抽水蓄能電站通風(fēng)空調(diào)控制系統(tǒng)優(yōu)化及應(yīng)用

陳 鑫，劉小明，夏 鑫，李新煜，孫召輝

(山東泰山抽水蓄能電站有限責(zé)任公司，山東 泰安 271000)

抽水蓄能電站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、除濕系統(tǒng)及冷凍機(jī)系統(tǒng)集成優(yōu)化研究與應(yīng)用是為實(shí)現(xiàn)水電站“無人值班、少人值守”的運(yùn)行要求，適應(yīng)水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和全廠綜合自動(dòng)化技術(shù)的迅猛發(fā)展，使電站通風(fēng)空調(diào)設(shè)備具有更高的可靠性和自動(dòng)化程度的工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)[1]。

針對水電站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、除濕系統(tǒng)、冷凍機(jī)系統(tǒng)設(shè)備分布范圍廣、數(shù)量多、控制功能各異等特點(diǎn)，采用現(xiàn)地自動(dòng)控制為主，遠(yuǎn)程集中監(jiān)控為輔的控制模式；各現(xiàn)地控制單元采用PLC為控制核心部件，以PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)及無源接點(diǎn)的通訊方式與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)連接通訊，通過集中控制研究、突破不同控制功能的聯(lián)合集中采集、研究通訊和長距離傳輸形式等功能，研究大功率風(fēng)機(jī)智能控制及除濕機(jī)的智能預(yù)警等，實(shí)現(xiàn)抽水蓄能電站地下廠房通風(fēng)空調(diào)、除濕和冷凍等各系統(tǒng)的綜合自動(dòng)化管理和智能管控[2]。

1 系統(tǒng)優(yōu)化的預(yù)期目標(biāo)

實(shí)現(xiàn)電站現(xiàn)場通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、除濕系統(tǒng)、溫濕度測量系統(tǒng)、冷凍系統(tǒng)的集中信號監(jiān)視和智能預(yù)警功能，結(jié)合目前已有的通風(fēng)系統(tǒng)點(diǎn)位及現(xiàn)有通風(fēng)上位機(jī)，完善形成涵蓋以上所有設(shè)備的信息點(diǎn)位控制圖；實(shí)現(xiàn)一個(gè)涵蓋以上系統(tǒng)的智能控制系統(tǒng)，且應(yīng)能實(shí)現(xiàn)在地下和廠房外中控室的智能控制，利用原有通風(fēng)上、下位機(jī)將原自動(dòng)化量納入可視化管理，以實(shí)現(xiàn)對全廠通風(fēng)空調(diào)及冷凍系統(tǒng)的可視化管理；實(shí)現(xiàn)大風(fēng)機(jī)的遠(yuǎn)方控制啟動(dòng)功能；實(shí)現(xiàn)電站現(xiàn)場大風(fēng)機(jī)振動(dòng)情況的監(jiān)視，且納入可視化管理[3]。

實(shí)現(xiàn)通風(fēng)空調(diào)可視化管理。其可視化管理可達(dá)到觀察全場通風(fēng)空調(diào)及冷凍機(jī)的全部信息點(diǎn)位顯示，各區(qū)域要顯示明確，能夠明確指示風(fēng)向等信息，顯示圖要求形象、直觀，能顯示整個(gè)通風(fēng)冷卻系統(tǒng)的整體布置、系統(tǒng)流向，且在系統(tǒng)全局的可視化系統(tǒng)下能展開具體到各子系統(tǒng)、各區(qū)域系統(tǒng)的細(xì)化、顯示。對地下廠房各區(qū)域、電纜豎井開關(guān)站區(qū)域等位置，進(jìn)行二維各子系統(tǒng)點(diǎn)位顯示，所有顯示圖首先應(yīng)形象、直觀地顯示生產(chǎn)區(qū)域的風(fēng)機(jī)、冷凍機(jī)、部分重要除濕機(jī)布置。所有顯示圖均應(yīng)在這種具有生產(chǎn)區(qū)域形貌的顯示圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行各系統(tǒng)點(diǎn)位的顯示。

2 系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

抽水蓄能電站通風(fēng)空調(diào)集成控制系統(tǒng)每一個(gè)就地控制單元設(shè)計(jì)一面壁掛式控制箱，就地控制操作是在就地控制箱上完成的。就地控制單元包括：發(fā)電機(jī)層、主廠房中間層、主廠房水輪機(jī)層、主廠房蝸殼層、副廠房空調(diào)冷凍機(jī)、主變洞一層、主變洞二層、通風(fēng)兼安全洞、GIS室上游側(cè)、地面副廠房、進(jìn)廠交通洞、主變拱頂?shù)忍幍目刂茊卧?。各現(xiàn)地控制單元采用PLC為控制核心部件，以PROFIBUS-DP網(wǎng)及無源接點(diǎn)的通訊方式與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通訊，實(shí)現(xiàn)全廠的綜合自動(dòng)化管理。

