某電源電站檢修排水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

周世杰，張寶松，楊 棣

（1.中國長江電力股份有限公司烏東德水力發(fā)電廠，云南 昆明651512；2.中國長江電力股份有限公司三峽水力發(fā)電廠，湖北 宜昌443000）

0 引言

某電源電站在該水力發(fā)電廠中擔(dān)負(fù)著黑啟動(dòng)功能，其排水系統(tǒng)鋪設(shè)管網(wǎng)較為緊湊復(fù)雜，基于土方開挖技術(shù)及成本考慮導(dǎo)致其檢修集水井容量受限，因此電站檢修排水系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行對維持保障電站正常運(yùn)行有著至關(guān)重要的意義。檢修排水系統(tǒng)主要用于在機(jī)組歲修期間，排除蝸殼、尾水管、壓力鋼管中的積水以及上、下游閘門的漏水。檢修排水泵房設(shè)置在X2F發(fā)電機(jī)▽48.0m，設(shè)置2臺深井泵和1臺潛污泵，兩臺深井泵出口管徑Φ250mm，并通過Φ478mm管道排放到機(jī)組尾水管擴(kuò)散段內(nèi)。機(jī)組在檢修時(shí)可通過擴(kuò)散段尾水盤型閥將水引排至▽35.8m排水廊道再匯集流入檢修集水井。

1 設(shè)備布置情況及參數(shù)

1.1 設(shè)備盤柜布置情況

檢修排水控制系統(tǒng)控制盤柜采用2地分別布置方式。其中考慮到▽48.0m檢修排水泵房內(nèi)較為潮濕且空間狹小，不利于控制盤柜的安裝與保養(yǎng)，因此僅在檢修排水泵房布置了現(xiàn)地控制箱，現(xiàn)地控制箱具有檢修排水水泵啟停控制、水位顯示、運(yùn)行指示、泵電流指示等功能；而在相對寬敞干燥的▽55.0m空壓機(jī)房布置盤柜（一面控制柜、兩面動(dòng)力柜），在控制柜上可實(shí)現(xiàn)檢修排水系統(tǒng)自動(dòng)/手動(dòng)/切除3種控制狀態(tài)切換。

圖1 電源電站檢修排水系統(tǒng)管網(wǎng)布置圖

1.2 檢修集水井及深井泵

電源電站檢修集水井設(shè)置在電源電站主廠房正下方的檢修排水泵房處，集水井底部高程為▽35.8m，集水井平面尺寸為4.5m×3.0m，總?cè)萘繛?35m3，集水井井蓋采用全密封井蓋，可承受0.2MPa壓力，并設(shè)置一根DN50補(bǔ)氣管。檢修排水泵房內(nèi)設(shè)置了2臺深井泵和1臺潛污泵，其具體參數(shù)如表1～3所示。

圖2 檢修排水系統(tǒng)設(shè)備布置圖

表1 檢修排水泵控制水位

表2 檢修排水泵深井泵水力性能參數(shù)

表3 檢修排水泵深井泵電氣參數(shù)

檢修集水井泵房內(nèi)另外設(shè)置1套深井潛污泵，用于抽排檢修集水井內(nèi)堆積的淤泥等雜質(zhì)，潛污泵由現(xiàn)地手動(dòng)啟?？刂?，不參與檢修排水系統(tǒng)自動(dòng)控制流程。

2 原檢修排水泵運(yùn)行方式

因電源電站機(jī)組檢修排水量大，而檢修集水井有效容量相對較小，為保障機(jī)組檢修過程中排水泵動(dòng)作穩(wěn)定、可靠，檢修排水系統(tǒng)采用可編程邏輯控制器對檢修排水泵啟停實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，通過裝設(shè)在控制柜內(nèi)的模擬量模塊對排水泵運(yùn)行狀態(tài)、示流器信號、集水井水位進(jìn)行實(shí)時(shí)采集與監(jiān)視，并配置了水位計(jì)和浮子接點(diǎn)采集集水井水位用于控制檢修排水泵啟停動(dòng)作。正常情況下，2臺檢修排水泵輪換工作，主要用于機(jī)組檢修時(shí)排水。

