彭小成

(重慶涪陵水資源公司石板水電廠，重慶市 408224)

重慶涪陵石板水電站建于20世紀(jì)90年代中期，電站通風(fēng)系統(tǒng)主要由主廠房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)和副廠房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)組成，系統(tǒng)通風(fēng)設(shè)施主要由中央空調(diào)機(jī)組及分散在各部位的風(fēng)機(jī)設(shè)備以及各送風(fēng)道、回風(fēng)道等設(shè)施組成。隨著監(jiān)控系統(tǒng)、傳感器技術(shù)的發(fā)展，特別是“無(wú)人值班，少人值守”運(yùn)行方式的大規(guī)模普及，石板水電站于2005年完成了對(duì)發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)的改造。為了實(shí)現(xiàn)通風(fēng)系統(tǒng)集中、機(jī)動(dòng)、高效的控制，并與消防系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，在原有監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，石板水電站進(jìn)行了通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的改造，取得了了良好的效果。

1 通風(fēng)系統(tǒng)改造

1.1 改造范圍

該電站的通風(fēng)系統(tǒng)比較分散，運(yùn)行方式為現(xiàn)地手動(dòng)運(yùn)行，控制方式亦比較落后，設(shè)備維護(hù)量大，運(yùn)行人員平時(shí)在中央控制室工作，不能及時(shí)了解廠房通風(fēng)運(yùn)行環(huán)境和設(shè)備運(yùn)行狀況，無(wú)法實(shí)時(shí)調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行方式，從而導(dǎo)致系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行或不能及時(shí)投運(yùn)，設(shè)備運(yùn)行成本過(guò)高，增大了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。鑒于電站有蓄電池、油庫(kù)、多層電纜橋架等易燃易爆物質(zhì)，且因通風(fēng)道是消防事故的擴(kuò)散地，因此，通風(fēng)系統(tǒng)和消防系統(tǒng)必須實(shí)行聯(lián)防。

針對(duì)石板水電站通風(fēng)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)比較分散的情況和存在的主要問(wèn)題，同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)節(jié)能效果，決定對(duì)電站采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)并對(duì)電站常規(guī)控制進(jìn)行改造，主要改造項(xiàng)目有以下幾項(xiàng):

(1)利用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的遠(yuǎn)方自動(dòng)控制和監(jiān)視;

(2)對(duì)每個(gè)通風(fēng)設(shè)備的控制回路進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)改造，以滿足監(jiān)控的需要;

(3)更換溫濕傳感器;

(4)與消防監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)。

1.2 技術(shù)改造

(1)控制系統(tǒng)改造。

根據(jù)改造要求，設(shè)置了三級(jí)控制方式:一級(jí)是上位機(jī)，二級(jí)是通風(fēng)LCU 柜，三級(jí)是現(xiàn)地控制。通過(guò)這三種方式的選擇，對(duì)通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)可采取分散和集中控制的靈活方式，在現(xiàn)地設(shè)置控制箱，在發(fā)電機(jī)層公用LCU 柜附近設(shè)置通風(fēng)LCU柜。通風(fēng)LCU 柜對(duì)控制箱所有通風(fēng)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制，并作為公用LCU 柜分支進(jìn)入南自計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在上位機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制(從公用LCU 柜上的交換機(jī)進(jìn)入)，其主要功能是數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)控制和監(jiān)視、設(shè)備保護(hù)與自診斷、通訊等，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

這種接入方式不改變廠房發(fā)電監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備和運(yùn)行模式，利用通風(fēng)LCU 柜的PLC 以太網(wǎng)接口與公用LCU 柜內(nèi)的交換機(jī)對(duì)接，接口符合IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)傳輸速率為每秒10/100 M，從而實(shí)現(xiàn)了與上位機(jī)的快速通訊，并且可以利用公用LCU 的軟件配置對(duì)通風(fēng)LCU 柜PLC 進(jìn)行控制和模擬量的處理，控制所有通風(fēng)I/O 設(shè)備，節(jié)省了通風(fēng)LCU 柜工控機(jī)的投資。

根據(jù)幾年來(lái)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，且因石板水電站地處渝東，海拔250 m，冬季溫度一般在0℃以上，不影響發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行，因而取消了中央空調(diào)制熱功能，在中央空調(diào)系統(tǒng)中加入了遠(yuǎn)程控制和信號(hào)接點(diǎn)。通過(guò)對(duì)通風(fēng)PLC 進(jìn)行編程，由原來(lái)的一步一步的手動(dòng)操作改變成為現(xiàn)在的在上位機(jī)的自動(dòng)流程操作，運(yùn)行人員只需對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行方式進(jìn)行選擇，即可監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行狀況。

