機(jī)組抽水調(diào)相啟動(dòng)不成功事件的分析

何 秋

（華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 天臺(tái)317200）

1 引言

抽水蓄能電站機(jī)組主要有發(fā)電、發(fā)電調(diào)相、抽水、抽水調(diào)相、停機(jī)五種穩(wěn)定工況，機(jī)組各種工況的轉(zhuǎn)換由機(jī)組順控流程執(zhí)行，上位機(jī)只需下達(dá)工況轉(zhuǎn)換命令，順控流程按照預(yù)先設(shè)定步序順序執(zhí)行，直至到達(dá)一種新的穩(wěn)定工況。順控流程的掃描周期為所有流程全部執(zhí)行一遍的時(shí)間，即PLC按照程序從左到右，從上到下，順序掃描各輸入點(diǎn)的狀態(tài)，對(duì)用戶程序進(jìn)行運(yùn)算處理，然后順序向各輸出點(diǎn)發(fā)出相應(yīng)信號(hào)的全過(guò)程的執(zhí)行時(shí)間。整個(gè)完整過(guò)程包括輸入采樣、程序處理、輸出刷新三個(gè)階段。掃描周期本身受機(jī)組現(xiàn)地控制單元的信號(hào)采集、邏輯處理及網(wǎng)絡(luò)通信能力的制約。

某蓄能電站機(jī)組順控流程的掃描周期原為700 ms，經(jīng)技術(shù)改造后縮短為100 ms。改造后在一次抽水調(diào)相開機(jī)過(guò)程中，發(fā)生一起機(jī)組壓水流程執(zhí)行超時(shí)導(dǎo)致機(jī)組抽水方向啟動(dòng)不成功的事件。

2 事件現(xiàn)象

某抽蓄電站在一次SFC（靜止變頻器）拖動(dòng)抽水調(diào)相開機(jī)時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)速大于10%額定轉(zhuǎn)速，機(jī)組順控邏輯打開充氣壓水閥開始?jí)核?，后由于上位機(jī)報(bào)壓水失敗導(dǎo)致機(jī)組啟動(dòng)失敗。

抽水蓄能機(jī)組抽水調(diào)相啟動(dòng)一般采用SFC拖動(dòng)的方式啟動(dòng)，機(jī)組轉(zhuǎn)速?gòu)牧阒鸩缴仙令~定轉(zhuǎn)速，然后并網(wǎng)轉(zhuǎn)抽水。為了降低機(jī)組轉(zhuǎn)輪在水中旋轉(zhuǎn)的阻力，采用向尾水管注入高壓氣體，使轉(zhuǎn)輪在空氣中旋轉(zhuǎn)，減小向系統(tǒng)吸收有功。一般蓄能機(jī)組在轉(zhuǎn)速達(dá)到10%額定轉(zhuǎn)速時(shí)開始向尾水管壓氣，直至將水位壓轉(zhuǎn)輪以下，待需轉(zhuǎn)抽水時(shí)將氣體排出。在本次事件中由于機(jī)組壓水失敗導(dǎo)致順控流程步序S4S-4執(zhí)行超時(shí)，機(jī)組抽水調(diào)相啟動(dòng)失敗。

2.1 某電站機(jī)組壓水邏輯介紹

查看機(jī)組壓水流程邏輯，壓水流程子程序共分為5步，第1步為打開壓水閥，第2步為15 s后關(guān)閉壓水閥，第3步再次打開壓水閥，第4步壓水正常后關(guān)閉壓水閥，第5步打開泄壓閥，壓水成功。

每個(gè)步序?yàn)橐粋€(gè)程序執(zhí)行宏模塊，主要包括預(yù)條件輸入、命令發(fā)出、信號(hào)反饋三部分，本步序反饋滿足即發(fā)出步序執(zhí)行成功的OK信號(hào)，前一個(gè)步序執(zhí)行成功的OK信號(hào)作為下一個(gè)步序的預(yù)條件，每個(gè)步序有執(zhí)行時(shí)間限制，超出時(shí)間將會(huì)報(bào)流程超時(shí)報(bào)警，任一步序的預(yù)條件丟失也會(huì)導(dǎo)致程序執(zhí)行失敗。具體詳見下頁(yè)表1和圖1～圖4。

表1 壓水流程簡(jiǎn)介

圖1 壓水步序二邏輯圖

圖2 壓水步序三邏輯圖

圖3 壓水步序四邏輯圖

圖4 壓水步序五邏輯圖

一般情況下，機(jī)組壓水流程只需充氣壓水閥打開一次便可將尾水管水位壓至轉(zhuǎn)輪以下，即機(jī)組壓水流程執(zhí)行完步序二時(shí)，壓水步序三和步序四的反饋均已滿足，不再執(zhí)行步序三和四的命令。只有當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)輪室漏氣量較大，充氣壓水閥開啟15 s無(wú)法將尾水管水位壓至轉(zhuǎn)輪以下時(shí)才會(huì)執(zhí)行步序三和四，即再次開關(guān)開啟充氣壓水閥。

