安康水力發(fā)電廠機組監(jiān)控系統(tǒng)改造

1、    安康水力發(fā)電廠機組監(jiān)控系統(tǒng)改造摘  要：文通過分析安康發(fā)電機組監(jiān)控系統(tǒng)存在的缺陷和不足，提出升級改造的主要內(nèi)容：在保留原來電站自動化控制系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)的前提下，對電站自動化控制系統(tǒng)主控級工作站、服務器更換；應用軟件升級到目前最新版本，即H9000 V3.0。關(guān)鍵詞：電機組；監(jiān)控系統(tǒng)；改造                      安康水電廠1-4#機組監(jiān)控于1999年4月至2002年2月相繼

2、投入運行，采用中國水利水電科學研究院自動化所于二十世紀90年代初期設計開發(fā)的面向水電應用的H9000 V2.0分布開放計算機監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)在投入后，暴露了一些問題，嚴重影響機組穩(wěn)定運行。針對這些問題檢修人員積極做了部分技術(shù)改造，但還是沒有從根本上得到解決。安康水電廠從2006年開始在廠內(nèi)進行大規(guī)模環(huán)境治理、設備整治和整體升級改造，為實現(xiàn) “無人值班”(少人值守)及爭創(chuàng)“一流水電廠”創(chuàng)造條件。同時H9000 V3.0在技術(shù)和實際應用中已經(jīng)相當成熟，于是2008年1月，在4#機組大修中率先對其監(jiān)控系統(tǒng)進行了升級改造，到5月底又相繼對其他三臺機組也實施了監(jiān)控升級改造。   &

3、#160;    1 H9000 V2.0系統(tǒng)及其運行情況        H9000 V2.0系統(tǒng)計算機監(jiān)控系統(tǒng)由兩臺主控機（上位機）和4套現(xiàn)地控制單元（1-4#機組LCU）組成。        現(xiàn)地控制單元（LCU）分別由一體化工控機、現(xiàn)地PLC控制單元、通訊模件、模入模件、開入模件、中斷模件、開出模件等模塊組成。工控機：上位機與現(xiàn)地控制單元PLC通過工控機進行通信，傳輸數(shù)據(jù)、指令，工控機若故障將使中央控制室失去對機組的運行監(jiān)視和實時控制。獨立

4、的雙冗余PLC：是LCU單元的核心，完成對監(jiān)控對象的數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)預處理，通過工控機向上位機傳送實時數(shù)據(jù)信息，并自動服從上位機的命令和管理,按照預先設定的程序進行邏輯判斷，通過輸入輸出模塊完成對輔助設備的實時控制。模入、開入、中斷和開出模件主要完成機組運行參數(shù)、狀態(tài)的采集和輸出PLC控制指令，這些模件安裝在不同位置的機架背板上。通訊模件用于PLC與安裝在不同機架上各模件的通訊。監(jiān)控系統(tǒng)投運9年來，對機組安全運行造成重大影響的故障進行分析統(tǒng)計，工控機故障，如死機、硬盤損壞、風扇磨損或集塵引起散熱不良致使元件燒壞等占到60%左右。通訊元件故障（主要是光電轉(zhuǎn)換器）占到40%，其他模件雖然也有很多缺陷

5、，但只是影響個別輔助設備運行，不會對機組整體安全構(gòu)成威脅。在機組LCU配置圖中可以看出，上位機的兩套獨立的網(wǎng)絡總線和現(xiàn)地LCU雙冗余PLC都要通過工控機進行通信，這并不是完全意義上的硬件雙冗余互為備用的雙通道網(wǎng)絡。綜上，工控機是整個系統(tǒng)的瓶頸。        2 安康水電廠機組監(jiān)控升級改造        H9000 V3.0系統(tǒng)于2001年研制開發(fā)成功，V3.0版與過去較大改進之處包括可編程控制器直接上以太網(wǎng)、提供監(jiān)控系統(tǒng)WEB瀏覽功能、最新國際標準通訊規(guī)約庫及軟件包等，進一

6、步提高了系統(tǒng)的可靠性和可維護性。        安康水電廠機組監(jiān)控系統(tǒng)升級改造的主要內(nèi)容是：在保留原來電站自動化控制系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)的前提下，對電站自動化控制系統(tǒng)主控級工作站、服務器更換；應用軟件升級到目前最新版本，即H9000 V3.0。        LCU取消工控機，增加以太網(wǎng)模塊、通訊控制器、觸摸屏、現(xiàn)地交換機，更換SOE模塊；增加溫度RTD模塊及其機箱、電源等模塊。PLC的編程軟件從DOS（MODSOFT2.6）升級到WINDOWS（CONCEPT2.6）；增設機械事故

