水輪機(jī)溫度保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)改進(jìn)

水輪機(jī)溫度保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)改進(jìn)

1為機(jī)組重要非電量保護(hù)提供了更高的重視在水庫處理廠的監(jiān)測系統(tǒng)中，溫度是反映機(jī)器運(yùn)營狀態(tài)的重要參數(shù)。精確、穩(wěn)定地監(jiān)視水輪機(jī)瓦溫、油溫、定子、轉(zhuǎn)子溫度等數(shù)據(jù)并正確動作,對保證水電廠的安全運(yùn)行起著重要的作用。目前,與完備的水輪機(jī)電氣保護(hù)系統(tǒng)相比,作為機(jī)組重要非電量保護(hù)的溫度保護(hù)系統(tǒng),沒有得到應(yīng)有的重視。從電站實(shí)際運(yùn)行情況來看,由于溫度保護(hù)誤動或拒動引起的停機(jī)、甚至燒瓦等事故的實(shí)例較多,給電站帶來了極大的經(jīng)濟(jì)損失。隨著水電站控制向著“無人值班”(少人值守)方向的不斷推進(jìn),以及水輪機(jī)組向著大型機(jī)組、超大型機(jī)組、高度自動化方向的發(fā)展,對電站溫度保護(hù)系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性提出了更高的要求。本文根據(jù)目前水電站溫度保護(hù)系統(tǒng)的特點(diǎn)和功能要求,從系統(tǒng)構(gòu)架、控制邏輯方面出發(fā),進(jìn)行了較深入的研究和分析,提出了水電廠溫度保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和改進(jìn)方法。2溫度保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究和改進(jìn)2.1機(jī)組溫度數(shù)據(jù)的采集水輪機(jī)組測溫系統(tǒng)中,每臺機(jī)組測溫點(diǎn)數(shù)量非常之多,其中直接用于事故停機(jī)的測溫信號數(shù)量也十分龐大。隨著機(jī)組容量的增大,測溫點(diǎn)數(shù)更是成倍增加。以某水電站600MW機(jī)組為例,單臺機(jī)組各類溫度測點(diǎn)數(shù)量已超過400點(diǎn)。同時,隨著測控技術(shù)的進(jìn)步,溫度數(shù)據(jù)的采集方式越來越多樣化。如溫度數(shù)據(jù)采集可以利用PLCRTD(ResistanceTemperatureDetector)測溫模件或者專用的溫度巡檢裝置等;數(shù)據(jù)傳輸可以硬接線方式或者以通信方式向電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)傳送相關(guān)數(shù)據(jù)。如何充分利用各種采集系統(tǒng)并合理規(guī)劃這些溫度測點(diǎn)(尤其是用于事故停機(jī)判斷的溫度測點(diǎn)),最大限度地實(shí)現(xiàn)風(fēng)險的分散,對于提高水電站溫度保護(hù)系統(tǒng)的可靠性,具有重要意義。2.2主體結(jié)構(gòu)組成采集系統(tǒng)的分散,意味著從溫度數(shù)據(jù)采集端出發(fā),減少單一數(shù)據(jù)采集方式的弊端,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的冗余控制,使得溫度數(shù)據(jù)的采集變得更加可靠。其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。從圖1可以看出:(1)機(jī)組PLC和水機(jī)PLC分別采集溫度信號,并根據(jù)既定的邏輯判斷動作開出,確保一方故障時另一方仍能事故停機(jī)。(2)機(jī)組PLC直接通過RTD模件采集機(jī)組溫度數(shù)據(jù),另外,還接收來自機(jī)組測溫屏溫度數(shù)據(jù)和相關(guān)的報(bào)警/停機(jī)信號,同時,還會接收來自水機(jī)PLC的溫度報(bào)警/停機(jī)信號。結(jié)合機(jī)組實(shí)際情況經(jīng)過合理的數(shù)據(jù)選擇和邏輯判斷,產(chǎn)生最終的控制結(jié)果指導(dǎo)機(jī)組事故停機(jī),保障機(jī)組的安全運(yùn)行。2.3溫度模件的設(shè)置方式PLC溫度模件的故障可能引起溫度保護(hù)系統(tǒng)的誤動作或者拒動作。針對這種情況,在溫度量單點(diǎn)分布方式上,采取如圖2所示的設(shè)計(jì)方案。以PLC溫度模件上的各點(diǎn)分布為例,在同一塊溫度模件上,盡可能多地分布不同類型的溫度量。根據(jù)電站實(shí)際溫度點(diǎn)情況,結(jié)合各個模件上的同類型溫度點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的邏輯判斷,避免因模件故障引起同一類型的溫度量多點(diǎn)誤動,有效防止溫度誤動引起機(jī)組事故停機(jī)。3合理控制合理的測溫控制邏輯為了提高溫度保護(hù)系統(tǒng)的可靠性,在水電廠溫度保護(hù)的控制邏輯中必須采用容錯機(jī)制,詳盡考慮測溫保護(hù)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)在運(yùn)行中容易出現(xiàn)的故障,并通過預(yù)先設(shè)置的邏輯來識別錯誤的溫度信號,以防保護(hù)系統(tǒng)誤動。