朱曉瑾

(浙能臺(tái)州第二發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 臺(tái)州 318000)

基于順控的火電廠保安電源控制邏輯的設(shè)計(jì)

朱曉瑾

(浙能臺(tái)州第二發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 臺(tái)州 318000)

快速柴油發(fā)電機(jī)組在火電廠保安電源系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用，基于PLC，運(yùn)用順序控制設(shè)計(jì)方法對(duì)保安電源控制系統(tǒng)進(jìn)行模塊化程序設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)效率，縮短調(diào)試時(shí)間，也使電氣控制系統(tǒng)的可靠性增強(qiáng)。

火電廠；保安電源；控制邏輯

在火電廠發(fā)生廠用交流電失去電時(shí)，為了確保發(fā)電機(jī)組能安全停機(jī)，一般要用裝設(shè)的快速柴油發(fā)電機(jī)組作為交流事故保安電源，與相應(yīng)配電柜共同組成保安電源系統(tǒng)，供給頂軸油泵、熱控電源及其他交流事故保安負(fù)荷。

可編程邏輯控制器(PLC)程序設(shè)計(jì)方法有經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法和順序控制設(shè)計(jì)法。經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)法是最原始的方法，借用繼電器控制電路的方法設(shè)計(jì)梯形圖，沒(méi)有普遍的規(guī)律可循，隨意性強(qiáng)，設(shè)計(jì)時(shí)間和質(zhì)量與設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系很大。順序控制設(shè)計(jì)法是按生產(chǎn)工藝的控制要求，在外邊輸入信號(hào)和內(nèi)部控制信號(hào)的作用下，根據(jù)內(nèi)部狀態(tài)和時(shí)間順序，自動(dòng)有序地進(jìn)行工作。順序控制設(shè)計(jì)法結(jié)構(gòu)清晰、設(shè)計(jì)規(guī)范，程序的調(diào)試、修改和閱讀也很容易，并且大大縮短了設(shè)計(jì)周期，提高了設(shè)計(jì)效率。因此，選用順序控制設(shè)計(jì)法進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。

1 電氣回路設(shè)計(jì)

某百萬(wàn)機(jī)組設(shè)置2個(gè)380V保安PC段,每個(gè)380 V PC段設(shè)置1臺(tái)2 000 kVA，10.5 kV/0.4 kV變壓器，電源分別從本機(jī)組10 kV廠用配電裝置A、B段引接。每個(gè)380 V PC接線均為兩段單母線，正常運(yùn)行時(shí)兩臺(tái)變壓器各帶一段母線，兩段母線之間設(shè)聯(lián)絡(luò)斷路器，設(shè)1套康明斯1 800 kW柴油發(fā)電機(jī)作為交流事故保安電源。每個(gè)保安段另有一個(gè)從柴油發(fā)電機(jī)組的母線引接的保安進(jìn)線電源。圖1為某電廠1臺(tái)機(jī)組的保安電源一次系統(tǒng)。

圖1 保安電源一次系統(tǒng)

保安電源控制系統(tǒng)由PLC、ECS、柴發(fā)自帶PCC控制系統(tǒng)、開(kāi)關(guān)柜控制及保護(hù)回路組成。ECS負(fù)責(zé)正常運(yùn)行方式的倒換。柴發(fā)自帶PCC控制系統(tǒng)接收來(lái)自PLC或就地硬手操的啟、停和檢同期命令，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組的控制，并對(duì)機(jī)組的運(yùn)行情況進(jìn)行檢測(cè)和保護(hù)。另外，根據(jù)控制要求，保安A、B段進(jìn)線和母線電壓配置電壓檢測(cè)和保護(hù)回路。因此，PLC是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心。

2 程序設(shè)計(jì)

