王洪博，陳　鑫

調(diào)速器導(dǎo)葉開(kāi)度同步監(jiān)視系統(tǒng)在泰山抽水蓄能電站的應(yīng)用

王洪博，陳鑫

（山東泰山抽水蓄能電站有限責(zé)任公司，山東 泰安 271000）

介紹泰山抽水蓄能電站調(diào)速器導(dǎo)葉開(kāi)度同步監(jiān)視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)背景及詳細(xì)的構(gòu)造，為其他單導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)的調(diào)速器系統(tǒng)在導(dǎo)葉同步監(jiān)視設(shè)計(jì)和改造中提供借鑒。

單導(dǎo)葉；同步監(jiān)視

1　概述

泰山抽水蓄能電站設(shè)計(jì)為4×250MW可逆式抽水發(fā)電蓄能機(jī)組，其中調(diào)速器控制系統(tǒng)采用德國(guó)VIPA公司生產(chǎn)的CPU，完成調(diào)速器22個(gè)導(dǎo)葉的同步調(diào)整和控制，以及機(jī)組各種運(yùn)行工況的轉(zhuǎn)換和與CSCS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊與控制，基本滿足機(jī)組必要的運(yùn)行、控制和保護(hù)功能。由于調(diào)速器為單導(dǎo)葉控制，共計(jì)有22個(gè)電液轉(zhuǎn)換器、22個(gè)活動(dòng)導(dǎo)葉和22個(gè)開(kāi)度傳感器。較之控制環(huán)結(jié)構(gòu)，單導(dǎo)葉控制設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)是：

1）空間更大，便于水輪機(jī)頂蓋和水導(dǎo)軸承安裝和檢修工作；

2）可單獨(dú)操作任何一個(gè)導(dǎo)葉，且每個(gè)導(dǎo)葉的開(kāi)度可實(shí)現(xiàn)精確控制；

3）振動(dòng)更小，效率約多出0.5%；

4）取消剪斷銷，節(jié)約了成本；

5）因接力器的抑制功能，無(wú)須制動(dòng)器。

根據(jù)調(diào)速器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，當(dāng)任何1個(gè)導(dǎo)葉開(kāi)度值與22個(gè)導(dǎo)葉平均值偏差大于3%且延時(shí)5s后，調(diào)速器發(fā)出導(dǎo)葉不同步報(bào)警并動(dòng)作于機(jī)組跳機(jī)。所以，調(diào)速器對(duì)自動(dòng)化元件的可靠程度和油質(zhì)的要求更高。

2　背景

由于電站監(jiān)控系統(tǒng)只采集導(dǎo)葉開(kāi)度的平均值，未分別采集這22個(gè)導(dǎo)葉的開(kāi)度值，對(duì)于機(jī)組極其重要的機(jī)械設(shè)備即調(diào)速器執(zhí)行機(jī)構(gòu)導(dǎo)葉的開(kāi)度數(shù)據(jù)，缺少應(yīng)有的存儲(chǔ)和在線監(jiān)視手段，對(duì)導(dǎo)葉的同步性控制和保護(hù)沒(méi)有預(yù)判斷和報(bào)警功能，不能有效地加強(qiáng)對(duì)調(diào)速器導(dǎo)葉運(yùn)行狀況的監(jiān)視和應(yīng)急處理，增加了系統(tǒng)的故障率，影響了機(jī)組的可利用率和運(yùn)行效率。為此，我們新增了一套數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)，對(duì)每臺(tái)機(jī)組22個(gè)導(dǎo)葉的開(kāi)度數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和歷史存儲(chǔ)，并對(duì)導(dǎo)葉的同步性控制進(jìn)行分析和報(bào)警處理。

3　系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

3.1硬件組成

該項(xiàng)目的硬件主要由數(shù)據(jù)采集模塊、通訊模塊、網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換模塊以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理服務(wù)器構(gòu)成。

在泰山抽水蓄能電站1號(hào)～4號(hào)機(jī)組105m層單導(dǎo)葉控制柜內(nèi)，每臺(tái)機(jī)組運(yùn)用3個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊備用1個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊（共計(jì)16個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊），將22個(gè)導(dǎo)葉開(kāi)度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)從單導(dǎo)葉控制卡件中采集出來(lái)，采集的數(shù)據(jù)類型為0～10VDC，對(duì)應(yīng)導(dǎo)葉的全關(guān)到全開(kāi)狀態(tài)。每塊數(shù)據(jù)采集模塊的輸入模擬量共8個(gè)點(diǎn)，共計(jì)24個(gè)點(diǎn)，其中使用22個(gè)點(diǎn)，備用2個(gè)點(diǎn)，滿足備用點(diǎn)的工程設(shè)計(jì)要求（設(shè)計(jì)點(diǎn)的10%）。

在105m層安裝一個(gè)導(dǎo)葉開(kāi)度監(jiān)視柜，安裝4個(gè)數(shù)據(jù)通訊模塊、一個(gè)網(wǎng)絡(luò)交換模塊、一臺(tái)工控機(jī)和一個(gè)液晶顯示器。每臺(tái)機(jī)組運(yùn)用一個(gè)數(shù)據(jù)通訊模塊（共計(jì)4個(gè)數(shù)據(jù)通訊模塊），將3個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)輸出口并聯(lián)起來(lái)，目的在于將數(shù)據(jù)采集模塊的RS485通訊信息轉(zhuǎn)化成TCP/IP網(wǎng)絡(luò)信息，將表示導(dǎo)葉開(kāi)度的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，最終將采集到的模擬量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)。