2.1 控制方式

每套現(xiàn)地控制單元設(shè)計(jì)有現(xiàn)地、遠(yuǎn)方兩種控制方式?，F(xiàn)地控制方式又包括現(xiàn)地自動(dòng)控制和現(xiàn)地手動(dòng)控制。在每套現(xiàn)地控制單元的控制箱上都設(shè)計(jì)有“現(xiàn)地/遠(yuǎn)方”控制方式選擇開關(guān)。

現(xiàn)地手動(dòng)控制方式——被控設(shè)備的啟停控制獨(dú)立于PLC，每個(gè)被控設(shè)備設(shè)有“啟動(dòng)/停止”控制開關(guān)，由操作人員以手動(dòng)工作方式直接控制設(shè)備的啟停。

現(xiàn)地自動(dòng)控制方式——被控設(shè)備的啟?？刂朴蒔LC依據(jù)工藝流程的要求自動(dòng)控制，根據(jù)各設(shè)備運(yùn)行工況自動(dòng)實(shí)現(xiàn)被控設(shè)備的啟/停、開/關(guān)控制；“手動(dòng)”方式時(shí)，通過操作顯示面板上的操作開關(guān)直接控制被控設(shè)備，該方式僅供設(shè)備調(diào)試或檢修使用。

遠(yuǎn)方自動(dòng)控制方式——通過PROFIBUS-DP和ProfiNET混合工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，在中控室遠(yuǎn)程操作現(xiàn)地控制設(shè)備的啟動(dòng)/停止。

2.2 系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)

采集現(xiàn)場通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備、除濕設(shè)備以及冷凍設(shè)備等各類設(shè)備運(yùn)行的參數(shù)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)方式分類展示采集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，對重點(diǎn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，可通過后臺，對實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，設(shè)定設(shè)備的開關(guān)、調(diào)節(jié)，還可通過時(shí)間設(shè)定，實(shí)現(xiàn)參數(shù)的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。

2.3 系統(tǒng)控制邏輯優(yōu)化

通風(fēng)空調(diào)的自控已經(jīng)變得相當(dāng)重要，全廠通風(fēng)空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)與電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一規(guī)劃，綜合考慮，在電站中央控制室內(nèi)監(jiān)控臺上，能自動(dòng)監(jiān)視全廠通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、冷凍機(jī)系統(tǒng)、除濕機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際情況，并能遠(yuǎn)程控制啟、停。通過各系統(tǒng)設(shè)備配套運(yùn)行工況隨著周邊實(shí)際環(huán)境的變化進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)各設(shè)備關(guān)鍵傳感器數(shù)據(jù)的采集分析并自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，保證廠內(nèi)保溫、通風(fēng)、除濕，保障電站廠房設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.4 可視化分析

通過可視化分析的形式技術(shù)，呈現(xiàn)數(shù)據(jù)分析的曲線，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際形成信息系統(tǒng)顯示圖，讓運(yùn)維人員獲取有價(jià)值的信息。

通風(fēng)空調(diào)智能預(yù)警控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對電站現(xiàn)場通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、除濕系統(tǒng)、溫濕度測量系統(tǒng)、冷凍系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)、預(yù)警信息、運(yùn)行狀態(tài)等進(jìn)行分析，可視化呈現(xiàn)，包括實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)、歷史數(shù)據(jù)、趨勢曲線、統(tǒng)計(jì)分析等內(nèi)容(見圖1)。

提供豐富的歷史運(yùn)行曲線，實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)變化的趨勢分析，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障的先兆，必要時(shí)通過查看歷史曲線分析故障原因。

以子系統(tǒng)為索引，按設(shè)備與設(shè)備所屬層級關(guān)系建立設(shè)備樹型，單擊某一設(shè)備，查詢該設(shè)備一段時(shí)間內(nèi)運(yùn)行曲線圖，多個(gè)同類型設(shè)備可以進(jìn)行橫向?qū)Ρ?，展現(xiàn)設(shè)備歷史運(yùn)行情況(見圖2)。