2.1 編程軟件介紹

本設(shè)計(jì)采用Step7-Micro/Min V4.0編程軟件進(jìn)行編程。該軟件系在Windows平臺(tái)上運(yùn)行的西門子S7-200PLC編程軟件，功能強(qiáng)大，既可用于開(kāi)發(fā)用戶程序，又可實(shí)時(shí)監(jiān)控用戶程序的執(zhí)行狀態(tài)，適用于解決復(fù)雜的自動(dòng)化任務(wù)。

使用該軟件，在脫機(jī)(離線)方式下創(chuàng)建用戶程序，修改和編輯原有的用戶程序。利用一根PC/PPI(個(gè)人計(jì)算機(jī)/點(diǎn)對(duì)點(diǎn)接口)電纜建立個(gè)人計(jì)算機(jī)與PLC之間的通信。在聯(lián)機(jī)(在線)方式下可以對(duì)與計(jì)算機(jī)建立通信關(guān)系的PLC直接進(jìn)行各種操作，如上載、下載用戶程序和組態(tài)數(shù)據(jù)等。在編輯程序的過(guò)程中進(jìn)行語(yǔ)法檢查，可以避免一些語(yǔ)法錯(cuò)誤和數(shù)據(jù)類型方面的錯(cuò)誤；支持對(duì)用戶程序進(jìn)行文檔管理，加密處理等；可設(shè)置PLC的工作方式、參數(shù)和運(yùn)行監(jiān)控等。

2.2 控制邏輯設(shè)計(jì)

康明斯柴發(fā)機(jī)組的PCC3201控制系統(tǒng)，是一款配備微處理器的發(fā)電機(jī)組監(jiān)控、計(jì)量和控制系統(tǒng)，提供發(fā)電機(jī)組的控制界面，還提供數(shù)字式調(diào)壓、調(diào)速、發(fā)動(dòng)機(jī)保護(hù)、發(fā)電機(jī)保護(hù)、數(shù)字式同步功能等功能。PCC控制邏輯在設(shè)計(jì)上沒(méi)有考慮應(yīng)用于火電廠時(shí)可能需要適應(yīng)各種復(fù)雜的電氣一次接線方式。PLC程序設(shè)計(jì)是工程成敗的關(guān)鍵。

PLC控制程序由主程序、空載試驗(yàn)、帶載試驗(yàn)、失電自啟、保安A段回切工作電源、保安A段回切備用電源、保安B段回切工作電源、保安B段回切備用電源等程序塊組成。主程序包含其他各程序塊的公用邏輯。

在程序設(shè)計(jì)中，使用字傳送指令MOV_W進(jìn)行順序控制編程，定義各步序號(hào)。在梯形圖中，字傳送指令MOV_W以功能框的形式編程。當(dāng)允許輸入EN有效時(shí)，將1個(gè)字長(zhǎng)的整數(shù)數(shù)據(jù)IN傳送到OUT。圖2為MOV_W功能框圖。

圖2 MOV_W功能框圖

以失電自啟功能組為例，由于各種原因造成保安段工作電源失電時(shí)，應(yīng)首先切至備用電源供電，備用電源無(wú)效時(shí)，則轉(zhuǎn)換到應(yīng)急事故保安電源，即柴油發(fā)電機(jī)。以上切換均采用串聯(lián)切換。圖3為失電自啟功能組邏輯框圖。

失電自啟功能是整個(gè)保安電源控制系統(tǒng)中重中之重的功能，比其他功能都要優(yōu)先。這個(gè)優(yōu)先的特性，既體現(xiàn)在系統(tǒng)是自動(dòng)激活的，不需要某個(gè)功能按鈕來(lái)激活；又體現(xiàn)在系統(tǒng)一旦被激活，其他功能組都要靠邊站，這就是失電自啟的第一步，就是復(fù)位其他功能組標(biāo)記位，并將其他功能組的步序均置0。

