淺論溪洛渡電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)機組手動停機及落門控制的應(yīng)用論文
引言
隨著計算機、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，大型水電廠的監(jiān)控主要依賴計算機系統(tǒng)及各種微機自動控制裝置，這些智能裝置的應(yīng)用大大提高了水電站自動化程度，使水電廠逐步實現(xiàn)“無人值班”、“少人值守”。自動控制裝置的可靠性相對較高，但從理論上講均存在裝置故障的風(fēng)險，自動化系統(tǒng)設(shè)計時必須保留緊急情況下人工手動控制設(shè)備功能。
在所有的手動干預(yù)控制中，最后一道安全生產(chǎn)防線就是可靠的切斷水流和電流，切斷機組同外界的能量聯(lián)系，即在發(fā)生可預(yù)知事故的情況下，工作人員在遠(yuǎn)方可以手動停止運行的機組，甚至關(guān)閉機組進(jìn)水口閘門，保證人員和設(shè)備安全。某個大型水電站無法快速關(guān)閉進(jìn)水口閘門導(dǎo)致事故進(jìn)一步擴大，這些事故充分說明水電廠可靠關(guān)閉即機組進(jìn)水口閘門的重要性。在《水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)基本技術(shù)條件(DL/T578-95)》中，明確要求監(jiān)控系統(tǒng)需設(shè)置機組后備保護(hù)。一般來說，遠(yuǎn)方手動停機、落門按鈕設(shè)置在電廠中央控制室，其動作信號均接入同計算機監(jiān)控系統(tǒng)相對獨立的后備保護(hù)系統(tǒng)中，水機后備保護(hù)可以采用常規(guī)繼電器或者PLC(可編程邏輯控制器)實現(xiàn)。溪洛渡電站、三峽左右岸電站、葛洲壩電站等大型水電站均在多個地方設(shè)計了手動停機、落門按鈕。
1溪洛渡電站手動停機、落門控制原理
1.1影響溪洛渡電站手動停機、落門設(shè)計的實際情況
溪洛渡電站引水發(fā)電建筑物和控制管理建筑物距離較遠(yuǎn)，這是影響溪洛渡電站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計的重要因素。電站永久性的控制管理樓位于大壩右側(cè)(面向下游)岸邊空地上，高程約870m，左右岸發(fā)電廠房均是地下廠房，發(fā)電機層的高程為376.5m，控制管理樓距右岸地下廠房垂直距離約500m�？刂乒芾順峭野兜叵聫S房通過兩段出線豎井相連，控制電纜(或光纜)布置在出線豎井內(nèi)。如果從控制管理樓鋪設(shè)電纜到左岸進(jìn)水口快速門的控制柜，電纜長度至少大于1.7km，且電纜鋪設(shè)路徑的環(huán)境比較復(fù)雜。
左右岸地下副廠房分別設(shè)置集中控制室，是溪洛渡電站的另一特點。在運行初期，機組運行在磨合期，有必要在地下廠房設(shè)立運行人員的監(jiān)視控制中心。因此，溪洛渡電站總共有3個控制室，即控制管理樓中央控制室、左岸副廠房集控室、右岸副廠房集控室。從技術(shù)上要求左、右岸副廠房能夠手動停止左、右岸運行機組、關(guān)閉左、右岸機組快速門，控制管理樓能夠手動停止全廠運行機組、關(guān)閉全廠機組快速門。
1.2溪洛渡電站手動停機、落門控制原理
在溪洛渡右岸控制管理樓室、左岸地下廠房集控室、右岸地下副廠房集控室、機旁水機后備保護(hù)控制柜共4個值班點，均可實現(xiàn)機組停機和落門，同時在調(diào)速器液壓系統(tǒng)控制柜上設(shè)有緊急停機按鈕。任何一個按鈕動作，其動作信號均能傳送到三套PLC(可編程邏輯控制器，即三套施耐德Quantum系列控制系統(tǒng))，分別是模擬屏驅(qū)動器、機組現(xiàn)地控制單元和機組后備保護(hù)系統(tǒng)。停機序列由機組現(xiàn)地控制單元(LCU)和水機后備保護(hù)系統(tǒng)完成，兩套PLC冗余停機。落門命令由模擬屏進(jìn)水口遠(yuǎn)程柜和機組進(jìn)水口遠(yuǎn)程柜完成，兩套開出(DO)命令冗余，共四個開出命令。
