(新疆下坂地水利樞紐工程建設(shè)管理局， 新疆 喀什 844000)

1 概 述

新疆下坂地水利樞紐工程地處高寒、高海拔山區(qū)，裝機(jī)容量3×50MW。電氣主接線采用發(fā)—變組單元接線，機(jī)端電壓由10.5kV升至220kV并入電網(wǎng)。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備安裝于地下廠房洞室群內(nèi)，所有設(shè)備接入公用接地網(wǎng)，接地電阻不大于0.2Ω；現(xiàn)場(chǎng)電磁干擾多，空氣濕度大，3臺(tái)機(jī)組自2010年5月相繼并網(wǎng)，自控穩(wěn)定可靠，達(dá)到了預(yù)期目的。

2 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)配置

監(jiān)控系統(tǒng)按“無(wú)人值班、少人值守”的理念設(shè)計(jì)[1]，上位機(jī)主機(jī)硬件采用Sun Fire V445服務(wù)器，操作員、工程師工作站采用SUN U Itra45。軟件采用NARI基于UNIX操作系統(tǒng)跨平臺(tái)的全分布開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的NC2000[2]，人機(jī)交互程序由Java軟件開發(fā)。調(diào)度通訊工作站主機(jī)采用SUN Fire V445服務(wù)器，操作系統(tǒng)采用Linux系統(tǒng)。On-Call及語(yǔ)音報(bào)警采用Windows操作系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為廠控制層、現(xiàn)地控制層。廠控制層含上位機(jī)，網(wǎng)絡(luò)采用雙星型以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，傳輸速率為100Mbps /10Mbps自適應(yīng)式，通信采用TCP/IP協(xié)議；計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 新疆下板地計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

現(xiàn)地控制層機(jī)組LCU配置Unity Quantum系列雙PLC，CPU模件采用冗余雙CPU，內(nèi)置熱備模塊MB+、MB各1個(gè)，以太網(wǎng)口采用140-NOE77101，電源采用4塊24VDC模塊。硬件I/O基板采用3塊16通道模擬量采集模塊、4塊8通道RTD溫度量采集模塊、2塊 32點(diǎn)中斷開關(guān)量采集模塊、4塊32點(diǎn)狀態(tài)開關(guān)量采集模塊、3塊32點(diǎn)開關(guān)量輸出模塊、1套64點(diǎn)SJ-40C溫度巡檢/保護(hù)裝置。LCU采用雙總線型冗余結(jié)構(gòu)用于連接遠(yuǎn)程I/O 及各現(xiàn)地智能監(jiān)測(cè)設(shè)備，每個(gè)LCU均設(shè)置有無(wú)主從關(guān)系的通信速率不低于1Mbps的現(xiàn)場(chǎng)總線以及有主從關(guān)系通信協(xié)議的通信速率不低于14.2Kbps現(xiàn)場(chǎng)總線。機(jī)組LCU編程語(yǔ)言采用功能塊圖、梯形圖、指令列表、結(jié)構(gòu)化文本、序列控制[3]。

3 監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)組的控制流程與試驗(yàn)

3.1 1號(hào)機(jī)開停機(jī)流程及PLC控制程序

機(jī)組開停機(jī)流程由機(jī)組PLC控制，經(jīng)過(guò)分析與比較，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際取消了廠變、隔離變無(wú)故障的判斷條件，針對(duì)不同工況的控制流程進(jìn)行了優(yōu)化，無(wú)水調(diào)試階段完成了流程靜、動(dòng)態(tài)試驗(yàn)[4]，核查了開出條件與啟動(dòng)設(shè)備的順序、設(shè)備動(dòng)作狀況。

下頁(yè)圖2為1號(hào)機(jī)停機(jī)—空轉(zhuǎn)流程，其他控制流程不予敘述。

3.2 操作控制與權(quán)限

在圖形顯示界面通過(guò)操作投入、操作退出選擇操作，依據(jù)權(quán)限對(duì)應(yīng)相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行操作，操作分現(xiàn)地觸摸屏控制和上位機(jī)控制，通過(guò)現(xiàn)地面板的現(xiàn)地/遠(yuǎn)方把手來(lái)調(diào)換，除事故停機(jī)/緊急停機(jī)命令外，PLC設(shè)備只接受把手所在位置的設(shè)備控制方式。為了控制操作的安全，由超級(jí)用戶進(jìn)行權(quán)限的設(shè)置與管理，任何級(jí)別的登陸及操作在監(jiān)控系統(tǒng)中均有記錄并記入歷史數(shù)據(jù)庫(kù)。