圖1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖

原風(fēng)機(jī)控制回路由于初設(shè)的原因，選擇的生產(chǎn)廠家不同、各控制回路不同、操作分散。為了達(dá)到對(duì)其集中控制的目的，改成了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的回路，在現(xiàn)地設(shè)置了控制箱，可以在現(xiàn)場(chǎng)和監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)控制，也便于維護(hù)。該控制回路如圖2所示。

圖2 控制回路示意圖

該回路中的SA1現(xiàn)地啟動(dòng)按鈕、SB1現(xiàn)地停止按鈕、RJ 過(guò)熱保護(hù)器、1KM 電機(jī)交流接觸器、QF 小型交流開(kāi)關(guān)均安裝在現(xiàn)地控制箱中，主要用于當(dāng)上位機(jī)操作失效時(shí)在現(xiàn)地控制和維護(hù)?，F(xiàn)地控制箱根據(jù)風(fēng)機(jī)的數(shù)量進(jìn)行箱內(nèi)二次線的安裝，將一處場(chǎng)所的風(fēng)機(jī)集中在一個(gè)控制箱內(nèi)，取消了原來(lái)多個(gè)風(fēng)機(jī)控制箱，對(duì)其他風(fēng)機(jī)控制回路相應(yīng)進(jìn)行編號(hào)，只是回路編號(hào)和控制的風(fēng)機(jī)不同。運(yùn)行人員通過(guò)在遠(yuǎn)程上位機(jī)發(fā)出啟動(dòng)和停止風(fēng)機(jī)的命令對(duì)1 KA、2 KA 繼電器進(jìn)行控制。1 KA 常開(kāi)接點(diǎn)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，2 KA 常閉接點(diǎn)停止風(fēng)機(jī)，以達(dá)到啟停風(fēng)機(jī)的目的。另外，1KM、RJ 的狀態(tài)通過(guò)擴(kuò)展接點(diǎn)反饋到PLC。整個(gè)回路接線簡(jiǎn)單、安全，監(jiān)控系統(tǒng)和控制回路均采用了無(wú)源接點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)與風(fēng)機(jī)控制回路的隔離，避免了強(qiáng)電對(duì)弱電信號(hào)的干擾，提高了系統(tǒng)控制操作的穩(wěn)定性和安全性。

(2)傳感器改造。

為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制，采用對(duì)傳感器上傳的模擬信號(hào)進(jìn)行分析與判斷來(lái)啟停相應(yīng)部位的通風(fēng)設(shè)備，滿足了廠房設(shè)備運(yùn)行的溫濕環(huán)境。由于原來(lái)的傳感器不具備上傳功能，因而更換了原來(lái)中央空調(diào)的溫度傳感器，并在發(fā)電機(jī)層、水輪機(jī)層、透平油庫(kù)、蓄電池室、電纜廊道、空壓機(jī)室以及空調(diào)送風(fēng)、回風(fēng)處等比較重要的地方安裝了溫度傳感器;水輪機(jī)層和蝶閥層因長(zhǎng)時(shí)間溫度較低且潮濕而安裝了溫濕度傳感器，傳感器型號(hào)為:SBW系列，溫度測(cè)量范圍為-10℃～60℃，濕度范圍為0～100%，接線方式為二線制，這樣實(shí)施既可以提供由PLC 過(guò)來(lái)的24 V 電壓，為傳感器提供電源，也可以傳輸4～20 mA 電流到通風(fēng)控制柜模擬量模塊。

(3)消防聯(lián)動(dòng)。

由于原設(shè)計(jì)的消防系統(tǒng)中沒(méi)有考慮防火閥、排煙閥與風(fēng)機(jī)的聯(lián)動(dòng)，因而通風(fēng)系統(tǒng)控制需要實(shí)現(xiàn)與消防聯(lián)動(dòng)，其控制方式系由火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)啟動(dòng)通風(fēng)LCU 監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制。改造的地方主要有兩個(gè):其中一個(gè)是油庫(kù)，加裝了一臺(tái)排煙風(fēng)機(jī)，當(dāng)風(fēng)機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)作通風(fēng)排風(fēng)機(jī)使用，以增加水輪機(jī)層、蝶閥層的排風(fēng)效果，降低其環(huán)境溫濕度;為防止火災(zāi)蔓延，在油庫(kù)及油處理室進(jìn)出風(fēng)口處均設(shè)置了防火閥。當(dāng)氣流溫度超過(guò)70℃時(shí)，防火閥自動(dòng)關(guān)閉，同時(shí)防火閥與風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖;當(dāng)任一防火閥關(guān)閉時(shí)，同時(shí)防火閥遠(yuǎn)傳信號(hào)至通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)，停轉(zhuǎn)排風(fēng)機(jī)，啟動(dòng)排煙機(jī)。當(dāng)溫度達(dá)到280℃時(shí)排煙閥關(guān)閉，聯(lián)鎖排煙風(fēng)機(jī)關(guān)閉，同時(shí)補(bǔ)風(fēng)機(jī)也要關(guān)閉;發(fā)生火災(zāi)時(shí)，可通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控控制設(shè)備啟停，保障廠房安全;另一個(gè)是副廠房電纜夾層，原設(shè)計(jì)亦沒(méi)有排煙通道，因而在主廠房與副廠房之間的電纜豎井增設(shè)了一個(gè)具有排煙和排風(fēng)的洞口，平時(shí)主要用作通風(fēng)，事故時(shí)用作排煙。