3.1溫度量品質(zhì)判斷水電廠溫度信號輸入概括起來有三種方式。數(shù)值型,如PLC溫度量信號模件,模擬量信號模件等;通訊型,如溫度巡檢裝置等;接點(diǎn)型,如溫度表計(jì)或溫度保護(hù)裝置的接點(diǎn)輸出。不管是何種溫度信號,作為監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)視或事故啟動的數(shù)據(jù)源,必須對其有效性(即品質(zhì))進(jìn)行判斷。針對測溫元件接線易出現(xiàn)斷線、接觸不良,測溫儀表損壞,溫度巡檢裝置通訊易受外界干擾等問題。溫度量品質(zhì)判斷主要有以下幾個方面:(1)測量值設(shè)置上、下限,當(dāng)測量值超出限值范圍,置該點(diǎn)品質(zhì)為壞。1)數(shù)值型溫度輸入信號,須增加通道狀態(tài)判斷,當(dāng)通道狀態(tài)異常,置改點(diǎn)品質(zhì)為壞。2)通訊型溫度輸入信號,須增加測溫裝置通訊狀態(tài)判斷,當(dāng)裝置通訊中斷,置該測量值品質(zhì)為壞。(2)增加溫度信號的品質(zhì)判斷,對于保證溫度保護(hù)系統(tǒng)正確動作、避免誤動具有重要意義,大大提高水電站溫度保護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。3.2停機(jī)前溫度點(diǎn)監(jiān)控好,運(yùn)行人員合理水電站實(shí)際運(yùn)行情況表明,水輪機(jī)組溫度保護(hù)誤動遠(yuǎn)多于拒動。因此,溫度保護(hù)動作邏輯設(shè)計(jì)的重點(diǎn)就是在保證不發(fā)生拒動的基礎(chǔ)上避免系統(tǒng)誤動。針對這一問題,本文提出了應(yīng)用于水輪機(jī)組的一種溫度保護(hù)系統(tǒng)動作邏輯的設(shè)計(jì),其基本思路及方法如下:(1)停機(jī)溫度前設(shè)置報(bào)警溫度。正常情況下,溫度的上升是一個平緩的過程,在停機(jī)溫度之前設(shè)置合理的報(bào)警溫度并及時輸出報(bào)警信號,能有效地監(jiān)視當(dāng)前溫度變化情況,警示運(yùn)行人員。(2)同類型多點(diǎn)參與判斷。在判斷溫度過高時,應(yīng)要求同類型相鄰兩點(diǎn)或任意兩點(diǎn)以上溫度點(diǎn)參與判斷。在水輪機(jī)組測溫系統(tǒng)中,上導(dǎo)、下導(dǎo)、推力、水導(dǎo)中同類型點(diǎn)至少兩點(diǎn)溫度達(dá)到停機(jī)值,才發(fā)出相應(yīng)的“溫度過高停機(jī)”信號,并輸入機(jī)組LCU的PLC啟動事故停機(jī)流程;把上述幾個信號取“或”邏輯后再形成“軸承溫度過高總信號”,輸入水機(jī)PLC,啟動事故停機(jī)流程。(3)增加延時以消除信號抖動影響。延時時間的大小需根據(jù)實(shí)際情況合理調(diào)整。(4)增加梯度越限閉鎖。如果本次采集值與上次采集值之差大于設(shè)定梯度,則置該測點(diǎn)品質(zhì)為壞,該點(diǎn)此時不參與保護(hù)控制。如果該點(diǎn)測值恢復(fù)至正常值范圍,即本次采集值與上次記錄正常值之差小于設(shè)定梯度,并且在連續(xù)N(N可根據(jù)實(shí)際整定)個采樣周期內(nèi)穩(wěn)定無突變,則恢復(fù)該點(diǎn)品質(zhì)為好,使其參與保護(hù)控制;否則,不刷新該點(diǎn)測值和品質(zhì)位。根據(jù)上述邏輯,溫度保護(hù)系統(tǒng)邏輯圖如圖3所示。3.3常用的在線參數(shù)初始化和識別程序PLC程序的合理設(shè)計(jì)是溫度保護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。根據(jù)以上邏輯圖,程序采用模塊化設(shè)計(jì),具備較高可讀性、可維護(hù)性。其程序結(jié)構(gòu)見圖4。初始化程序段INIT():在PLC上電首次掃描時完成參數(shù)初始化,包括溫度量類型及點(diǎn)數(shù),各點(diǎn)上、下限定值,梯度保護(hù)定值等。原始值采集程序段RTD_Proc():采集各類型溫度量原始值,上下限判斷、品質(zhì)狀態(tài)處理。梯度判斷程序段RTD_Grad():溫度測值梯度判斷及相應(yīng)的品質(zhì)處理。開出判斷程序段RTD_Judge():事故停機(jī)所使用的各種“溫度過高停機(jī)”開出信號生成。在進(jìn)行邏輯判斷生成事故停機(jī)信號時,必須加上該點(diǎn)品質(zhì)狀態(tài)并采取“與”的邏輯,以防止誤出口。4不同測溫電阻阻值對比本節(jié)所用數(shù)據(jù)取自某水電站1號機(jī)組測溫系統(tǒng)水導(dǎo)瓦溫停機(jī)狀態(tài)下數(shù)據(jù),溫度上升過程通過增加測溫電阻阻值模擬,其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。由表1可見,通過模擬機(jī)組溫度上升過程,驗(yàn)證了控制邏輯輸出結(jié)果的正確性,適于于工程實(shí)現(xiàn)。5機(jī)組模擬機(jī)組測試結(jié)果為了解決現(xiàn)有水輪機(jī)組溫度保護(hù)系統(tǒng)頻繁