7、停機后備PLC。        下面分別就4F機組LCU升級改造項目進行介紹：        LCU取消工控機，增加以太網(wǎng)模塊、通訊控制器、觸摸屏、現(xiàn)地交換機，更換SOE模塊。工業(yè)控制微機結(jié)構(gòu)復雜，有機械旋轉(zhuǎn)部件，是影響LCU乃至監(jiān)控系統(tǒng)可靠性的瓶頸，在安康水電廠監(jiān)控系統(tǒng)應用證明也確實如此。H9000 V3.0在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有較大改進，LCU采用了可編程控制器（NOE771 01）直接上以太網(wǎng)的方式，在控制主回路中取消了工控機，工控機（配置有觸摸屏）僅作為現(xiàn)地的輔助控制人機聯(lián)系設

8、備，相當于計算機顯示器的作用，系統(tǒng)正常運行時，工控機可以退出運行。由于控制主回路取消工控機，使上下位機通信更加流暢，設備狀態(tài)實時性更高，LCU的運行可靠性大幅度提高，維護工作變得更加簡單，為下一階段安康水電廠實現(xiàn)無人值班（少人值守）運行的要求創(chuàng)造了有利條件。        機組LCU在PLC控制上仍然沿用老版本，仍是A、B兩套在硬件上相互獨立、軟件相同的雙冗余PLC，正常運行期間一套PLC為“主站”，另一套為“熱備站”。不同的是每套PLC上增加了兩個以太網(wǎng)通訊模塊（NOE771 01）以代替原來工控機承擔的機組LCU與上位機的通信任務

9、，通訊網(wǎng)絡（NOE 771 01）通過光口分別與100M冗余以太網(wǎng)A網(wǎng)、B網(wǎng)相連接，改造后的機組LCU將通過4個通信通道與上位機相連接，每個通信模塊承擔的任務相同，正常運行期間只有一個以太網(wǎng)網(wǎng)絡模塊（NOE 771 01）處于工作狀態(tài)，其他三個處于熱備用狀態(tài)，從而徹底消除了原工控機給監(jiān)控系統(tǒng)造成的瓶頸，使監(jiān)控系統(tǒng)的控制可靠性得到進一步加強。真正實現(xiàn)了H9000系統(tǒng)硬件與軟件冗余體系，軟件總體設計采用無主設計的概念，認為系統(tǒng)整體出現(xiàn)故障的概率是零，系統(tǒng)永遠是可控的。        增加溫度RTD模塊及其機箱、電源等模塊。在H9000 V

10、2.0系統(tǒng)中機組溫度采集工作由溫度巡檢儀完成，溫度量通過工控機擴展串口接入上位機，而不進入PLC。 H9000 V3.0系統(tǒng)采用高性能的溫度量采集模塊（ARI030 10）取代溫度巡檢儀原先所承擔的采集機組各部溫度的任務，機組每個測溫電阻直接與測溫模塊的每個點一一對應，將溫度量模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量再輸出至PLC，提高了溫度的實時性和可靠性。這次升級改造同時對機組溫度保護跳閘邏輯條件也進行了修改。原溫度保護是推力、上導、水導軸承分別有兩塊瓦（其他瓦溫由溫度巡檢儀采集）與帶有電接點的常測溫度表相連接，當瓦溫達到動作定值后，電接點閉合啟動溫度保護使機組事故停機。改造后的溫度量進入進行PLC后，不再被

11、單一用于溫度監(jiān)視，還用于邏輯判斷，發(fā)出報警或事故停機信號。上導和水導溫度保護動作邏輯與此相同，只是溫度定值不同。每個溫度測點還附設有梯度閉鎖，防止溫度采集回路故障引起測量值突變，造成溫度保護誤動，從而整體提高了溫度保護的安全性和可靠性。        將各機架電源模塊更換為CPS114 20電源，輸出功率更大，供電質(zhì)量更穩(wěn)定。將中斷模塊更換為modicon 生產(chǎn)的ERT854 10產(chǎn)品。        PLC的編程軟件從DOS（MODSOFT2.6）升級到WINDOWS（CO