以子系統(tǒng)為索引，按照系統(tǒng)設(shè)備的層級關(guān)系，定位設(shè)備，可多選設(shè)備，查看選中設(shè)備一段時(shí)間內(nèi)時(shí)間節(jié)點(diǎn)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)曲線，有助于分析設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。設(shè)備臺賬統(tǒng)計(jì)分析見圖3，根據(jù)設(shè)備類型、設(shè)備名稱、設(shè)備所屬廠商、履歷類型、狀態(tài)、時(shí)間等條件進(jìn)行組合檢索。設(shè)備上線離線狀態(tài)統(tǒng)計(jì)，根據(jù)設(shè)備所屬地、設(shè)備名稱、離線時(shí)間等作為組合條件，檢索設(shè)備離線記錄，以列表方式顯示檢索結(jié)果，包括設(shè)備所屬地、設(shè)備名稱、離線開始時(shí)間、離線結(jié)束時(shí)間、離線時(shí)長，支持根據(jù)結(jié)果追溯設(shè)備詳細(xì)信息。設(shè)備信息統(tǒng)計(jì)分析可以根據(jù)各設(shè)備的信息緯度進(jìn)行自由組合，并預(yù)警信息保存周期，系統(tǒng)默認(rèn)周期為1 a，可以根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際工藝要求和后續(xù)數(shù)據(jù)對比分析的需要，進(jìn)行自由靈活配置。

2.5 系統(tǒng)接口

根據(jù)現(xiàn)場工藝要求及實(shí)際配置的情況，按照國網(wǎng)相關(guān)安全規(guī)范要求，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對接，完成電站集控中心的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和控制，針對不同設(shè)備上傳信號數(shù)量及類型、要接受的指令數(shù)量和類型都會(huì)不一樣。以安裝場副廠房127.8高程1號組合式空調(diào)和安裝場副廠房127.8高程2號組合式空調(diào)為例，要上傳的數(shù)據(jù)和接受的指令見表1。

表1 系統(tǒng)接口字段指令表

針對上傳數(shù)據(jù)，提供兩種格式。

針對遠(yuǎn)端下發(fā)的指令，格式可以參考我方提供的上傳格式，或采用遠(yuǎn)端集成方定義的其他本文文件格式。指令執(zhí)行情況不回訊。

2.6 系統(tǒng)預(yù)警監(jiān)測

支持按設(shè)備類型(通風(fēng)設(shè)備、降溫系統(tǒng)設(shè)備、冷凍系統(tǒng)等)、具體設(shè)備、監(jiān)控指標(biāo)等配置智能預(yù)警監(jiān)測模型，包括設(shè)備、指標(biāo)、監(jiān)測指標(biāo)上限、下限、預(yù)警提醒模式等。

系統(tǒng)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)采集到的設(shè)備運(yùn)行參數(shù)與智能監(jiān)測預(yù)警模型融合監(jiān)控(見圖4)，自動(dòng)產(chǎn)生預(yù)警信息。

預(yù)警信息列表：實(shí)時(shí)刷新集中展現(xiàn)各子系統(tǒng)預(yù)警信息(未處理/已處理)列表，主要信息包括：預(yù)警來源、預(yù)警簡述、預(yù)警發(fā)生時(shí)間、預(yù)警發(fā)生區(qū)域、預(yù)警類別、預(yù)警級別、預(yù)警持續(xù)時(shí)間等。

預(yù)警信息搜索：可以通過模糊查詢或精確查詢等方式，查詢預(yù)警來源、預(yù)警發(fā)生區(qū)域、預(yù)警類別、預(yù)警級別進(jìn)行搜索預(yù)警信息。

預(yù)警信息確認(rèn)：授權(quán)用戶可點(diǎn)擊詳細(xì)鏈接，打開預(yù)警詳細(xì)信息，查看預(yù)警詳細(xì)信息，確認(rèn)是否真實(shí)預(yù)警，標(biāo)識是否真實(shí)預(yù)警。

系統(tǒng)預(yù)警信息報(bào)警實(shí)時(shí)展現(xiàn)(見圖5)，預(yù)警信息展現(xiàn)以秒(s)為單位，周期系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置為1 s，也可以根據(jù)現(xiàn)場具體的生產(chǎn)工藝實(shí)際及業(yè)主的要求進(jìn)行自由靈活配置。

3 結(jié)語

通過對抽蓄電站工程通風(fēng)空調(diào)、除濕系統(tǒng)及冷凍機(jī)系統(tǒng)集成優(yōu)化研究與應(yīng)用，構(gòu)建智能預(yù)警監(jiān)測防控體系，有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)方法和技術(shù)在監(jiān)管中的缺陷，全方位掌控電站通風(fēng)空調(diào)、冷凍機(jī)、除濕機(jī)等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，提升故障處理效率，保障設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。另外，運(yùn)維人員通過系統(tǒng)呈現(xiàn)的設(shè)備運(yùn)行的趨勢分析曲線，統(tǒng)計(jì)報(bào)表等數(shù)據(jù)，獲取有價(jià)值的信息。大大提升了現(xiàn)場設(shè)備管理水平，推進(jìn)電站安全智能管理水平，提升了經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)減少了安全生產(chǎn)事故的發(fā)生，降低了施工管理的成本，保障抽水蓄能電站安全生產(chǎn)等方面提供科技效能和服務(wù)支撐，引領(lǐng)傳統(tǒng)抽水蓄能電站建設(shè)創(chuàng)新發(fā)展。