(4)通風(fēng)系統(tǒng)PLC 程序。

通過(guò)對(duì)以上外部設(shè)備進(jìn)行改造，通風(fēng)PLC 具備了編程條件。PLC 采用GE 公司的GE-Fanuc VersaMax。硬件系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成:CPU模塊、電源模塊、I/O 模塊、模擬量模塊、開(kāi)出繼電器及外部組件等。根據(jù)電站通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律，PLC 程序主要包括中央空調(diào)啟停程序、風(fēng)機(jī)啟停程序、風(fēng)機(jī)與消防的聯(lián)動(dòng)程序。

①中央空調(diào)啟停程序包括空調(diào)送風(fēng)機(jī)、冷卻循環(huán)水泵、空調(diào)壓縮機(jī)的啟停。當(dāng)環(huán)境溫度不太高時(shí)，根據(jù)三級(jí)控制方式，啟動(dòng)空調(diào)送風(fēng)機(jī)，使廠房的空氣循環(huán)流動(dòng)，達(dá)到散熱的效果;當(dāng)環(huán)境溫度較高時(shí)，啟動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)進(jìn)行制冷，冷卻循環(huán)水泵的作用是對(duì)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行冷卻，防止空調(diào)發(fā)熱影響制冷效果。需要注意的是:空調(diào)系統(tǒng)啟動(dòng)的電機(jī)較多，在控制流程中應(yīng)留足電機(jī)之間啟動(dòng)的間隔時(shí)間，防止電機(jī)同時(shí)啟動(dòng)對(duì)供電系統(tǒng)造成的沖擊而導(dǎo)致啟動(dòng)失敗。如果環(huán)境溫度滿足要求，上位機(jī)點(diǎn)擊停止按鈕，空調(diào)系統(tǒng)停止運(yùn)行。

②風(fēng)機(jī)啟停程序只有手動(dòng)啟停操作方式，運(yùn)行人員根據(jù)上位機(jī)顯示出來(lái)的各點(diǎn)溫濕度值，按照設(shè)備運(yùn)行環(huán)境溫度的規(guī)定點(diǎn)擊需要啟停的風(fēng)機(jī)即可。這樣的運(yùn)行方式靈活，達(dá)到了節(jié)能增效的效果。

③風(fēng)機(jī)與消防的聯(lián)動(dòng)程序?yàn)樽詣?dòng)控制。當(dāng)火災(zāi)報(bào)警發(fā)生時(shí)，通過(guò)防火閥和排煙閥的信號(hào)接點(diǎn)啟動(dòng)程序停止送風(fēng)機(jī)或啟動(dòng)排煙機(jī)。

2 改造后系統(tǒng)的特點(diǎn)

(1)由于利用了監(jiān)控系統(tǒng)以太環(huán)網(wǎng)，通風(fēng)系統(tǒng)具有了強(qiáng)大的通信功能。系統(tǒng)配置靈活，通風(fēng)PLC 和組態(tài)軟件可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備需要進(jìn)行擴(kuò)展，能進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，無(wú)需增加額外的投資，簡(jiǎn)單易行，具有極強(qiáng)的靈活性。

(2)改造后的控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，解決了以往存在的安全問(wèn)題，維護(hù)方便，檢修工作量小。運(yùn)行人員可根據(jù)畫(huà)面信息進(jìn)行集中監(jiān)視和控制而不用到現(xiàn)場(chǎng)投退通風(fēng)設(shè)備，從而減少了運(yùn)行值班人員的工作強(qiáng)度，基本實(shí)現(xiàn)了“無(wú)人值班，少人值守”。

(3)通過(guò)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行的優(yōu)化和控制系統(tǒng)的改造，風(fēng)機(jī)和空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)環(huán)境情況進(jìn)行有選擇性的運(yùn)行，充分利用了自然風(fēng)，節(jié)能效果明顯，經(jīng)濟(jì)效益好。

3 結(jié)語(yǔ)

實(shí)際運(yùn)行情況表明，對(duì)通風(fēng)控制系統(tǒng)進(jìn)行的技術(shù)改造達(dá)到了預(yù)期的目的，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程集中監(jiān)控和消防聯(lián)動(dòng)，設(shè)備可靠性提高，保證了廠房通風(fēng)安全，降低了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)能效果明顯。

［1］陳啟卷.水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)［M］.北京:中國(guó)水利電力出版社，2010.