圖1　線路連接拓?fù)鋱D

3.2硬件配置

研華ADAM4117是一個(gè)16位，8通道模擬量輸入模塊，各個(gè)通道輸入范圍都是可編程的。它可以接受毫伏級(jí)輸入（±150mV，±500mV)，電壓輸入（±1V，±5V和±10V）和電流輸入（±20mA,需要125Ω電阻）。模塊以工程單位（mV，V或mA）向主機(jī)提供數(shù)據(jù)。這個(gè)模塊是應(yīng)用在工業(yè)測(cè)量和監(jiān)控應(yīng)用中的極具競(jìng)爭(zhēng)力的解決方案。電壓或電流的選擇可通過(guò)跳線來(lái)實(shí)現(xiàn)。采集模塊上共有10對(duì)接線柱，1對(duì)接直流電源，標(biāo)有+VS接線柱接電源正極，標(biāo)有+GND接線柱接電源負(fù)極，需要的直流電源電壓在10～30V之間，功率為1.2W，標(biāo)有DATA+和DATA-的1對(duì)需要接入RS485網(wǎng)，其余的8對(duì)根據(jù)連接標(biāo)志的正負(fù)順序連接到電流或電壓信號(hào)，模塊側(cè)面有一個(gè)初始化開(kāi)關(guān)，需要用軟件將其初始化時(shí)，可以將其扳到INIT+側(cè)，正常采集數(shù)據(jù)時(shí)則扳到normal側(cè)。當(dāng)研華ADAM4117采集模塊通過(guò)ADAM4571或RS485轉(zhuǎn)RS232模塊接到計(jì)算機(jī)上時(shí)，可以通過(guò)研華提供的ADAMUtility軟件設(shè)置采集信號(hào)的類型及量程，并且可以對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行校正。

研華的ADAM4571的功能是將RS485信號(hào)轉(zhuǎn)化成TCP/IP信號(hào)，再通過(guò)設(shè)備自帶的驅(qū)動(dòng)程序?qū)⒚總€(gè)模塊分別映射成接口機(jī)的一個(gè)虛擬串口。ADAM4571自帶的工具光盤(pán)上有初始化設(shè)置和虛擬串口映射工具，可以設(shè)置虛擬串口，并且每個(gè)通訊模塊需要分配一個(gè)IP地址與采集服務(wù)器實(shí)現(xiàn)TCP/IP通訊。

ADAM-6520是一個(gè)帶有5個(gè)RJ-45端口的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)?？梢圆捎肈IN導(dǎo)軌式安裝和面板安裝以及堆疊式安裝。除此之外，以上的所有產(chǎn)品都采用了工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)，具有極強(qiáng)的可靠性和穩(wěn)定性，帶有LED指示燈，使故障更容易得到解決，每個(gè)端口都帶有1對(duì)LED指示燈，用來(lái)顯示連接狀態(tài)和端口工作情況。

3.3軟件設(shè)計(jì)

在信號(hào)處理方面，一是將機(jī)組導(dǎo)葉的真實(shí)開(kāi)度實(shí)時(shí)地通過(guò)棒圖和數(shù)字在線顯示給運(yùn)行人員，并在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中將導(dǎo)葉開(kāi)度數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，存儲(chǔ)的速率設(shè)計(jì)為每秒一個(gè)點(diǎn)。二是將每個(gè)導(dǎo)葉的開(kāi)度信號(hào)與導(dǎo)葉的平均開(kāi)度信號(hào)進(jìn)行比較，對(duì)超限導(dǎo)葉進(jìn)行報(bào)警，便于運(yùn)行人員及時(shí)采取措施，調(diào)整機(jī)組的運(yùn)行工況，避免機(jī)組跳閘影響電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

本方案中采用的模塊均廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域的數(shù)據(jù)采集和通訊，其具有穩(wěn)定、可靠的優(yōu)點(diǎn)，數(shù)據(jù)精確、可靠，可以為實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)的二次應(yīng)用提供有利的保障。所有數(shù)據(jù)從就地單導(dǎo)葉控制卡件VCA3的導(dǎo)葉開(kāi)度輸出端子采集（現(xiàn)為空端子），與目前的調(diào)速器控制系統(tǒng)完全隔離，不會(huì)對(duì)原有系統(tǒng)造成任何不利影響，檢修維護(hù)方便。

4　結(jié)語(yǔ)

調(diào)速器導(dǎo)葉開(kāi)度同步監(jiān)視系統(tǒng)的應(yīng)用，大大提高了電站對(duì)每臺(tái)機(jī)組的22個(gè)單導(dǎo)葉的監(jiān)視。通過(guò)數(shù)據(jù)分析和比較，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)葉不同步等隱患，豐富了查明導(dǎo)葉不同步故障原因的手段和方法。同時(shí)，為其它電站的導(dǎo)葉同步監(jiān)測(cè)提供設(shè)計(jì)思路，具有借鑒意義。

TK730.4+3

B

1672-5387（2016）08-0074-02

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.08.022

2016-06-29

王洪博（1983-），男，工程師，從事大型抽水蓄能機(jī)組電氣設(shè)備運(yùn)行、檢修、維護(hù)、管理工作。