在PLC故障后，遠(yuǎn)方中控室以及現(xiàn)地手動(dòng)方式都將失去對檢修排水泵的控制，此時(shí)需將潤滑水手動(dòng)旁通閥開啟后，由軟啟動(dòng)器面板上手動(dòng)按鈕（HANDON/OFF）投入/退出檢修排水泵，排水期間需要運(yùn)維人員密切監(jiān)視集水井水位，這無疑增大了工作人員的工作強(qiáng)度，亦不符合“無人值班，少人值守”管理理念；在機(jī)組檢修排水期間，到達(dá)停泵水位后2臺檢修排水泵同時(shí)停運(yùn)，由于集水井容量較小，而短時(shí)間內(nèi)水泵再次運(yùn)行需等待3min潤滑水投入延時(shí)，這無疑加大了特殊情況下水淹廠房的風(fēng)險(xiǎn)性；同時(shí)運(yùn)維人員控制盤柜進(jìn)行自動(dòng)/手動(dòng)控制方式之間切換時(shí)，每次變更檢修排水系統(tǒng)控制方式都將觸發(fā)排水泵停泵動(dòng)作，這不但不利于排水效率，也加大了操作風(fēng)險(xiǎn)性。

3 優(yōu)化設(shè)計(jì)思路

（1）增加深井泵啟動(dòng)控制、深井泵停止控制兩路DI接點(diǎn)送至監(jiān)控LCU，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方中控直接下達(dá)啟停檢修排水泵命令，避免在水位計(jì)、浮子故障時(shí)遠(yuǎn)方無法進(jìn)行啟停泵操作。

（2）優(yōu)化深井泵啟動(dòng)命令流程，取消原邏輯中“潤滑水電動(dòng)閥開啟令”，采用“示流器動(dòng)作”作為啟泵前判斷邏輯，并設(shè)置停泵后0.5h延遲停潤滑水，以確保在潤滑水電磁閥故障條件下采用旁通管路供水仍能正常實(shí)現(xiàn)啟泵流程，同時(shí)通過潤滑水延遲0.5h關(guān)閉，提升短時(shí)間內(nèi)重復(fù)啟泵的便捷性。

（3）優(yōu)化盤柜檢修排水系統(tǒng)運(yùn)行方式控制把手控制邏輯，實(shí)現(xiàn)控制把手在“自動(dòng)”與“手動(dòng)”狀態(tài)下的無擾動(dòng)切換功能。同時(shí)優(yōu)化自動(dòng)方式下主備檢修排水泵停泵邏輯，自動(dòng)方式下，水位下降時(shí)，先停備用泵，再停主用泵；水位上升時(shí)，先啟主用泵，再啟備用泵。

（4）優(yōu)化檢修排水系統(tǒng)控制回路架構(gòu)。實(shí)現(xiàn)對檢修排水系統(tǒng)啟動(dòng)/停止排水泵信號故障能夠自動(dòng)判斷，PLC故障后閉鎖其對排水泵自動(dòng)控制信號輸出功能，以防造成事故進(jìn)一步擴(kuò)大，同時(shí)上送監(jiān)控系統(tǒng)提醒運(yùn)維人員立即采取應(yīng)急處置程序；確保監(jiān)控PLC控制令、PLC自動(dòng)控制、現(xiàn)地手動(dòng)控制、硬接線回路除必要安全邏輯外相互獨(dú)立，提高檢修排水系統(tǒng)工作可靠性。