圖2 1號(hào)機(jī)停機(jī)—空轉(zhuǎn)流程

4 監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問(wèn)題及解決辦法

4.1 軟件判據(jù)單一瓦溫過(guò)高跳機(jī)處理

運(yùn)行過(guò)程中多次出現(xiàn)單一鉑熱電阻故障或測(cè)溫回路松動(dòng)導(dǎo)致的機(jī)組瓦溫瞬時(shí)超高越限跳閘導(dǎo)致機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)，將四導(dǎo)瓦軟件邏輯判斷回路單瓦溫越限事故停機(jī)更改為雙測(cè)點(diǎn)越限事故停機(jī)：

FOR I:=118 TO 125 DO (*機(jī)組推力軸承瓦溫*)

IF TI[I]>530 AND TI[I]<1500 AND RTD.STATUS_BIT[I]=0 THEN

WDGG1[I]:=1; ELSE WDGG1[I]:=0; END_IF; END_FOR; SUM1a:=WDGG1[118]+WDGG1[119]+WDGG1[120]+WDGG1[121]+WDGG1[122]+WDGG1[123]+WDGG1[124]+WDGG1[125];

IF SUM1a>=2 THEN TLWWGG:=1;

ELSE TLWWGG:=0; END_IF;

FOR I:=14 TO 23 DO (*機(jī)組上導(dǎo)軸承瓦溫*)

IF TI[I]>650 AND TI[I]<1500 AND RTD.STATUS_BIT[I]=0 THEN

WDGG2[I]:=1; ELSE WDGG2[I]:=0; END_IF; END_FOR; SUM2a:=WDGG2[14]+WDGG2[15]+WDGG2[16]+WDGG2[17]+WDGG2[18]+WDGG2[19]+WDGG2[20]+WDGG2[21]+WDGG2[22]+WDGG2[23];

IF SUM2a>=2 THEN SHWWGG:=1;

ELSE SHWWGG:=0; END_IF;

FOR I:=29 TO 40 DO (*機(jī)組下導(dǎo)軸承瓦溫*)

IF TI[I]>650 AND TI[I]<1500 AND RTD.STATUS_BIT[I]=0 THEN WDGG3[I]:=1;

ELSE WDGG3[I]:=0; END_IF; END_FOR; SUM3a:=WDGG3[29]+WDGG3[30]+WDGG3[31]+WDGG3[32]+WDGG3[33]+WDGG3[34]+WDGG3[35]+WDGG3[36]+WDGG3[37]+WDGG3[38]+WDGG3[39]+WDGG3[40];

IF SUM3a>=2 THEN XDWWGG:=1;

ELSE XDWWGG:=0; END_IF;

FOR I:=1 TO 8 DO (*機(jī)組水導(dǎo)軸承瓦溫*)

IF TI[I]>650 AND TI[I]<1500 AND RTD.STATUS_BIT[I]=0 THEN

WDGG4[I]:=1; ELSE WDGG4[I]:=0; END_IF; END_FOR; SUM4a:=WDGG4[1]+WDGG4[2]+WDGG4[3]+WDGG4[4]+WDGG4[5]+WDGG4[6]+WDGG4[7]+WDGG4[8];

IF SUM4a>=2 THEN SDWWGG:=1;

ELSE SDWWGG:=0; END_IF;

IF SOE[16] OR SOE[17] OR ((DQSGGC OR JXSGGC) AND SOE[26]) OR SOE[27] OR SOE[28] OR SOE[30] OR SOE[31] OR SOE[32] OR SOE[33] OR SOE[34] OR SOE[35] OR SOE[36] OR SOE[37] OR SOE[38] OR SOE[39] OR SOE[40] OR SOE[41] OR SOE[42] OR SOE[43] OR SOE[44] OR SOE[96] OR TLWWGG OR SHWWGG OR SDWWGG OR XDWWGG OR SOE[47] OR SOE[83] OR SOE[73] OR SOE[74] OR SOE[95] THEN JZYSG:=1; (*機(jī)組有事故信號(hào)*) DUMMY.DI_VALUE[19]:=1;

