林益江，王　偉

（浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院，浙江 杭州 311231）

農(nóng)村水電站LCU常見故障分析與處理

林益江，王偉

（浙江同濟(jì)科技職業(yè)學(xué)院，浙江 杭州 311231）

摘要：水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中LCU直接與電廠的生產(chǎn)過程接口，是系統(tǒng)中最具面向?qū)ο蠓植继卣鞯目刂圃O(shè)備。針對(duì)目前農(nóng)村水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，投入運(yùn)行的時(shí)間不長(zhǎng)，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)欠缺、計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)不完善、分析和排除故障能力不足等問題。介紹LCU的具體功能、處理LCU故障應(yīng)遵守的原則以及運(yùn)行中LCU常見故障及故障的處理方法，為同類型水電站LCU的運(yùn)行維護(hù)和檢修提供借鑒。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；農(nóng)村水電站；LCU；故障處理

1 LCU功能概述

水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通?？梢苑殖蓛纱蟛糠?，一是對(duì)全廠設(shè)備進(jìn)行集中控制的部分，稱之為廠級(jí)或廠站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)；另一部分是位于水輪發(fā)電機(jī)層、開關(guān)站等設(shè)備附近的控制部分，稱為現(xiàn)地控制系統(tǒng)。現(xiàn)地控制系統(tǒng)的主要組成部分就是現(xiàn)地控制單元LCU（Local Control Unit），在水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，LCU直接與電廠的生產(chǎn)過程接口，是系統(tǒng)中最具面向?qū)ο蠓植继卣鞯目刂圃O(shè)備?，F(xiàn)地控制單元的控制對(duì)象主要包括以下幾個(gè)部分：

（1）電廠發(fā)電設(shè)備，主要有水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、輔機(jī)、變壓器等；

（2）開關(guān)站，主要有母線、斷路器、隔離開關(guān)、接地刀閘等；

（3）公用設(shè)備，主要有廠用電系統(tǒng)、油系統(tǒng)、水系統(tǒng)、直流系統(tǒng)等；

（4）閘門，主要有進(jìn)水口閘門、泄洪閘門等。

LCU一般布置在電站生產(chǎn)設(shè)備附近，就地對(duì)被控對(duì)象的運(yùn)行工況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制，是電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的較底層控制部分。原始數(shù)據(jù)在此進(jìn)行采集和預(yù)處理，各種控制調(diào)節(jié)命令都通過它發(fā)出和完成控制閉環(huán)，它是整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)中很重要、對(duì)可靠性要求很高的控制設(shè)備。用于水電廠的LCU按監(jiān)控對(duì)象和安裝的位置可分為機(jī)組LCU、公用LCU、開關(guān)站LCU等。

由于電站的安全運(yùn)行要求比較高，采用數(shù)據(jù)庫分層分布技術(shù)有利于提高電站的安全性和可靠性。運(yùn)行人員不但可以在上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的相關(guān)操作，同時(shí)，也可以在LCU上進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的存儲(chǔ)、處理、備份等操作，操作機(jī)制靈活[6]。即使上位機(jī)系統(tǒng)癱瘓，通過下位機(jī)同樣可以實(shí)現(xiàn)開停機(jī)控制、數(shù)據(jù)處理、報(bào)表查詢打印等功能。水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖（見圖1）。

圖1水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

2處理LCU故障的原則

（1）處理故障時(shí)，應(yīng)避免在故障原因未清除的情況下，更換設(shè)備或重投電源引起事故擴(kuò)大或重復(fù)燒毀設(shè)備。應(yīng)避免故障擴(kuò)大。

（2）測(cè)點(diǎn)故障的識(shí)別及退出、重投測(cè)點(diǎn)等處理原則。發(fā)現(xiàn)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)值異常突變、頻繁跳變等情況，應(yīng)退出該測(cè)點(diǎn)，并采取必要措施，防止設(shè)備誤動(dòng)或監(jiān)控系統(tǒng)資源占用；對(duì)與機(jī)組功率測(cè)量有關(guān)的電氣模擬量，應(yīng)退出相應(yīng)的功率調(diào)節(jié)控制功能。

（3）網(wǎng)絡(luò)通訊中斷的類型、現(xiàn)象及設(shè)備監(jiān)測(cè)手段。測(cè)點(diǎn)故障、通信中斷、掉電、程序鎖死、失控、離線等引起設(shè)備缺乏保護(hù)或遠(yuǎn)方監(jiān)視手段時(shí)，應(yīng)采取現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)視方式或?qū)⒃O(shè)備轉(zhuǎn)換到安全工況。當(dāng)出現(xiàn)上述故障時(shí)，應(yīng)立即在現(xiàn)地控制單元上，將“遠(yuǎn)控方式”切換到“現(xiàn)地”，并在現(xiàn)地加強(qiáng)監(jiān)視。