4 控制邏輯優(yōu)化設(shè)計(jì)功能

4.1 遠(yuǎn)方上位機(jī)“啟/停檢修排水泵”功能設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)考慮：電源電站檢修排水系統(tǒng)設(shè)置了兩路水位傳感器，水位傳感器根據(jù)水位變化輸出4～20mA電流值。其中一路送入PLC AI模塊，PLC程序根據(jù)輸入模擬量轉(zhuǎn)化成對應(yīng)水位值并與定值進(jìn)行比對，從而實(shí)現(xiàn)對深井泵自動(dòng)啟停控制；另外一路送入CSCS（遠(yuǎn)方上位機(jī)），用于中控室電站監(jiān)控系統(tǒng)對水位的實(shí)時(shí)監(jiān)測（圖3）?？紤]到當(dāng)1號水位傳感器等PLC部分功能故障導(dǎo)致無法開出啟泵令時(shí)，可在中控室CSCS監(jiān)控系統(tǒng)上發(fā)出PLC控制令，為故障處理爭取更多時(shí)間。

圖3 模擬量水位傳感器

（2）功能設(shè)計(jì)：根據(jù)上述所構(gòu)思的功能，在自動(dòng)控制回路增置了“CSCS_start_1號”遠(yuǎn)方啟動(dòng)1號檢修排水泵令，當(dāng)滿足“1KK_auto”1號泵自動(dòng)位、“fault_YES_1號”1號泵啟動(dòng)總故障無開出以及“T21.Q”定時(shí)繼電器開出后，將作用“start_1號”1號泵啟泵置位“1”。

圖4 檢修排水1號泵自動(dòng)方式啟動(dòng)控制程序

圖5 優(yōu)化后中控室遠(yuǎn)方啟動(dòng)檢修排水1號泵流程

4.2 檢修排水盤柜“自動(dòng)/手動(dòng)/檢修方式切換”功能設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)考慮：原現(xiàn)地盤柜上檢修排水運(yùn)行控制方式把手在“自動(dòng)”、“手動(dòng)”和“檢修”方式之間切換時(shí)將觸發(fā)運(yùn)行狀態(tài)檢修排水泵停泵置位令，現(xiàn)取消運(yùn)行方式控制把手置“自動(dòng)”“手動(dòng)”時(shí)停泵置位令，以實(shí)現(xiàn)對檢修排水系統(tǒng)自動(dòng)/手動(dòng)控制的無擾動(dòng)切換

（2）功能設(shè)計(jì)：刪除P_TRIG控制器對控制把手置“1KK_auto”1號泵自動(dòng)位以及置“1KK_manual”1號泵手動(dòng)位的前沿監(jiān)測回路，如圖6中方框所示。P_TRIG控制器的功能是當(dāng)監(jiān)測到控制把手置位開出階躍信號后，即前端輸入變量置“1”從而致使輸出信號置“1”進(jìn)而觸發(fā)“stop_1號”1號泵運(yùn)行復(fù)位令。

圖6 控制盤柜切換把手程序修改

4.3 檢修排水系統(tǒng)“潤滑水投/退”功能設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)考慮：在程序方面取消原有的“潤滑水電磁閥啟動(dòng)命令”作為條件判斷示流器工作正常，使用“示流器反饋信號”作為潤滑水投入記時(shí)開始的標(biāo)志，并取消原控制程序中潤滑水關(guān)閉失敗報(bào)故障邏輯，同時(shí)引入停泵后計(jì)時(shí)30min再關(guān)閉潤滑水，通過對排水泵自動(dòng)啟停環(huán)節(jié)中潤滑水判據(jù)的修改，從而提升檢修排水泵工作可靠性，避免在特殊情況下因潤滑水問題導(dǎo)致排水泵無法響應(yīng)或響應(yīng)不及時(shí)的問題。

