大型抽水蓄能電站中控室獨(dú)立緊急按鈕系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉鵬龍，張紅方，吳小鋒

（河南國(guó)網(wǎng)寶泉抽水蓄能有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453636）

大型抽水蓄能電站中控室獨(dú)立緊急按鈕系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉鵬龍，張紅方，吳小鋒

（河南國(guó)網(wǎng)寶泉抽水蓄能有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453636）

論述了大型抽水蓄能電站中央控制室獨(dú)立于電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的緊急按鈕系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)、設(shè)計(jì)原則、典型方案等內(nèi)容。

抽水蓄能；緊急按鈕；安全控制

1 前言

大型抽水蓄能電站一般由上水庫(kù)、下水庫(kù)、輸水系統(tǒng)、地下廠房洞室群、地面開(kāi)關(guān)站等建筑物組成，具有上、下水庫(kù)落差大，機(jī)組轉(zhuǎn)速高，設(shè)備分布區(qū)域廣泛等特點(diǎn)，為了保障電站主設(shè)備及地下洞室群安全，根據(jù)以下有關(guān)規(guī)程規(guī)范及反措要求，抽水蓄能電站應(yīng)在中控室設(shè)置獨(dú)立于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的緊急按鈕系統(tǒng)，用于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)失靈或其他緊急情況下，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的安全控制和事故閘門(mén)的緊急落門(mén)操作，最大限度的保障主設(shè)備及地下洞室群的安全。

（1）能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NB/T 35004-2013《水力發(fā)電廠自動(dòng)化設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范》第3.1.1條：“……在中控室和機(jī)旁應(yīng)設(shè)置獨(dú)立于監(jiān)控系統(tǒng)的事故閘門(mén)緊急關(guān)閉按鈕及回路，并以硬接線（包括獨(dú)立光纖）的形式接至閘門(mén)的控制回路。對(duì)于有長(zhǎng)尾水洞的抽水蓄能電站，需要遠(yuǎn)方緊急關(guān)閉的事故閘門(mén)包括上水庫(kù)側(cè)和尾水側(cè)的事故閘門(mén)?！?/p>

（2）電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 5208-2005《抽水蓄能電站設(shè)計(jì)導(dǎo)則》第11.3.7條：應(yīng)在中控室設(shè)置緊急停機(jī)和緊急關(guān)閉上、下水庫(kù)事故閘門(mén)的可靠措施。

（3）國(guó)家能源局發(fā)布的《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》第9.1.8條：機(jī)組應(yīng)配備必要的、可靠的、獨(dú)立于分散控制系統(tǒng)的硬手操設(shè)備（如緊急停機(jī)停爐按鈕），以確保安全停機(jī)停爐。第9.5.1.4條：設(shè)置的緊急事故停機(jī)按鈕應(yīng)能在現(xiàn)在控制單元失效的情況下完成事故停機(jī)功能，必要時(shí)可在遠(yuǎn)方設(shè)置緊急事故停機(jī)按鈕。

（4）國(guó)家電網(wǎng)公司發(fā)布的《水電廠重大反事故措施》第3.1.1.2條：抽水蓄能電站中控室應(yīng)配置緊急停機(jī)和緊急關(guān)閉上、下水庫(kù)事故閘門(mén)的可靠設(shè)施。

2 設(shè)計(jì)原則

本文涉及的緊急按鈕不包括電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、繼電保護(hù)系統(tǒng)、火災(zāi)等系統(tǒng)或設(shè)備中涉及的緊急按鈕以及在現(xiàn)地設(shè)置的緊急按鈕。

抽水蓄能電站獨(dú)立緊急按鈕系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般按照以下原則：

（1）一般包括各機(jī)組緊急停機(jī)按鈕，各上庫(kù)事故閘門(mén)緊急落門(mén)按鈕，各尾水事故閘門(mén)緊急落門(mén)按鈕，水淹廠房按鈕等。

（2）完全獨(dú)立于電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，和計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)形成冗余安全控制。

（3）控制回路應(yīng)簡(jiǎn)單可靠，宜采用220 V DC強(qiáng)電設(shè)計(jì)，無(wú)直流電源時(shí)應(yīng)采用UPS交流電源。

（4）控制信號(hào)傳輸距離較遠(yuǎn)時(shí)宜采用光纖傳輸。

（5）上庫(kù)事故閘門(mén)緊急落門(mén)應(yīng)聯(lián)動(dòng)同一引水道的相應(yīng)機(jī)組停機(jī)，尾水事故閘門(mén)緊急落門(mén)應(yīng)聯(lián)動(dòng)相應(yīng)機(jī)組停機(jī)，水淹廠房應(yīng)聯(lián)動(dòng)各上庫(kù)事故閘門(mén)落門(mén)、各尾水事故閘門(mén)落門(mén)和各機(jī)組停機(jī)，機(jī)組主軸密封供水取自主進(jìn)水閥上游側(cè)壓力鋼管時(shí)，水淹廠房還應(yīng)聯(lián)動(dòng)關(guān)閉機(jī)組主軸密封供水閥門(mén)。聯(lián)動(dòng)邏輯由硬布線或PLC編程實(shí)現(xiàn)。

