袁二哲
(山西垣曲抽水蓄能有限公司,山西 運城 043700)
截至2022年8月底,我國抽水蓄能新增投產(chǎn)580萬kW,在運裝機規(guī)模達到4219萬kW。進一步提升系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力,大力加強抽水蓄能電站建設(shè),積極支持各種新型儲能規(guī)?;瘧?yīng)用,進一步以數(shù)字技術(shù)為電網(wǎng)賦能,促進源網(wǎng)荷儲協(xié)調(diào)互動。
回龍抽水蓄能電站位于河南省南陽市南召縣境內(nèi),距離南陽市負荷中心70km,電站是河南省第一座抽水蓄能電站,裝機總量為120MW,安裝2臺60MW可逆式混流水泵水輪機組,額定水頭379m,最高揚程420m,機組轉(zhuǎn)速為750r/min,是國內(nèi)生產(chǎn)的第一臺高水頭高轉(zhuǎn)速蓄能機組,在電網(wǎng)中擔任的主要任務(wù)是調(diào)峰調(diào)頻、黑啟動和事故備用等。南陽回龍電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)(CSCS)采用分層分布式,按“無人值班,少人值守”原則進行總體設(shè)計,經(jīng)技術(shù)改造后的機組于2018年4月投入運行。機組調(diào)試期間,常出現(xiàn)因自動化元件動作不可靠而引起的頻繁停機事件,造成非停次數(shù)較多,為提高機組啟動成功率,工程技術(shù)人員對監(jiān)控系統(tǒng)的順控流程進行歸納總結(jié)與分析,提出了進一步優(yōu)化機組控制流程的要求。
抽水蓄能作為新興的清潔能源產(chǎn)業(yè),其特點為機組相較常規(guī)水電啟停頻繁,按每天兩發(fā)一抽計算,每天啟停3次,年啟動次數(shù)就達到1095次,其年利用小時數(shù)多在800~3000h,較常規(guī)水電機組年利用小時數(shù)少,但啟停次數(shù)多。針對抽水蓄能機組工況轉(zhuǎn)換復(fù)雜的運行特點,為保障機組的啟動成功率,經(jīng)過對機組的啟動故障進行統(tǒng)計分析,發(fā)現(xiàn)在機組啟機順控流程執(zhí)行過程中,啟機故障多出在機組開始轉(zhuǎn)動前,在啟動輔機過程中,機組常因輔機的自動化元件動作不可靠的原因而啟動失敗。為降低非計劃停機次數(shù),避免上級的非計劃停機考核,急需在流程控制上想辦法減少不必要的機組停機,保障機組的順利啟機。
經(jīng)上述分析,本文提出一種流程控制方法,在發(fā)電開球閥前、抽水充氣壓水前,加入懸??刂萍叭藶榕袛啵F(xiàn)場處理完簡單故障后,可點擊按鈕繼續(xù)執(zhí)行流程。若故障較大,短時間無法處理流程,可退出流程再做事故停機處理。該控制方法僅用于發(fā)電啟機和抽水啟機流程,不影響機組事故停機、機械停機、緊急停機流程的執(zhí)行。
設(shè)計的該啟機邏輯控制系統(tǒng)主要包含監(jiān)控PLC邏輯判斷模塊、監(jiān)控畫面監(jiān)視控制模塊、人工介入判斷處理模塊(見圖1)。
圖1 懸??刂葡到y(tǒng)控制模塊構(gòu)成及處理流程
對于常規(guī)的機組啟機流程判斷邏輯如圖2所示,所述預(yù)設(shè)條件包括開機條件、高頂已啟動條件、技術(shù)供水已啟動條件、水導(dǎo)外循環(huán)啟動條件、主軸密封水已啟動條件、導(dǎo)葉接力器鎖錠已拔出條件、機械制動器已撤出條件和/或換相開關(guān)已合閘條件。不滿足其中的任一種條件直接退出。
圖2 常規(guī)機組啟機流程判斷
本方案提出的是另一種異于常規(guī)的判斷邏輯,本方案中流程判斷不滿足時不再直接退出,而是再次發(fā)令,由人為判斷現(xiàn)場設(shè)備是否滿足流程控制條件(見圖3)。
圖3 引入懸停控制的流程判斷簡圖
