張福成

（陜西漢江投資開(kāi)發(fā)有限公司蜀河水力發(fā)電廠　陜西省　安康市　725721）

貫流式機(jī)組油輔控PLC雙冗余改造及控制邏輯優(yōu)化

張福成

（陜西漢江投資開(kāi)發(fā)有限公司蜀河水力發(fā)電廠陜西省安康市725721）

蜀河水力發(fā)電廠為燈泡貫流式機(jī)型發(fā)電廠，由于水輪機(jī)組的油輔控系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用的PLC單CPU系統(tǒng)，安全系數(shù)較低，存在設(shè)計(jì)缺陷。一旦PLC出現(xiàn)故障，將直接導(dǎo)致油輔控設(shè)備失去自動(dòng)控制，進(jìn)而引起機(jī)組油流中斷停機(jī)，調(diào)速系統(tǒng)失壓事故低油壓保護(hù)動(dòng)作，漏油箱溢油等一系列事故。該廠在2015年的三號(hào)機(jī)組大修中，對(duì)三號(hào)機(jī)組油輔控PLC進(jìn)行了雙冗余改造及控制邏輯優(yōu)化。同時(shí)，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)對(duì)油系統(tǒng)循環(huán)方式進(jìn)行了改造。油輔控系統(tǒng)PLC由單CPU升級(jí)成雙機(jī)冗余系統(tǒng)后，油輔控系統(tǒng)的安全、可靠性極大提高，為整個(gè)機(jī)組的連續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠保障。

貫流式機(jī)組；油輔控；PLC雙冗余改造；控制邏輯優(yōu)化；循環(huán)方式

1　概述

蜀河水電廠位于陜西省旬陽(yáng)縣境內(nèi)的漢江上游干流上，壩址在旬陽(yáng)縣蜀河鎮(zhèn)上游約1km處，是漢江上游梯級(jí)開(kāi)發(fā)規(guī)劃的第六個(gè)梯級(jí)水電站。電站設(shè)計(jì)安裝6臺(tái)45MW的燈泡貫流式水輪機(jī)組，其中三、四號(hào)機(jī)組為哈爾濱電機(jī)廠機(jī)組，其他機(jī)組為東方電機(jī)廠機(jī)組，總裝機(jī)容量為270MW，2010年10月全部機(jī)組投產(chǎn)。

2　油輔控PLC及所控制重要設(shè)備簡(jiǎn)介（見(jiàn)表1）

蜀河水電廠三號(hào)機(jī)組現(xiàn)油輔控PLC控制系統(tǒng)安裝在主廠房189m層相應(yīng)機(jī)組段，由原生產(chǎn)廠商江蘇金智提供安裝。PLC控制器采用VersaMax CPU為IC200CPUE05，PLC采用單CPU系統(tǒng)。PLC采集高位油箱、低位油箱、漏油箱、回油箱的油位信號(hào)，壓油罐的壓力信號(hào)及其他開(kāi)關(guān)量、模擬量信號(hào)，主要控制兩臺(tái)壓油泵，兩臺(tái)高壓頂軸油泵，兩臺(tái)循環(huán)油泵，1臺(tái)漏油泵及其他部分輔助設(shè)備的運(yùn)行，滿足機(jī)組調(diào)速器所需的壓力恒定，油系統(tǒng)油位、油流穩(wěn)定及機(jī)組啟停時(shí)高頂油泵正常投入。目前共有DI點(diǎn)128點(diǎn)，DO點(diǎn)64點(diǎn)，AI點(diǎn)8點(diǎn)。

三號(hào)機(jī)油輔控系統(tǒng)包括機(jī)組油系統(tǒng)集中控制部分、機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)油壓裝置的控制、調(diào)速器漏油泵及機(jī)組高壓油頂起油泵控制、機(jī)組低位油箱循環(huán)油泵控制等4個(gè)部分組成。

油輔控集中控制屏包含油壓裝置集中控制回路、機(jī)組軸承高壓油頂起油泵與機(jī)組漏油泵的控制回路以及機(jī)組油系統(tǒng)循環(huán)油泵的控制回路，輔助設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息由集中控制屏與機(jī)組LCU進(jìn)行通信。