ELSE JZYSG:=0; DUMMY.DI_VALUE[19]:=0; END_IF;

四導(dǎo)瓦軟件邏輯判斷回路改為雙測(cè)點(diǎn)測(cè)溫判據(jù)后，軟件回路再未出現(xiàn)因單一瓦溫越限導(dǎo)致的停機(jī)事故，在技術(shù)上為保障可靠性，單一瓦溫現(xiàn)場(chǎng)越限后，通過(guò)補(bǔ)充判斷機(jī)組油溫、相鄰部位瓦溫等技術(shù)手段有效避免了瓦溫確實(shí)越限而未予停機(jī)事故的發(fā)生。

4.2 運(yùn)行故障分析、處理

開機(jī)失敗的現(xiàn)場(chǎng)處理：對(duì)于轉(zhuǎn)子滑環(huán)擦拭后轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地、機(jī)組總冷卻水未投入、制動(dòng)閘未復(fù)歸、機(jī)組事故信號(hào)未復(fù)歸、開蝶閥流程下發(fā)后蝶閥未正常開啟、開機(jī)令未至調(diào)速器導(dǎo)致開機(jī)不成功等，經(jīng)排除故障或確認(rèn)硬件故障暫不影響機(jī)組運(yùn)行后，采取流程外部強(qiáng)制開入測(cè)點(diǎn)信號(hào)后成功開機(jī)。

機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，多次出現(xiàn)機(jī)組制動(dòng)及復(fù)歸指示燈均無(wú)顯示。為保障機(jī)組的安全運(yùn)行，在低谷時(shí)檢查機(jī)組制動(dòng)系統(tǒng)，處理制動(dòng)行程開關(guān)后運(yùn)行正常。機(jī)組停機(jī)過(guò)程中無(wú)法實(shí)現(xiàn)正常工況時(shí)的自動(dòng)加閘制動(dòng)，經(jīng)認(rèn)真分析機(jī)組動(dòng)態(tài)流程并核對(duì)自動(dòng)加閘流程退出信息，原停機(jī)流程判斷自額定轉(zhuǎn)速降至制動(dòng)電磁空氣閥投入轉(zhuǎn)速所設(shè)定的時(shí)間為180s，超時(shí)則機(jī)組流程自動(dòng)退出。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，現(xiàn)階段機(jī)組自額定轉(zhuǎn)速降至加閘制動(dòng)轉(zhuǎn)速耗時(shí)在200～220s之間，經(jīng)調(diào)整機(jī)組下停機(jī)令至自動(dòng)加閘制動(dòng)時(shí)間為240s，將程序下載至LCU柜的CPU中后，機(jī)組停機(jī)制動(dòng)恢復(fù)自動(dòng)。

監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)廠房柴油發(fā)電機(jī)停機(jī)狀態(tài)下低水位，經(jīng)檢查柴油發(fā)電機(jī)水箱發(fā)現(xiàn)其冷卻水液位正常，液位開關(guān)在水箱水位符合要求的情況下，其觸點(diǎn)未閉合，而柴油發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)PLC判斷出此信號(hào)后因開機(jī)條件不具備無(wú)法啟動(dòng)。經(jīng)修復(fù)液位開關(guān)，其信號(hào)上傳正確，柴油發(fā)電機(jī)正常啟動(dòng)，有力地保障了黑啟動(dòng)狀態(tài)下機(jī)組的備用電源。

機(jī)組進(jìn)入不定態(tài)：查其不定態(tài)條件，機(jī)組無(wú)法在上位機(jī)或下位機(jī)開機(jī)。處理的辦法是解除制動(dòng)閘后迅速下開機(jī)令，如風(fēng)閘解除后仍為不定態(tài)，可手動(dòng)短開機(jī)令。出現(xiàn)過(guò)手動(dòng)開機(jī)造成機(jī)組過(guò)速，事故未復(fù)歸的情況下機(jī)組無(wú)法開啟的情況，事故配壓閥或機(jī)組保護(hù)未復(fù)歸無(wú)法開啟，處理后后續(xù)重新開機(jī)正常。