12、NCEPT2.6）。LCU查詢系統(tǒng)采用WINDOWS畫面模式，符合大多數(shù)人使用WINDOWS操作系統(tǒng)的習慣。彩色觸摸屏的應用、簡化菜單層次、用紅綠標志表示設備狀態(tài)對于運行人員現(xiàn)地查詢、監(jiān)視十分便捷、直觀。        增設機械事故停機后備PLC。在H9000 V2.0系統(tǒng)中已經(jīng)將機組機械保護邏輯判斷回路做成了程序，存入PLC的CPU模件當中，機組監(jiān)控正常運行期間A、B兩套PLC相互備用，機組機械保護可靠投入。但PLC故障后機組將失去機械保護，這對運行機組安全是危險的，而且兩套PLC同時故障的情況也是有可能發(fā)生的，如電源同時故障等。H

13、9000 V3.0系統(tǒng)專門針對此問題增設了一個機械事故停機后備PLC，作為機組事故停機的后備手段。具體做法是在機組LCU內(nèi)設置一個小型機械事故停機后備PLC，該PLC發(fā)出的事故停機信號為獨立的機組過速、事故低油壓及緊急停機按鈕等，在發(fā)生上述事故時，主PLC與小PLC同時發(fā)出事故停機信號實現(xiàn)機組緊急停機。機械事故停機后備PLC的信號、電源獨立配置。        3 機組監(jiān)控升級改造后的運行情況及評價        1-4#機組監(jiān)控系統(tǒng)升級改造完成投入運行后，發(fā)生的故障或存在的

14、問題，需要增添一些功能。        1#機組、3#機組LCU B套PLC網(wǎng)絡模塊（NOE 771 01）前后多次發(fā)生故障，系統(tǒng)均能自動切換至備用網(wǎng)絡模塊（NOE 771 01）運行，沒有影響到機組運行，但從另一個方面看，網(wǎng)絡模塊故障率較高，要進一步從產(chǎn)品質(zhì)量和通訊協(xié)議是否配合方面進行檢查。1-4機組均多次發(fā)生“測溫回路斷線”“瓦溫梯度閉鎖”告警，測點溫度實時數(shù)值變化太大。梯度閉鎖動作，此測點溫度值被溫度保護屏蔽，不參與溫度保護跳閘邏輯比較，不影響機組運行。原因是測溫回路端子松動接觸電阻增大或測溫電阻損壞。對策是平時應注意避免機組在

15、震動區(qū)運行，減輕機組及廠房震動。在大小修中更換測溫電阻，加強設備維護管理。個別自動化元件（如2F快速門高度位移傳感器、1F導葉開度傳感器）由于沒有備件對機組運行參數(shù)監(jiān)視造成影響。建議機組監(jiān)控增加黑啟動開機流程。機組黑啟動是快速恢復廠用電重要方法，也是電網(wǎng)崩潰后恢復電網(wǎng)的首要工作。實現(xiàn)少人值班后，不會有較多運行人員到現(xiàn)場手動開機，進行黑啟動操作，這就延誤廠用電的恢復時間，將對設備、防洪設施和電網(wǎng)運行安全極為不利。因此增加機組黑啟動流程很有必要。對此有利的是，保留現(xiàn)有“空載開機流程”，再將其中“判斷推外油流正常”的條件刪除之后形成的新流程，就能滿足監(jiān)控黑啟動機組的要求，就是所需要的“黑啟動開機流程”。建議增加監(jiān)控投撤風閘功能。目前監(jiān)控上只能監(jiān)視風閘狀態(tài)，不能進行遠方投撤操作。增加監(jiān)控投撤風閘功能必要性：當機組在高水頭下停機存在慢轉(zhuǎn)的現(xiàn)象需投入風閘制動，還有為檢修工作做安全措施需要投撤風閘，這些都要到現(xiàn)地操作。為實現(xiàn)少人值班（無人值守），減輕運行人員的工作強度。有利條件是，機組LCU已有控制風閘投撤的開出繼電器，只要在PLC中增加投撤風閘的邏輯程序，上位機風閘狀態(tài)畫面上增設操作按鈕就能實現(xiàn)。        從總體上來說，監(jiān)控系統(tǒng)運行還是非常穩(wěn)定的，沒有發(fā)生危及機