3　改造前設(shè)備運(yùn)行狀況及改造意義

對(duì)燈泡貫流式水輪機(jī)組而言，油輔控系統(tǒng)是機(jī)組的一個(gè)非常重要的輔控系統(tǒng)，直接關(guān)系到整個(gè)機(jī)組的正常穩(wěn)定運(yùn)行，是機(jī)組安全的重要保障。如果油系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題，輕則導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)，重則導(dǎo)致機(jī)組出現(xiàn)致命性損傷，嚴(yán)重威脅機(jī)組安全運(yùn)行。自機(jī)組投運(yùn)以來(lái)，由于我廠三號(hào)機(jī)組水輪機(jī)組的油輔控系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用的PLC單CPU系統(tǒng)，安全系數(shù)較低，存在設(shè)計(jì)缺陷。運(yùn)行中多次出現(xiàn)PLC故障停運(yùn)，導(dǎo)致壓油泵，循環(huán)油泵，高壓頂軸油泵，漏油泵失去自動(dòng)控制，進(jìn)而引起機(jī)組油流中斷事故停機(jī)，壓油泵故障停運(yùn)，漏油箱溢油等一系列事故，嚴(yán)重威脅機(jī)組安全運(yùn)行，況且油輔控單CPU配置，也不符合中國(guó)大唐集團(tuán)公司《防止電力生產(chǎn)重大事故的25項(xiàng)重點(diǎn)要求實(shí)施導(dǎo)則》（QCDT109 004-2005）L.1.1.2條“主要控制器應(yīng)冗余配置，重要I/O點(diǎn)應(yīng)考慮采用非同一板件的冗余配置”的規(guī)定。

表1　油輔控改造前PLC型號(hào)及重要控制設(shè)備參數(shù)

隨著PLC技術(shù)的發(fā)展，雙CPU冗余技術(shù)在PLC控制中得到大量應(yīng)用，這一問(wèn)題將得到解決。雙CPU冗余技術(shù)是指在一個(gè)PLC系統(tǒng)中有兩個(gè)CPU同時(shí)運(yùn)行，一個(gè)為主，一個(gè)備用。系統(tǒng)隨時(shí)檢測(cè)CPU的工作狀態(tài)，一旦主CPU異常，系統(tǒng)立即將控制權(quán)自動(dòng)切換到備用的CPU，保證PLC系統(tǒng)的正常運(yùn)行，同時(shí)發(fā)出警告，提醒維修人員對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行處理。由此，油輔控系統(tǒng)PLC由CPU升級(jí)成雙機(jī)冗余系統(tǒng)后，油輔控系統(tǒng)的可靠性將極大提高，進(jìn)而為整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行提供可靠保障。同時(shí)，由于油輔控PLC在運(yùn)行中多次出現(xiàn)不明原因的死機(jī)，引起兩臺(tái)循環(huán)油泵同時(shí)啟動(dòng)等異?，F(xiàn)象，必須對(duì)控制邏輯進(jìn)行優(yōu)化，為了增加循環(huán)油系統(tǒng)的穩(wěn)定性，決定結(jié)合機(jī)組大修完成循環(huán)油系統(tǒng)油循環(huán)方式的改造試驗(yàn)，油輔控控制邏輯也必須加以改變。

4　改造的方案及實(shí)施過(guò)程

4.1硬件設(shè)備的安裝更換

經(jīng)過(guò)多方分析調(diào)研，制定出以下改造方案：將舊的GE品牌PLC機(jī)架拆除，安裝上新的施耐德昆騰67160雙機(jī)冗余系統(tǒng)與X80遠(yuǎn)程IO分站，冗余機(jī)架通過(guò)以太網(wǎng)與分站IO機(jī)架通訊。新PLC系統(tǒng)采用DC24V供電。觸摸屏沿用舊的昆侖通態(tài)產(chǎn)品，與PLC通過(guò)以太網(wǎng)通訊。使用Unity編程軟件編寫(xiě)新的控制邏輯。具體實(shí)施技術(shù)及要求如下：

（1）拆除掉原來(lái)的整套PLC控制模塊，改為全新的施耐德昆騰67160PLC雙機(jī)冗余系統(tǒng)，增加一個(gè)RTD模塊，原來(lái)PLC開(kāi)入、開(kāi)出模塊也更換掉，控制柜外回路及控制邏輯不變。要求用戶內(nèi)存容量留有一定的裕度，并配備內(nèi)部電池。

（2）PLC控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)相應(yīng)LCU之間的通訊采用直接I/O通信方式。

（3）各可編程控制器系統(tǒng)裝置電源采用交直流供電方式，以實(shí)現(xiàn)不間斷供電。電源設(shè)備工作可靠并具有狀態(tài)和故障指示及過(guò)載保護(hù)能力。

（4）各可編程控制器系統(tǒng)的I/O接口具有光電隔離和抗干擾措施，輸入形式為繼電器獨(dú)立無(wú)源接點(diǎn)。出口繼電器的接點(diǎn)應(yīng)能驅(qū)動(dòng)現(xiàn)地的電氣設(shè)備。

（5）各可編程控制器系統(tǒng)中各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及故障信號(hào)都有對(duì)外空接點(diǎn)信號(hào)輸出，每個(gè)信號(hào)的輸出獨(dú)立常開(kāi)接點(diǎn)不少于二對(duì)。

（6）供系統(tǒng)用的變送器，其電源由本控制系統(tǒng)解決。

（7）繼電器

用于邏輯控制、信號(hào)擴(kuò)展以及信號(hào)輸出的繼電器ABB公司生產(chǎn)的中間繼電器，繼電器的接點(diǎn)數(shù)量應(yīng)滿足控制和信號(hào)回路的要求。