（6）緊急按鈕一般安裝在運(yùn)行監(jiān)屏人員易于操作的位置，具有自鎖功能并配置防護(hù)蓋。

（7）各按鈕信號(hào)接入電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)LCU，用于監(jiān)視各緊急按鈕的狀態(tài)并作為計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)安全控制邏輯的觸發(fā)條件。

3 緊急按鈕功能配置

以一個(gè)安裝有4臺(tái)機(jī)組的大型抽水蓄能電站為例，安裝在中央控制室獨(dú)立于電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的緊急按鈕系統(tǒng)的功能配置及聯(lián)動(dòng)關(guān)系見(jiàn)表1所示。

表1 緊急按鈕系統(tǒng)的功能配置及聯(lián)動(dòng)關(guān)系

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 方案一

此方案不用PLC設(shè)備，使用硬布線設(shè)計(jì)，緊急按鈕信號(hào)直接經(jīng)開(kāi)關(guān)量光端機(jī)遠(yuǎn)傳至地下廠房和上庫(kù)，進(jìn)而執(zhí)行相應(yīng)的緊急操作，控制回路簡(jiǎn)潔明了，原理示意圖見(jiàn)圖1。

說(shuō)明：

（2）SB5～SB8：分別為1～4號(hào)尾閘緊急落門(mén)按鈕

（3）SB11：水淹廠房按鈕

（4）上庫(kù)事故閘門(mén)緊急落門(mén)應(yīng)聯(lián)動(dòng)同一引水道的相應(yīng)機(jī)組停機(jī)，尾水事故閘門(mén)緊急落門(mén)應(yīng)聯(lián)動(dòng)相應(yīng)機(jī)組停機(jī)，水淹廠房應(yīng)聯(lián)動(dòng)各上庫(kù)事故閘門(mén)落門(mén)、各尾水事故閘門(mén)落門(mén)和各機(jī)組停機(jī)。聯(lián)動(dòng)邏輯由硬布線實(shí)現(xiàn)。

（5）機(jī)組主軸密封供水取自主進(jìn)水閥上游側(cè)壓力鋼管時(shí)，水淹廠房還應(yīng)聯(lián)動(dòng)關(guān)閉機(jī)組主軸密封供水閥門(mén)（圖1中未體現(xiàn)此內(nèi)容）。

（6）水淹廠房、尾水閘門(mén)和上庫(kù)閘門(mén)的聯(lián)動(dòng)邏輯可在緊急按鈕輸入側(cè)搭建，也可在出口回路側(cè)搭建。

（7）落尾閘回路應(yīng)考慮尾閘和主進(jìn)水閥的安全閉鎖，即主進(jìn)水閥全關(guān)且工作密封投入才允許落尾閘。

（8）緊急停機(jī)出口回路接至相應(yīng)的發(fā)電電動(dòng)機(jī)出口斷路器雙分閘線圈回路、發(fā)電電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)直流磁場(chǎng)斷路器分閘回路、水泵水輪機(jī)導(dǎo)葉事故配壓閥回路、機(jī)組主進(jìn)水閥事故配壓閥回路，從電氣和水力上可靠的隔離機(jī)組。

又寫(xiě)作“留幕”?！夺屆め屢路罚骸傲裟?，冀州所名，大褶下至膝者也?！边@里“留幕”指的是冀州這個(gè)地方稱“大褶下至膝”這種服飾為“留幕”。也就是說(shuō)，衣服的“大褶”覆蓋了膝蓋，蘊(yùn)含了“覆蓋”這一義項(xiàng)?！恶壯庞?xùn)纂·卷三》：“留幕，大褶衣也。”考其音韻地位：留，屬來(lái)母尤韻，“絡(luò)”，屬來(lái)母鐸韻?！傲簟薄敖j(luò)”一組詞的韻部聯(lián)系屬“旁對(duì)轉(zhuǎn)”，讀音同樣相近，因此可以判斷，二者為一組連綿詞。

（9）機(jī)組繼電保護(hù)設(shè)置有機(jī)組緊急停機(jī)安全控制回路時(shí)，緊急停機(jī)出口回路可接入繼電保護(hù)緊急停機(jī)回路。

（10）緊急落尾閘出口回路接至相應(yīng)的尾閘控制柜接口端子排。

（11）緊急落上庫(kù)事故閘門(mén)出口回路接至相應(yīng)的上庫(kù)事故閘門(mén)控制柜接口端子排。

（12）各按鈕信號(hào)接入電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)LCU，用于監(jiān)視各緊急按鈕的狀態(tài)并作為計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)安全控制邏輯的觸發(fā)條件。