（4）設(shè)備故障、事故報(bào)警后的自動(dòng)處理內(nèi)容、人工干預(yù)措施。發(fā)生設(shè)備故障、事故時(shí)，應(yīng)查閱事件順序記錄、事故追憶記錄及相關(guān)監(jiān)視畫面，進(jìn)行綜合分析判斷，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)規(guī)程進(jìn)行處理。

3 LCU常見故障現(xiàn)象及處理方法

（1）現(xiàn)地控制單元與廠站層設(shè)備通信中斷。退出與該現(xiàn)地控制單元相關(guān)的控制與調(diào)節(jié)功能，檢查廠站與對(duì)應(yīng)現(xiàn)地控制單元通信進(jìn)程、工作狀態(tài)，檢查現(xiàn)地控制單元網(wǎng)絡(luò)接口模件以及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)的通信連接介質(zhì)，必要時(shí)，做好相關(guān)安全措施后在廠站層設(shè)備和現(xiàn)地控制單元側(cè)分別重啟通信進(jìn)程。

（2）模擬量測(cè)點(diǎn)異常。退出與該測(cè)點(diǎn)相關(guān)的控制與調(diào)節(jié)功能，采用標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源檢測(cè)對(duì)應(yīng)現(xiàn)地控制單元模擬量采集通道是否正常，檢查相關(guān)電量變送器或傳感器是否正常，檢查數(shù)據(jù)庫中相關(guān)模擬量組態(tài)參數(shù)（如工程值范圍、死區(qū)值等）是否正確。

（3）溫度量測(cè)點(diǎn)異常。退出與該測(cè)點(diǎn)相關(guān)的控制與調(diào)節(jié)功能，用標(biāo)準(zhǔn)電阻檢驗(yàn)對(duì)應(yīng)現(xiàn)地控制單元溫度量測(cè)點(diǎn)采集通道是否正常，檢查溫度傳感元件，檢查現(xiàn)地控制單元數(shù)據(jù)庫中相關(guān)溫度量的組態(tài)參數(shù)（如工程值范圍、死區(qū)值等）是否正常。

（4）開關(guān)量測(cè)點(diǎn)異常。退出與該測(cè)點(diǎn)相關(guān)的控制與調(diào)節(jié)功能，短接或斷開對(duì)應(yīng)現(xiàn)地控制單元開關(guān)量采集通道，以檢測(cè)模件是否正常，檢查現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)量輸入回路是否短接或斷線。

（5）控制操作命令無響應(yīng)。檢查相關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信是否正常，檢查相關(guān)控制流程是否出錯(cuò)，檢查聯(lián)動(dòng)設(shè)備動(dòng)作條件是否滿足，檢查相關(guān)對(duì)象是否定義了不正確的約束條件。

（6）上位機(jī)控制命令發(fā)出后現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備拒動(dòng)。檢查開關(guān)量輸出模件是否有故障，檢查開關(guān)量輸出繼電器線圈或觸點(diǎn)是否正常，檢查開關(guān)量輸出工作電源是否投入或故障，檢查柜內(nèi)設(shè)備連接線或?qū)?yīng)二次回路的端子連接是否有松動(dòng)，檢查被控設(shè)備本身電氣和機(jī)械等方面功能是否正常。

（7）上位機(jī)控制命令發(fā)出后現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備動(dòng)作不正常。檢查現(xiàn)場(chǎng)被控設(shè)備是否故障，檢查控制輸出脈沖寬度是否正常，檢查調(diào)節(jié)參數(shù)設(shè)置是否合適。

（8）控制流程退出。檢查相應(yīng)判據(jù)條件是否出現(xiàn)測(cè)值錯(cuò)誤，檢查判據(jù)條件所對(duì)應(yīng)的設(shè)備狀態(tài)是否不滿足控制流程要求，檢查判據(jù)條件限值是否錯(cuò)誤。

（9）機(jī)組有功、無功功率調(diào)節(jié)異常。退出該機(jī)組自動(dòng)發(fā)電控制、自動(dòng)電壓控制，退出該機(jī)組的單機(jī)功率調(diào)節(jié)功能，檢查調(diào)節(jié)程序保護(hù)功能（如負(fù)荷差保護(hù)、調(diào)節(jié)最大時(shí)間保護(hù)、定子電流和轉(zhuǎn)子電流保護(hù)等）是否動(dòng)作?，F(xiàn)地控制單元有功、無功功率控制調(diào)節(jié)輸出通道（包括I/O通道和通信通道）是否工作正常。