1.2.1模擬屏驅(qū)動器(LCU24)
模擬屏驅(qū)動器的作用是為右岸中控室設(shè)置的模擬屏提供實時生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為了保證在計算機監(jiān)控系統(tǒng)癱瘓的情況下模擬屏依然能夠正常工作，模擬屏的重要信號量(全部的電氣量和部分非電氣量信號)直接從現(xiàn)場設(shè)備采集數(shù)據(jù)，與計算機監(jiān)控系統(tǒng)相對獨立。左右岸進(jìn)水口遠(yuǎn)程柜(RIO4和RIO7)均能緊急關(guān)閉機組進(jìn)水口閘門，且是兩路冗余輸出。
基于施耐德公司Quantum系列67261熱備PLC控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程總線(S908)是通過同軸電纜和多模光纖作為通信介質(zhì)。即CPU同遠(yuǎn)程采集單元是通過多模光纜進(jìn)行通信，同一安裝地點的各個采集機箱通過同軸電纜(RG6)進(jìn)行通信。
1.2.2機組現(xiàn)地控制單元(LCU1-LCU18)
機組現(xiàn)地控制單元采用施耐德公司Quantum系列67261熱備PLC，每臺機組布置一套。采集單元和現(xiàn)場遠(yuǎn)程總線均采用施耐德成套設(shè)備140系列產(chǎn)品。機組現(xiàn)地控制單元完成機組的所有監(jiān)視和控制功能，能夠?qū)崿F(xiàn)緊急停機。在機組進(jìn)水口閘門控制柜旁布置遠(yuǎn)程采集單元(RIO3)，可直接控制快速門，RIO3通過兩路冗余控制命令快速關(guān)閉快速門。
1.2.3機組水機后備保護(hù)系統(tǒng)(機旁PC5柜)
溪洛渡電站水機后備保護(hù)系統(tǒng)采用施耐德公司Quantum系列65150安全PLC，每臺機組一套。布置在地下主廠房376.5m高程的發(fā)電機層。數(shù)據(jù)采集單元采用施耐德成套設(shè)備140系列產(chǎn)品。與機組現(xiàn)地控制單元系統(tǒng)相對獨立，兩者之間主要通過繼電器節(jié)點交換信息。水機后備保護(hù)系統(tǒng)可快速停止運行機組。水機后備保護(hù)系統(tǒng)不能直接動作快速門，需通過機組現(xiàn)地控制單元的進(jìn)水口遠(yuǎn)程單元(RIO3)的兩路冗余命令動作快速門。
1.2.4中控室停機按鈕動作情況
該停機按鈕動作后，由模擬屏驅(qū)動器(LCU24)采集該信號，由模擬屏驅(qū)動器遠(yuǎn)程柜轉(zhuǎn)送該信號到機組現(xiàn)地控制單元(LCU)和水機后備保護(hù)系統(tǒng)，最終由LCU和后備保護(hù)系統(tǒng)完成停機。
1.2.5中控室落門按鈕動作情況
該停機按鈕動作后，由模擬屏驅(qū)動器(LCU24)采集該信號，然后將該信號送往進(jìn)水口快速門閉門，同時送機組現(xiàn)地控制單元(LCU)。LCU將再次動作快速門閉門回路。
1.2.6地下副廠房集控室停機按鈕動作情況
地下副廠房集控室控制停機按鈕動作后，機組現(xiàn)地控制單元(LCU)和水機后備保護(hù)系統(tǒng)直接采集該信號，均要啟動緊急停機序列，完成機組停機。同時，作為冗余信號，水機后備保護(hù)系統(tǒng)會輸出停機信號到機組現(xiàn)地控制單元(LCU)。需注意，左岸地下副廠房集控室只能控制左岸機組，右岸副廠房只能控制右岸機組。
1.2.7地下副廠房集控室落門按鈕動作情況