圖1 方案一原理示意圖

圖2 方案二原理示意圖

4.2 方案二

此方案配置PLC設(shè)備，結(jié)合硬布線設(shè)計(jì)，緊急按鈕信號(hào)直接接入PLC輸入，在PLC內(nèi)進(jìn)行邏輯編程，PLC輸出經(jīng)開(kāi)關(guān)量光端機(jī)遠(yuǎn)傳至地下廠房和上庫(kù)，進(jìn)而執(zhí)行相應(yīng)的緊急操作，原理示意圖見(jiàn)圖2。

說(shuō)明：

（1）SB1～SB4：分別為1～4號(hào)機(jī)組緊急停機(jī)按鈕

（2）SB5～SB8：分別為1～4號(hào)尾閘緊急落門(mén)按鈕

（3）SB11：水淹廠房按鈕

（4）上庫(kù)事故閘門(mén)緊急落門(mén)應(yīng)聯(lián)動(dòng)同一引水道的相應(yīng)機(jī)組停機(jī)，尾水事故閘門(mén)緊急落門(mén)應(yīng)聯(lián)動(dòng)相應(yīng)機(jī)組停機(jī)，水淹廠房應(yīng)聯(lián)動(dòng)各上庫(kù)事故閘門(mén)落門(mén)、各尾水事故閘門(mén)落門(mén)和各機(jī)組停機(jī)。聯(lián)動(dòng)邏輯由PLC編程實(shí)現(xiàn)。

（5）機(jī)組主軸密封供水取自主進(jìn)水閥上游側(cè)壓力鋼管時(shí)，水淹廠房還應(yīng)聯(lián)動(dòng)關(guān)閉機(jī)組主軸密封供水閥門(mén)（圖2中未體現(xiàn)此內(nèi)容）。

（6）落尾閘回路應(yīng)考慮尾閘和主進(jìn)水閥的安全閉鎖，即主進(jìn)水閥全關(guān)且工作密封投入才允許落尾閘

（7）緊急停機(jī)出口回路接至相應(yīng)的發(fā)電電動(dòng)機(jī)出口斷路器雙分閘線圈回路、發(fā)電電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)直流磁場(chǎng)斷路器分閘回路、水泵水輪機(jī)導(dǎo)葉事故配壓閥回路、機(jī)組主進(jìn)水閥事故配壓閥回路，從電氣和水力上可靠的隔離機(jī)組。

（8）機(jī)組繼電保護(hù)設(shè)置有機(jī)組緊急停機(jī)安全控制回路時(shí)，緊急停機(jī)出口回路可接入繼電保護(hù)緊急停機(jī)回路。

（9）緊急落尾閘出口回路接至相應(yīng)的尾閘控制柜接口端子排。

（10）緊急落上庫(kù)事故閘門(mén)出口回路接至相應(yīng)的上庫(kù)事故閘門(mén)控制柜接口端子排。

（11）各按鈕信號(hào)接入電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)LCU，用于監(jiān)視各緊急按鈕的狀態(tài)并作為計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)安全控制邏輯的觸發(fā)條件。

5 提高可靠性的措施

緊急按鈕系統(tǒng)作為備用緊急安全控制設(shè)備，其重要性不言而喻，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)既要保證安全性，也要保證可靠性，做到“不拒動(dòng)、不誤動(dòng)”，從以下幾個(gè)方面可提高系統(tǒng)的可靠性。

（1）控制電源采用直流強(qiáng)電，提高回路的抗干擾性能。

（2）遠(yuǎn)距離傳輸信號(hào)采用光纖介質(zhì)，提高回路的抗干擾性能。

（3）控制出口回路繼電器采用延時(shí)大功率繼電器并具有抑制過(guò)電壓措施（常為續(xù)流二極管或阻容回路），可有效提高回路的可靠性。

（4）遠(yuǎn)距離傳輸信號(hào)使用的光傳輸設(shè)備應(yīng)具有上電/失電抑制功能，防止設(shè)備上電/失電時(shí)誤出口動(dòng)作。

（5）信號(hào)傳輸采用獨(dú)立的電纜和光纜，不與其他設(shè)備或系統(tǒng)共用或復(fù)用，電纜敷設(shè)和接地應(yīng)規(guī)范。

（6）使用PLC時(shí)，PLC及其信號(hào)線應(yīng)規(guī)范接地，PLC電源宜采用隔離電源。

（7）緊急按鈕采用動(dòng)作后自鎖，需用專(zhuān)用鑰匙復(fù)歸的按鈕，并設(shè)置防護(hù)罩。

（8）設(shè)備具有良好的運(yùn)行環(huán)境，溫濕度滿足自動(dòng)化元件基本技術(shù)條件相關(guān)要求。

TV743

A

1672-5387（2017）01-0022-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.01.006

2016-03-30

劉鵬龍（1984-），男，高級(jí)工程師，從事抽水蓄能監(jiān)控自動(dòng)化運(yùn)維工作。