4.3 系統(tǒng)維護(hù)

維護(hù)人員應(yīng)定期采用通道測(cè)試儀器對(duì)模擬量通道進(jìn)行檢查、測(cè)試。測(cè)試通道時(shí)，一般從變送器安裝位置加入標(biāo)準(zhǔn)量模擬電壓或電流信號(hào)，以保證通道檢驗(yàn)的完整性。對(duì)變送器、傳感器及其工作電源、連接電纜等定期進(jìn)行檢查，對(duì)性能不合格的變送器、傳感器及時(shí)更換。當(dāng)SOE量和DI量實(shí)際信號(hào)與監(jiān)控采集不符時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)排查設(shè)備故障，檢查輸入信號(hào)對(duì)DC24V電源公共端處于何種狀態(tài)，逐一檢查監(jiān)控LCU的輸入通道，直到發(fā)現(xiàn)故障設(shè)備并更換。

為提高系統(tǒng)控制的可靠性，監(jiān)控系統(tǒng)輸出繼電器大都安裝電阻二極管吸收電路。由于繼電器是感性元件，若無(wú)吸收回路，IL電流不能形成續(xù)流回路，線圈儲(chǔ)藏的電能會(huì)轉(zhuǎn)化為高壓電勢(shì)，不僅會(huì)損壞開關(guān)，而且將產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾，通過(guò)電源回路串入其他控制設(shè)備，采用圖3所示電路，當(dāng)開關(guān)K閉合時(shí)，二極管反向截止，開關(guān)K由閉合至斷開時(shí)，二極管D形成續(xù)流回路，開關(guān)K兩端的電壓被鉗位在Vcc，B點(diǎn)電壓基本保持零電位，有效地抑制了IL產(chǎn)生的負(fù)壓對(duì)電源的干擾，降低了電磁開關(guān)分合對(duì)其他輸入輸出信號(hào)的影響。

圖3 續(xù)流電路

5 結(jié) 語(yǔ)

NC2000在下坂地電站已投運(yùn)4年，其技術(shù)實(shí)用、操作方便、運(yùn)行穩(wěn)定，狀態(tài)和報(bào)警點(diǎn)采集周期不大于1s，電氣模擬量數(shù)據(jù)采集周期不大于250ms，非電氣模擬量數(shù)據(jù)采集周期不大于1s、LCU從接受控制命令到執(zhí)行命令的響應(yīng)時(shí)間不大于1s，畫面動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)刷新時(shí)間不大于500ms，從報(bào)警產(chǎn)生到畫面信息顯示時(shí)間不大于2s，AGC執(zhí)行周期在3s～1min內(nèi)可調(diào)；在電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻和電壓調(diào)節(jié)中提供了支撐作用。

對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題，本文提出了相應(yīng)的解決方案。底層傳感器的維護(hù)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)與水情測(cè)報(bào)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的通信及告警有待不斷完善；現(xiàn)有的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)基本停留在對(duì)運(yùn)行狀態(tài)異常檢測(cè)和趨勢(shì)分析上[5]，智能分析與趨勢(shì)預(yù)警有待強(qiáng)化，“狀態(tài)檢修”系統(tǒng)有待于不斷探索、總結(jié)、提高。

[1] DL/T 5186—2004 水力發(fā)電廠機(jī)電設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] 李斌，龐敏,等.新時(shí)代下的NC2000計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)[J].水電廠自動(dòng)化，2007(4)：31-33.

[3] 陳帆.施耐德PLC在水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].自動(dòng)化應(yīng)用，2010(5)：43-45.

[4] 方輝欽. 現(xiàn)代水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)與試驗(yàn)[M]. 北京：中國(guó)電力出版社，2004:23.

[5] 陳邕懷.水電站計(jì)算機(jī)控制[D].武漢水利電力大學(xué)，1997: 67.