（2）功能設(shè)計(jì)：如圖7所示，在潤滑水控制邏輯中刪除“1號泵潤滑水電磁閥”Q0.2，當(dāng)出現(xiàn)潤滑水電磁閥拒動(dòng)故障情況，可手動(dòng)開啟潤滑水旁通閥確保啟動(dòng)流程下的示流器元件動(dòng)作開出信號正常；同時(shí)刪除“潤滑水關(guān)閉失敗報(bào)故障”流程（圖8）；水泵停止后潤滑水投入時(shí)間定值數(shù)據(jù)在檢修排水泵現(xiàn)地控制盤柜上HMI參數(shù)畫面設(shè)定，當(dāng)設(shè)定值處于1～60min區(qū)間內(nèi)，按設(shè)定值延時(shí)關(guān)閉潤滑水，如果設(shè)定值在1～60min區(qū)間外，則按30min定值延時(shí)關(guān)閉潤滑水，如圖9所示。

圖7 優(yōu)化后潤滑水控制邏輯

圖8 潤滑水關(guān)閉失敗報(bào)故障

圖9 檢修排水泵停運(yùn)延遲0.5h關(guān)潤滑水

4.4 檢修排水系統(tǒng)控制回路優(yōu)化設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)考慮：檢修排水系統(tǒng)共配置了3套水位控制信號，2套水位模擬量信號，以及1套浮子接點(diǎn)開關(guān)量信號，其中浮子信號可通過硬接線回路控制排水泵啟停工作，浮子開關(guān)量分為3個(gè)子信號：過高報(bào)警水位（44.5m）、啟工作泵水位（43.2m）、停工作泵水位（38.5m）。為避免由于水位傳感器、PLC部分等故障導(dǎo)致檢修排水失去控制，優(yōu)化后的檢修排水系統(tǒng)除引入遠(yuǎn)方上位機(jī)啟停排水泵功能外，還在檢修排水控制盤柜內(nèi)的硬接線回路中，引入浮子開關(guān)量實(shí)現(xiàn)對檢修排水泵的啟停控制。

（2）功能設(shè)計(jì)：如圖10所示，在深井泵控制回路中設(shè)置啟動(dòng)工作泵浮子（K1）、超高水位啟動(dòng)浮子（K2）接點(diǎn)實(shí)現(xiàn)檢修排水泵啟動(dòng)命令的開出。當(dāng)PLC故障后無法根據(jù)內(nèi)部定值控制檢修排水泵啟停，此時(shí)檢修集水井水位隨著機(jī)組檢修排水逐漸上漲，當(dāng)水位先后達(dá)到43.2m和44.5m時(shí)將觸發(fā)浮子接點(diǎn)工作水位啟泵以及超高報(bào)警水位啟泵。其中排水泵電磁閥控制KA18的常開節(jié)點(diǎn)5-9和常閉節(jié)點(diǎn)4-12設(shè)置保證了PLC功能故障退出情況下潤滑水投入功能的正常實(shí)現(xiàn)。

在信號接線回路中去除原有的共用停泵浮子信號支路，引入PLC故障K3接點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)PLC回路與硬接線回路停泵浮子信號的分離，如圖11所示，從而降低因PLC功能故障導(dǎo)致停泵失敗的可能性。

圖10 檢修排水泵控制回路圖

圖11 停泵浮子信號接線優(yōu)化

5 結(jié)語

巨型電站黑啟動(dòng)電源電站排水系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行情況，結(jié)合歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)對檢修排水控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，遵循“性能可靠、安全高效、維護(hù)方便、簡單經(jīng)濟(jì)”的電氣設(shè)計(jì)原則[1]，構(gòu)建了PLC回路與硬接線回路對檢修排水系統(tǒng)的冗余控制，該控制理念的實(shí)現(xiàn)不單有效減輕了運(yùn)維人員的工作強(qiáng)度，極大程度上為運(yùn)行人員處置隔離故障爭取了時(shí)間，也為電廠的智能化建設(shè)和“無人值班，少人值守”運(yùn)行模式[2]提供技術(shù)保障與支撐。