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用論文
引言
隨著計算機、網絡技術的發(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險，自動化系統(tǒng)設計時必須保留緊急情況下人工手動控制設備功能。
在所有的手動干預控制中，最后一道安全生產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)生可預知事故的情況下，工作人員在遠方可以手動停止運行的機組，甚至關閉機組進水口閘門，保證人員和設備安全。某個大型水電站無法快速關閉進水口閘門導致事故進一步擴大，這些事故充分說明水電廠可靠關閉即機組進水口閘門的重要性。在《水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)基本技術條件(DL/T578-95)》中，明確要求監(jiān)控系統(tǒng)需設置機組后備保護。一般來說，遠方手動停機、落門按鈕設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系統(tǒng)中，水機后備保護可以采用常規(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，這是影響溪洛渡電站監(jiān)控系統(tǒng)設計的重要因素。電站永久性的控制管理樓位于大壩右側(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。如果從控制管理樓鋪設電纜到左岸進水口快速門的控制柜，電纜長度至少大于1.7km，且電纜鋪設路徑的環(huán)境比較復雜。
左右岸地下副廠房分別設置集中控制室，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。從技術上要求左、右岸副廠房能夠手動停止左、右岸運行機組、關閉左、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，同時在調速器液壓系統(tǒng)控制柜上設有緊急停機按鈕。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))，分別是模擬屏驅動器、機組現(xiàn)地控制單元和機組后備保護系統(tǒng)。停機序列由機組現(xiàn)地控制單元(LCU)和水機后備保護系統(tǒng)完成，兩套PLC冗余停機。落門命令由模擬屏進水口遠程柜和機組進水口遠程柜完成，兩套開出(DO)命令冗余，共四個開出命令。
1.2.1模擬屏驅動器(LCU24)
模擬屏驅動器的作用是為右岸中控室設置的模擬屏提供實時生產數據，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)場設備采集數據，與計算機監(jiān)控系統(tǒng)相對獨立。左右岸進水口遠程柜(RIO4和RIO7)均能緊急關閉機組進水口閘門，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)的遠程總線(S908)是通過同軸電纜和多模光纖作為通信介質。即CPU同遠程采集單元是通過多模光纜進行通信，同一安裝地點的各個采集機箱通過同軸電纜(RG6)進行通信。
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)場遠程總線均采用施耐德成套設備140系列產品。機組現(xiàn)地控制單元完成機組的所有監(jiān)視和控制功能，能夠實現(xiàn)緊急停機。在機組進水口閘門控制柜旁布置遠程采集單元(RIO3)，可直接控制快速門，RIO3通過兩路冗余控制命令快速關閉快速門。
1.2.3機組水機后備保護系統(tǒng)(機旁PC5柜)
溪洛渡電站水機后備保護系統(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。數據采集單元采用施耐德成套設備140系列產品。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。水機后備保護系統(tǒng)可快速停止運行機組。水機后備保護系統(tǒng)不能直接動作快速門，需通過機組現(xiàn)地控制單元的進水口遠程單元(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，由模擬屏驅動器(LCU24)采集該信號，由模擬屏驅動器遠程柜轉送該信號到機組現(xiàn)地控制單元(LCU)和水機后備保護系統(tǒng)，最終由LCU和后備保護系統(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，由模擬屏驅動器(LCU24)采集該信號，然后將該信號送往進水口快速門閉門，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)和水機后備保護系統(tǒng)直接采集該信號，均將該信號轉送模擬屏驅動器。機組現(xiàn)地控制單元的進水口遠程柜和模擬屏的進水口遠程柜均要動作快速門落門。
1.2.8機組水機后備保護柜停機按鈕動作情況機組水機后備保護柜停機按鈕動后的處理同對應機組地下副廠房停機按鈕處理情況一致，兩個按鈕相當于并聯(lián)。
1.2.9機組水機后備保護柜落門按鈕動作情況機組水機后備保護柜落門按鈕動后的處理同對應機組地下副廠房落門按鈕處理情況一致，兩個按鈕相當于并聯(lián)。
1.2.10調速器液壓系統(tǒng)控制柜停機按鈕動作情況調速器液壓系統(tǒng)控制柜停機按鈕動后的處理同對應機組地下副廠房停機按鈕、機組水機后備保護柜停機按鈕處理情況一致，三個按鈕相當于并聯(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，有效地解決遠距離信號傳輸的問題。
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(對應機組現(xiàn)地控制柜PLC、對應機組后備保護PLC、模擬屏的驅動PLC)。各自獨立運行控制邏輯。地下副廠房、對應機組水機后備保護盤按鈕動作信號設計一致。
(2)緊急停機控制回路由兩套PLC完成(對應機組現(xiàn)地控制柜PLC、對應機組后備保護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程I/O控制命令(對應機組LCU進水口遠程I/O、模擬屏驅動器進水口遠程I/O)，每套遠程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，每個重要設備有四路控制命令到達相應設備控制柜。
3)采取有效技術措施防止系統(tǒng)風險為有效防止9臺機組快速門同時誤動落門，同時要保證落門的可靠性，模擬屏驅動器輸出模塊(DO)均分控制任務。即在模擬屏進水口遠程I/O上配置3塊開關量輸出(DO)模塊，每個輸出模塊承擔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)風險。
4)經濟合理，未增加額外設備該設計有效利用了模擬屏顯示的控制設備，實現(xiàn)長距離控制，沒有變更監(jiān)控系統(tǒng)合同設備。
5)控制可靠，避免重大安全事故該設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，采取均分負荷等辦法避免系統(tǒng)風險,設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、落門控制的應用，解決了電站運行值班室與控制設備距離較遠，無法使用常規(guī)控制電纜實現(xiàn)手動控制的功能。該應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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