術的發(fā)展，雙CPU冗余技術在PLC控制中得到大量應用，這一問題將得到解決。雙CPU冗余技術是指在一個PLC系統(tǒng)中有兩個CPU同時運行，一個為主，一個備用。系統(tǒng)隨時檢測CPU的工作狀態(tài)，一旦主CPU異常，系統(tǒng)立即將控制權自動切換到備用的CPU，保證PLC系統(tǒng)的正常運行，同時發(fā)出警告，提醒維修人員對出現(xiàn)的問題進行處理。由此，油輔控系統(tǒng)PLC由CPU升級成雙機冗余系統(tǒng)后，油輔控系統(tǒng)的可靠性將極大提高，進而為整個機組的運行提供可靠保障。同時，由于油輔控PLC在運行中多次出現(xiàn)不明原因的死機，引起兩臺循環(huán)油泵同時啟動等異?，F(xiàn)象，必須對控制邏輯進行優(yōu)化，為了增加循環(huán)油系統(tǒng)的穩(wěn)定性，決定結合機組大修完成循環(huán)油系統(tǒng)油循環(huán)方式的改造試驗，油輔控控制邏輯也必須加以改變。

4　改造的方案及實施過程

4.1硬件設備的安裝更換

經(jīng)過多方分析調研，制定出以下改造方案：將舊的GE品牌PLC機架拆除，安裝上新的施耐德昆騰67160雙機冗余系統(tǒng)與X80遠程IO分站，冗余機架通過以太網(wǎng)與分站IO機架通訊。新PLC系統(tǒng)采用DC24V供電。觸摸屏沿用舊的昆侖通態(tài)產(chǎn)品，與PLC通過以太網(wǎng)通訊。使用Unity編程軟件編寫新的控制邏輯。具體實施技術及要求如下：

（1）拆除掉原來的整套PLC控制模塊，改為全新的施耐德昆騰67160PLC雙機冗余系統(tǒng)，增加一個RTD模塊，原來PLC開入、開出模塊也更換掉，控制柜外回路及控制邏輯不變。要求用戶內存容量留有一定的裕度，并配備內部電池。

（2）PLC控制系統(tǒng)與計算機監(jiān)控系統(tǒng)相應LCU之間的通訊采用直接I/O通信方式。

（3）各可編程控制器系統(tǒng)裝置電源采用交直流供電方式，以實現(xiàn)不間斷供電。電源設備工作可靠并具有狀態(tài)和故障指示及過載保護能力。

（4）各可編程控制器系統(tǒng)的I/O接口具有光電隔離和抗干擾措施，輸入形式為繼電器獨立無源接點。出口繼電器的接點應能驅動現(xiàn)地的電氣設備。

（5）各可編程控制器系統(tǒng)中各設備的運行狀態(tài)及故障信號都有對外空接點信號輸出，每個信號的輸出獨立常開接點不少于二對。

（6）供系統(tǒng)用的變送器，其電源由本控制系統(tǒng)解決。

（7）繼電器

用于邏輯控制、信號擴展以及信號輸出的繼電器ABB公司生產(chǎn)的中間繼電器，繼電器的接點數(shù)量應滿足控制和信號回路的要求。

（8）元件電氣輸出量

開關量觸點應適應于控制電路，并不得低于其額定電流和電壓值。為用戶提供的接點應為在電氣上獨立且不接地的無源接點。

表2　改造后PLC清單

4.2控制邏輯的實現(xiàn)

4.2.1油系統(tǒng)大循環(huán)實驗

蜀河水電廠三號機組由哈爾濱電機設備有限公司生產(chǎn)，改造前潤滑油系統(tǒng)循環(huán)方式是：潤滑油由低位油箱經(jīng)過循環(huán)油泵輸出后通過濾油器、油冷卻器、M1電動閥、供油母管，至軸承冷卻潤滑后回到低位油箱。此循環(huán)方式簡稱為小循環(huán)方式。

循環(huán)油系統(tǒng)大循環(huán)方式為：潤滑油由低位油箱經(jīng)過循環(huán)油泵輸出后通過濾油器、油冷卻器、M2電動閥、高位油箱，經(jīng)M3電動閥至供油母管上的各只管道閥門進行油流分配，進入各軸承冷卻潤滑后回到低位油箱，簡稱為大循環(huán)方式。大循環(huán)方式循環(huán)油路通過高位油箱采用重力供油方式進行機組正常運行的冷卻潤滑。

循環(huán)油的循環(huán)方式直接決定了循環(huán)油泵及其附屬設備的控制邏輯。2014年11月3日及2015年4月中旬，經(jīng)過多次實驗，完成了循環(huán)油泵大循環(huán)改造后的靜態(tài)及動態(tài)自動實驗，循環(huán)油泵及油系統(tǒng)運行良好。

4.2.2油輔控PLC控制邏輯的確定

系統(tǒng)改造后壓油泵、漏油泵、補氣閥、高頂油泵、電加熱等設備控制邏輯進行優(yōu)化，基本邏輯不變。對循環(huán)油泵控制邏輯如下：

循環(huán)油泵控制邏輯：

（1）循環(huán)油系統(tǒng)維持現(xiàn)在的小循環(huán)運行方式時（備用方式）控制方式及控制邏輯不變。

（2）循環(huán)油系統(tǒng)改為大循環(huán)運行方式時（改造后實際運行方式）設計控制邏輯如圖1。

圖1　

5　結束語

2015年5月11日，三號機完成油輔控PLC雙冗余改造及控制邏輯優(yōu)化后經(jīng)過調試后正式投運，三號機循環(huán)油系統(tǒng)以大循環(huán)方式投入運行，隨著機組開機令，循環(huán)油系統(tǒng)一次投運成功，運行效果良好，為三號機機組大修后的整體正常投運奠定了良好的基礎。

蜀河電廠三號機組油輔控PLC雙冗余改造、控制邏輯優(yōu)化，以及潤滑油大循環(huán)改造的圓滿成功，極大地減少了PLC運行中的故障幾率，提高了輔控設備的運行可靠性，潤滑油大循環(huán)方式降低了循環(huán)油泵切換瞬間或者循環(huán)油泵短時間故障時造成油流中斷而事故停機的風險，據(jù)初步計算，在循環(huán)油泵自動運行時因故造成兩臺循環(huán)油泵同時故障時，高位油箱的油可以提供近5min的時間才達到“事故低油位”，這就為運行人員事故處理提供了時間，如果條件許可，處理及時，可以有效的避免機組非停，也可以有效地防止斷油燒瓦的惡性事故。運行實踐，三號機組油輔控PLC雙冗余改造、控制邏輯優(yōu)化，對機組的安全、穩(wěn)定運行具有極其重大的意義。

TG233.1

A

1673-0038（2015）39-0249-03

2015-9-12

張福成（1966-），工程師，設備部電氣專業(yè)管理人員。