2.2 原因分析

查看事件列表01：03：54.352時(shí)收到4號(hào)機(jī)充氣壓水閥在關(guān)閉位置，結(jié)合壓水步序二分析，在收到該信號(hào)延時(shí)1 s后步序二執(zhí)行完成，即在01：03：55.352時(shí)將執(zhí)行步序三的命令：開啟充氣壓水閥命令。監(jiān)控系統(tǒng)在01：03：54.455收到“4號(hào)機(jī)尾水水位低”信號(hào)，但因?yàn)樵O(shè)置了1 s的延時(shí)，所以步序三反饋滿足的時(shí)間為01：03：55.455，即在這個(gè)時(shí)刻步序四開始執(zhí)行。由于開關(guān)充氣壓水閥需通過(guò)開出繼電器動(dòng)作充氣壓水閥電磁閥，再通過(guò)液壓回路去動(dòng)作充氣壓水閥的開關(guān)，整個(gè)過(guò)程耗時(shí)相對(duì)較長(zhǎng)。從邏輯發(fā)令開啟充氣壓水閥至邏輯收到充氣壓水閥關(guān)閉位置復(fù)歸的時(shí)間基本在0.5～0.6 s左右。因此當(dāng)執(zhí)行到步序四的時(shí)候，充水壓水閥打開命令才過(guò)0.103 s，此時(shí)充氣壓水閥實(shí)際還在關(guān)閉位置，步序四反饋條件滿足，導(dǎo)致未能發(fā)令關(guān)閉充氣壓水閥命令，直接執(zhí)行步序五。但由于步序三開啟充氣壓水閥命令已經(jīng)發(fā)出，因此在01：03：55.830時(shí)收到4號(hào)機(jī)充氣壓水閥位置中間狀態(tài)（開和關(guān)位置均復(fù)歸），導(dǎo)致步序四反饋信號(hào)不滿足，步序四完成信號(hào)CTRL；b.DEWAT.4.OK信號(hào)復(fù)歸。此時(shí)步序五正在執(zhí)行中，步序四完成信號(hào)CTRL；b.DEWAT.4.OK復(fù)歸，使得步序五的預(yù)條件不滿足，最終導(dǎo)致了壓水失敗報(bào)警。

某電廠4號(hào)機(jī)組現(xiàn)地控制單元在近期剛進(jìn)行過(guò)技術(shù)改造，其信號(hào)采集、邏輯處理及網(wǎng)絡(luò)通信能力均有了較大的提高，4號(hào)機(jī)組原先順控流程的掃描周期為0.7 s，邏輯執(zhí)行過(guò)程中的0.7 s以內(nèi)的信號(hào)抖動(dòng)將被自動(dòng)過(guò)濾。改造后掃描周期縮短為0.1 s，當(dāng)充氣壓水閥邏輯執(zhí)行到步序三發(fā)出打開壓水閥的命令，如恰好在此后0～0.6 s內(nèi)尾水水位壓至正常位置，步序三反饋滿足進(jìn)而執(zhí)行步序四、進(jìn)而步序五的話，將會(huì)出現(xiàn)上述步序五前提條件丟失，壓水失敗的情況。

結(jié)合順控流程的掃描周期分析，本次事件的真實(shí)原因?yàn)椋簷C(jī)組順控流程的掃描周期與步序邏輯執(zhí)行在時(shí)間上不完全匹配，在極端巧合的情況下會(huì)造成某些步序執(zhí)行錯(cuò)誤。

3 抽水調(diào)相壓水邏輯的改進(jìn)

機(jī)組順控流程的掃描周期理論上越短越好，這樣流程反應(yīng)時(shí)間更短，對(duì)流程執(zhí)行中的信號(hào)反饋更加靈敏。從上述事件的分析可知，由于技術(shù)改造后機(jī)組順控流程掃描周期大幅縮短，但并未修改完善相關(guān)順控邏輯導(dǎo)致了掃描周期與邏輯執(zhí)行的配合問題。最佳的解決辦法為完善相關(guān)步序的邏輯，解決時(shí)間配合問題。在本事件中可修改4號(hào)機(jī)組壓水步序五邏輯，在預(yù)條件處增加2 s下降延時(shí)，避免因壓水閥位置信號(hào)抖動(dòng)或由邏輯造成的短暫開啟引起的前提條件不滿足的問題。

具體原理為，如果發(fā)生充氣壓水閥信號(hào)抖動(dòng)，只要抖動(dòng)不超過(guò)2 s，步序五將正常執(zhí)行；如果出現(xiàn)上述事件中的巧合，當(dāng)在執(zhí)行步序五時(shí)充氣壓水閥出現(xiàn)中間態(tài)時(shí)，由于有2 s延時(shí)，步序四會(huì)因?yàn)榉答伈粷M足再次發(fā)出關(guān)壓水閥命令，只要在2 s內(nèi)再次收到壓水閥關(guān)閉的信號(hào)，壓水流程將會(huì)執(zhí)行成功。邏輯圖修改見圖5。

圖5 修改后的壓水步序五邏輯圖

4 結(jié)束語(yǔ)

抽水蓄能電站在電網(wǎng)中承擔(dān)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相及事故備用任務(wù)，伴隨著電網(wǎng)峰谷差的加大，新能源的大量上網(wǎng)對(duì)抽水蓄能電站反應(yīng)的迅速性、可靠性要求越來(lái)越高，另外隨著我國(guó)運(yùn)行10年以上的抽水蓄能電站越來(lái)越多，大部分電站二次設(shè)備進(jìn)入升級(jí)改造的重要時(shí)期，二次設(shè)備的升級(jí)換代會(huì)大大提高設(shè)備的硬件性能，PLC的處理能力和響應(yīng)速度大幅提高，但此時(shí)一次及機(jī)械設(shè)備的性能仍未發(fā)生明顯變化，由此需要對(duì)相應(yīng)的控制邏輯進(jìn)行梳理和修改，實(shí)現(xiàn)一次、機(jī)械設(shè)備性能與二次監(jiān)控系統(tǒng)的合理匹配。