（10）機(jī)組自動(dòng)退出自動(dòng)發(fā)電控制、自動(dòng)電壓控制。檢查調(diào)速器是否故障，檢查勵(lì)磁是否故障，檢查機(jī)組給定值調(diào)節(jié)是否失敗或超調(diào)，檢查是否因測(cè)點(diǎn)錯(cuò)誤而出現(xiàn)機(jī)組狀態(tài)不明的現(xiàn)象，檢查計(jì)算機(jī)現(xiàn)地控制單元是否故障，檢查現(xiàn)地控制單元與廠站層設(shè)備之間的通信是否中斷。

（11）部分現(xiàn)地控制單元報(bào)警事件顯示滯后。檢查時(shí)間列表，確認(rèn)其他節(jié)點(diǎn)的事件是否正常，檢查對(duì)應(yīng)現(xiàn)地控制單元是否出現(xiàn)事件、報(bào)警異常頻繁，檢查對(duì)應(yīng)現(xiàn)地控制單元CPU負(fù)荷率，檢查對(duì)應(yīng)現(xiàn)地控制單元網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)通信負(fù)荷。

（12）系統(tǒng)時(shí)間不同步。檢查GPS裝置和天線，檢查通信工作站實(shí)時(shí)進(jìn)程，檢查其他節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘接受進(jìn)程，檢查服務(wù)器對(duì)LCU實(shí)時(shí)進(jìn)程，檢查處理GPS裝置的同步輸出信號(hào)是否正常，檢查L(zhǎng)CU的同步信號(hào)電纜是否有故障。

（13）工作站與其他節(jié)點(diǎn)的通信異常。檢查通信進(jìn)程，檢查系統(tǒng)物理連接，檢查監(jiān)控連接的路由器，檢查工作站上的數(shù)據(jù)庫。

（14）同期顯示成功而斷路器并未合閘。檢查同期裝置信號(hào)采集是否正常，檢查同期合閘回路是否正常，檢查斷路器操作機(jī)構(gòu)輔助觸點(diǎn)是否脫落或錯(cuò)位，同期閉鎖繼電器是否正常，同期裝置和同期閉鎖繼電器是否發(fā)令不同步。

（15）機(jī)組非同期合閘。檢查同期裝置是否正常，檢查合閘回路是否誤接線，檢查同期輸入信號(hào)是否有錯(cuò)誤，做同期回路準(zhǔn)確性實(shí)驗(yàn)及假同期實(shí)驗(yàn)。

（16）PLC的電源干擾故障?？杉咏右粋€(gè)帶屏蔽層的隔離變壓器以減少設(shè)備與地之間的干擾，提高系統(tǒng)的可靠性。如果一個(gè)系統(tǒng)中含有多個(gè)擴(kuò)展單元，則其電源必須與基本單元公用一個(gè)開關(guān)控制。良好的接地是保證PLC安全可靠的重要條件，為了抑制附加在電源及輸入端、輸出端的干擾，應(yīng)給PLC接專用接地線，并且接地點(diǎn)要與其他設(shè)備分開。若達(dá)不到這種要求，也可采用公告接地方式。此外，接地線要足夠粗，接地電阻要小，接地點(diǎn)應(yīng)盡可能靠近PLC。

（17）上位機(jī)命令發(fā)出后，PLC也動(dòng)作了，但是球閥沒有反應(yīng)。先檢查繼電器有沒有動(dòng)作，如果繼電器動(dòng)作了，看看繼電器底座是否完好，可以短接繼電器底座的出口端，如果球閥動(dòng)作說明底座出現(xiàn)故障。

（18）數(shù)據(jù)或畫面不能實(shí)時(shí)刷新的處理如圖2所示。

圖2數(shù)據(jù)或畫面不能實(shí)時(shí)刷新的處理流程圖

4結(jié)語

通過對(duì)LCU常見故障現(xiàn)象分析和研究，我們發(fā)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行除了有穩(wěn)定的運(yùn)行軟件和可靠的硬件之外，還與機(jī)組的運(yùn)行環(huán)境有關(guān)。監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試的整定參數(shù)要隨著機(jī)組運(yùn)行環(huán)境變化而作及時(shí)、相應(yīng)的調(diào)整或修改。此外，熟悉計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案和LCU具體功能是正確地尋找故障原因的前提，而掌握LCU正確故障分析的方法、處理原則以及處理的方法才是故障排除的關(guān)鍵。

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中圖分類號(hào)：TV734.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-5387（2015）10-0034-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.10.013

收稿日期：2015-04-03

作者簡(jiǎn)介：林益江（1964-），男，講師，研究方向：電氣設(shè)備控制。