地下副廠房集控室控制停機按鈕動作后，機組現(xiàn)地控制單元(LCU)和水機后備保護(hù)系統(tǒng)直接采集該信號，均將該信號轉(zhuǎn)送模擬屏驅(qū)動器。機組現(xiàn)地控制單元的進(jìn)水口遠(yuǎn)程柜和模擬屏的進(jìn)水口遠(yuǎn)程柜均要動作快速門落門。
1.2.8機組水機后備保護(hù)柜停機按鈕動作情況機組水機后備保護(hù)柜停機按鈕動后的處理同對應(yīng)機組地下副廠房停機按鈕處理情況一致，兩個按鈕相當(dāng)于并聯(lián)。
1.2.9機組水機后備保護(hù)柜落門按鈕動作情況機組水機后備保護(hù)柜落門按鈕動后的處理同對應(yīng)機組地下副廠房落門按鈕處理情況一致，兩個按鈕相當(dāng)于并聯(lián)。
1.2.10調(diào)速器液壓系統(tǒng)控制柜停機按鈕動作情況調(diào)速器液壓系統(tǒng)控制柜停機按鈕動后的處理同對應(yīng)機組地下副廠房停機按鈕、機組水機后備保護(hù)柜停機按鈕處理情況一致，三個按鈕相當(dāng)于并聯(lián)。
2溪洛渡電站手動停機、落門控制特點
總體說來，溪洛渡電站手動停機、落門控制有以下五個特點：
1)利用光纖實現(xiàn)長距離手動停機、落門信號傳送
控制管理樓中控室距離左岸機組控制柜、左岸機組快速門控制柜均超過1.7km，無法使用常規(guī)電纜有效傳輸控制信號。利用光纖來傳輸按鈕動作信號，有效地解決遠(yuǎn)距離信號傳輸?shù)膯栴}。
2)控制回路冗余度高
(1)控制管理樓中控室落門或者停機按鈕動作后，三套PLC均會會收到信號(對應(yīng)機組現(xiàn)地控制柜PLC、對應(yīng)機組后備保護(hù)PLC、模擬屏的驅(qū)動PLC)。各自獨立運行控制邏輯。地下副廠房、對應(yīng)機組水機后備保護(hù)盤按鈕動作信號設(shè)計一致。
(2)緊急停機控制回路由兩套PLC完成(對應(yīng)機組現(xiàn)地控制柜PLC、對應(yīng)機組后備保護(hù)PLC)。均能獨立完成機組緊急停機。
(3)快速門控制柜接收兩套遠(yuǎn)程I/O控制命令(對應(yīng)機組LCU進(jìn)水口遠(yuǎn)程I/O、模擬屏驅(qū)動器進(jìn)水口遠(yuǎn)程I/O)，每套遠(yuǎn)程I/O有兩路開出(DO)命令，共有四路落門控制命令送快速門控制柜;在緊急停機過程中，每個重要設(shè)備有四路控制命令到達(dá)相應(yīng)設(shè)備控制柜。
3)采取有效技術(shù)措施防止系統(tǒng)風(fēng)險為有效防止9臺機組快速門同時誤動落門，同時要保證落門的可靠性，模擬屏驅(qū)動器輸出模塊(DO)均分控制任務(wù)。即在模擬屏進(jìn)水口遠(yuǎn)程I/O上配置3塊開關(guān)量輸出(DO)模塊，每個輸出模塊承擔(dān)3臺機組的緊急落門控制�？捎行Х乐馆敵瞿K誤動造成9臺機組停機的系統(tǒng)風(fēng)險。
4)經(jīng)濟合理，未增加額外設(shè)備該設(shè)計有效利用了模擬屏顯示的控制設(shè)備，實現(xiàn)長距離控制，沒有變更監(jiān)控系統(tǒng)合同設(shè)備。
5)控制可靠，避免重大安全事故該設(shè)計的高冗余性保證了控制命令的可靠動作，可有效避免重大安全事故。同時，采取均分負(fù)荷等辦法避免系統(tǒng)風(fēng)險,設(shè)計時既充分考慮了系統(tǒng)防誤動，同時考慮了系統(tǒng)防拒動。
3結(jié)語
溪洛渡電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)手動停機、落門控制的應(yīng)用，解決了電站運行值班室與控制設(shè)備距離較遠(yuǎn)，無法使用常規(guī)控制電纜實現(xiàn)手動控制的功能。該應(yīng)用通過多路徑和雙系統(tǒng)模式，保證手動控制的可靠性。
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