具體流程設(shè)計如圖4所示,對機組的啟動流程進行細化,首先根據(jù)開機參數(shù),判斷開機參數(shù)是否滿足開機條件,并輸出判斷結(jié)果。延遲10s,若所述繼續(xù)啟機指令未到達,則進行超時報警。若滿足,則根據(jù)啟高頂參數(shù),判斷啟高頂參數(shù)是否滿足高頂已啟動條件,并輸出判斷結(jié)果。延遲60s,若所述繼續(xù)啟機指令未到達,則進行超時報警。若滿足,則根據(jù)技術(shù)供水參數(shù),判斷技術(shù)供水參數(shù)是否滿足技術(shù)供水已啟動條件,并輸出判斷結(jié)果。延遲60s,若所述繼續(xù)啟機指令未到達,則進行超時報警。若滿足,則根據(jù)水導(dǎo)外循環(huán)參數(shù),判斷水導(dǎo)外循環(huán)參數(shù)是否滿足水導(dǎo)外循環(huán)啟動條件,并輸出判斷結(jié)果。延遲30s,若所述繼續(xù)啟機指令未到達,則進行超時報警。若滿足,則根據(jù)主軸密封水投入?yún)?shù),判斷主軸密封水投入?yún)?shù)是否滿足主軸密封水已啟動條件,并輸出判斷結(jié)果。延遲40s,若所述繼續(xù)啟機指令未到達,則進行超時報警。若滿足,則根據(jù)導(dǎo)葉接力器鎖錠參數(shù),判斷導(dǎo)葉接力器鎖錠參數(shù)是否滿足導(dǎo)葉接力器鎖錠已拔出條件,并輸出判斷結(jié)果。延遲10s,若所述繼續(xù)啟機指令未到達,則進行超時報警。若滿足,則根據(jù)撤出機械制動器參數(shù),判斷撤出機械制動器參數(shù)是否滿足撤出機械制動器參數(shù),并輸出判斷結(jié)果。延遲60s,若所述繼續(xù)啟機指令未到達,則進行超時報警。若滿足,則根據(jù)換相開關(guān)合閘參數(shù),判斷換相開關(guān)合閘參數(shù)是否滿足換相開關(guān)已合閘條件,并輸出判斷結(jié)果。
圖4 引入懸停控制的流程判斷詳細流程圖
如圖4所示,流程執(zhí)行過程中,監(jiān)控正常發(fā)令后若反饋信號正常到達,則流程正常執(zhí)行,當反饋信號經(jīng)超時判斷后未正常到達,則超時報警,監(jiān)控系統(tǒng)簡報畫面出現(xiàn)類似“分段關(guān)閉模式切換電磁閥發(fā)電模式反饋信號未到達,請及時處理”的報文。
當流程判斷條件超時報警時,監(jiān)控系統(tǒng)簡報中發(fā)出類似“開機條件不滿足,請及時處理”的報文(見圖5)。
當正常流程執(zhí)行過程中超時報警后,啟機流程暫時中止,即為“懸?!睜顟B(tài)。此時監(jiān)控系統(tǒng)將再次下發(fā)流程控制指令,同時,中控室值班人員將會把報警信息告知ONCALL組值班人員,ONCALL人員在現(xiàn)場保證人員安全的條件下處理突發(fā)的小故障。
現(xiàn)場故障處理后,流程執(zhí)行條件若能滿足時,監(jiān)控簡報中會發(fā)出相應(yīng)反饋信息,如“技術(shù)供水電動閥開啟成功”等報文,監(jiān)控值班室值班人員聯(lián)合現(xiàn)場處理人員判斷故障排除后,點擊“故障已排除,流程繼續(xù)執(zhí)行”按鈕,流程繼續(xù)執(zhí)行。當現(xiàn)場人工不能處理時,則由中控室值班人員點按“故障未處理,流程退出執(zhí)行”控制按鈕,則流程退出,走事故停機流程。
綜上,監(jiān)控畫面流程監(jiān)視控制頁面中,設(shè)計“故障已排除,流程繼續(xù)執(zhí)行”綠色控制按鈕與“故障未處理,流程退出執(zhí)行”紅色控制按鈕(見圖6)。
為保證機組運行安全,此懸停控制僅涉及機組發(fā)電工況啟機流程,停機到開球閥機組轉(zhuǎn)機前,抽水工況啟機流程中,為停機到充氣壓水前,此時機組尚未轉(zhuǎn)動,可一定程度上確保機組主機部分的安全。并且,此懸停設(shè)計僅針對正常啟機流程,不對事故啟動流程做任何的改動,保證機組能正常事故停機,一旦有意外情況,也可由人工點按事故停機按鈕或由系統(tǒng)自動啟動事故停機流程,保證事故情況下的機組停機流程的及時啟動。
此項方案實施后,一是保證了抽水蓄能機組啟機成功率;二是降低了非計劃停機次數(shù);三是避免了因輔機自動化原件動作不可靠導(dǎo)致的上級的非計劃停機考核;四是加快了機組的啟動速度。
通過對回龍抽水蓄能電站的機組啟機設(shè)計控制流程的修改,機組抽水和發(fā)電啟輔機流程進一步優(yōu)化,針對機組整組啟動試運行過程中發(fā)現(xiàn)的問題進行分析,結(jié)合運維檢修經(jīng)驗,將自動開機及工況轉(zhuǎn)換控制流程模塊化、標準化和實用化,對提高抽水蓄能機組運行控制的可靠性、靈活性和速動性具有一定的意義。