（8）元件電氣輸出量

開(kāi)關(guān)量觸點(diǎn)應(yīng)適應(yīng)于控制電路，并不得低于其額定電流和電壓值。為用戶提供的接點(diǎn)應(yīng)為在電氣上獨(dú)立且不接地的無(wú)源接點(diǎn)。

表2　改造后PLC清單

4.2控制邏輯的實(shí)現(xiàn)

4.2.1油系統(tǒng)大循環(huán)實(shí)驗(yàn)

蜀河水電廠三號(hào)機(jī)組由哈爾濱電機(jī)設(shè)備有限公司生產(chǎn)，改造前潤(rùn)滑油系統(tǒng)循環(huán)方式是：潤(rùn)滑油由低位油箱經(jīng)過(guò)循環(huán)油泵輸出后通過(guò)濾油器、油冷卻器、M1電動(dòng)閥、供油母管，至軸承冷卻潤(rùn)滑后回到低位油箱。此循環(huán)方式簡(jiǎn)稱為小循環(huán)方式。

循環(huán)油系統(tǒng)大循環(huán)方式為：潤(rùn)滑油由低位油箱經(jīng)過(guò)循環(huán)油泵輸出后通過(guò)濾油器、油冷卻器、M2電動(dòng)閥、高位油箱，經(jīng)M3電動(dòng)閥至供油母管上的各只管道閥門(mén)進(jìn)行油流分配，進(jìn)入各軸承冷卻潤(rùn)滑后回到低位油箱，簡(jiǎn)稱為大循環(huán)方式。大循環(huán)方式循環(huán)油路通過(guò)高位油箱采用重力供油方式進(jìn)行機(jī)組正常運(yùn)行的冷卻潤(rùn)滑。

循環(huán)油的循環(huán)方式直接決定了循環(huán)油泵及其附屬設(shè)備的控制邏輯。2014年11月3日及2015年4月中旬，經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，完成了循環(huán)油泵大循環(huán)改造后的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)自動(dòng)實(shí)驗(yàn)，循環(huán)油泵及油系統(tǒng)運(yùn)行良好。

4.2.2油輔控PLC控制邏輯的確定

系統(tǒng)改造后壓油泵、漏油泵、補(bǔ)氣閥、高頂油泵、電加熱等設(shè)備控制邏輯進(jìn)行優(yōu)化，基本邏輯不變。對(duì)循環(huán)油泵控制邏輯如下：

循環(huán)油泵控制邏輯：

（1）循環(huán)油系統(tǒng)維持現(xiàn)在的小循環(huán)運(yùn)行方式時(shí)（備用方式）控制方式及控制邏輯不變。

（2）循環(huán)油系統(tǒng)改為大循環(huán)運(yùn)行方式時(shí)（改造后實(shí)際運(yùn)行方式）設(shè)計(jì)控制邏輯如圖1。

圖1　

5　結(jié)束語(yǔ)

2015年5月11日，三號(hào)機(jī)完成油輔控PLC雙冗余改造及控制邏輯優(yōu)化后經(jīng)過(guò)調(diào)試后正式投運(yùn)，三號(hào)機(jī)循環(huán)油系統(tǒng)以大循環(huán)方式投入運(yùn)行，隨著機(jī)組開(kāi)機(jī)令，循環(huán)油系統(tǒng)一次投運(yùn)成功，運(yùn)行效果良好，為三號(hào)機(jī)機(jī)組大修后的整體正常投運(yùn)奠定了良好的基礎(chǔ)。

蜀河電廠三號(hào)機(jī)組油輔控PLC雙冗余改造、控制邏輯優(yōu)化，以及潤(rùn)滑油大循環(huán)改造的圓滿成功，極大地減少了PLC運(yùn)行中的故障幾率，提高了輔控設(shè)備的運(yùn)行可靠性，潤(rùn)滑油大循環(huán)方式降低了循環(huán)油泵切換瞬間或者循環(huán)油泵短時(shí)間故障時(shí)造成油流中斷而事故停機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)，據(jù)初步計(jì)算，在循環(huán)油泵自動(dòng)運(yùn)行時(shí)因故造成兩臺(tái)循環(huán)油泵同時(shí)故障時(shí)，高位油箱的油可以提供近5min的時(shí)間才達(dá)到“事故低油位”，這就為運(yùn)行人員事故處理提供了時(shí)間，如果條件許可，處理及時(shí)，可以有效的避免機(jī)組非停，也可以有效地防止斷油燒瓦的惡性事故。運(yùn)行實(shí)踐，三號(hào)機(jī)組油輔控PLC雙冗余改造、控制邏輯優(yōu)化，對(duì)機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行具有極其重大的意義。

TG233.1

A

1673-0038（2015）39-0249-03

2015-9-12

張福成（1966-），工程師，設(shè)備部電氣專(zhuān)業(yè)管理人員。