失電時(shí)，CB2合閘令和柴發(fā)啟動(dòng)令幾乎是同時(shí)發(fā)出的。如果失電自啟時(shí)另一段保安段正在帶載試驗(yàn)，則柴發(fā)已經(jīng)處于并網(wǎng)后的定額運(yùn)行方式，利用柴發(fā)初始化功能組，可以實(shí)現(xiàn)將并網(wǎng)開(kāi)關(guān)解列，并在柴發(fā)不停機(jī)的前提下切換到單機(jī)定壓運(yùn)行方式，從而確保保安電源快速就位。如果CB2合閘成功，失電段電源恢復(fù)了，則將柴發(fā)停機(jī)。否則，由柴發(fā)給失電段恢復(fù)供電。如系單段母線失電，則合上該段的保安電源開(kāi)關(guān)，即可進(jìn)入復(fù)位程序，使程序重新處于待命狀態(tài)。如果是雙母線失電，為防止兩段母線同時(shí)恢復(fù)可能引發(fā)的不穩(wěn)定情況，采取先后合閘方式。當(dāng)然，如果先合閘的開(kāi)關(guān)合閘失敗，則立刻合上另一個(gè)保安電源開(kāi)關(guān)。

如果運(yùn)行人員按下了緊急啟動(dòng)按鈕，程序設(shè)計(jì)為直接由柴發(fā)對(duì)保安段進(jìn)行供電，故在邏輯中就跳過(guò)了合CB2的過(guò)程。另外，還有一點(diǎn)需要注意，如果運(yùn)行人員將保安段的聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)置退出狀態(tài)，則認(rèn)為該段母線不需要恢復(fù)供電，故失電自啟功能也就被旁路了。當(dāng)然，緊急啟動(dòng)方式是不去判斷聯(lián)鎖開(kāi)關(guān)位置的。也就是說(shuō)，緊急啟動(dòng)是優(yōu)先級(jí)最高的，直接指向柴發(fā)的一種工作方式，應(yīng)該用于DCS失效等事故情況。

保安段由柴發(fā)供電后，當(dāng)工作電源恢復(fù)供電了，則由運(yùn)行人員激活回切功能組。程序相應(yīng)地設(shè)計(jì)了保安A段工作電源回切、保安B段工作電源回切兩個(gè)功能模塊，用以應(yīng)對(duì)單母線失電自啟后的恢復(fù)和雙母線失電自啟后的恢復(fù)。在回切功能激活前，柴發(fā)是處于單機(jī)定壓運(yùn)行方式的，利用柴發(fā)初始化功能組，可以實(shí)現(xiàn)在柴發(fā)不停機(jī)前提下，將工作電源開(kāi)關(guān)作為并網(wǎng)點(diǎn)并網(wǎng)，切換到并網(wǎng)定額運(yùn)行方式。并網(wǎng)成功后，即可將保安電源開(kāi)關(guān)分閘、柴發(fā)停機(jī)，完成回切程序。保安段由柴發(fā)供電后，當(dāng)其中一段保安段由工作電源供電，另一段可以選擇由備用電源恢復(fù)供電，此時(shí)由運(yùn)行人員激活回切功能組。程序相應(yīng)地設(shè)計(jì)了保安A段備用電源回切、保安B段備用電源回切兩個(gè)功能模塊。在回切功能激活前，柴發(fā)是處于單機(jī)定壓運(yùn)行方式的，利用柴發(fā)初始化功能組，可以實(shí)現(xiàn)在柴發(fā)不停機(jī)前提下，將聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)作為并網(wǎng)點(diǎn)并網(wǎng)，切換到并網(wǎng)定額運(yùn)行方式。并網(wǎng)成功后，即可將保安電源開(kāi)關(guān)分閘、柴發(fā)停機(jī)，完成回切程序。

圖3 失電自啟功能組邏輯框圖

PLC中還設(shè)計(jì)了定期試驗(yàn)功能?？蛰d試驗(yàn)由啟動(dòng)按鈕激活，柴發(fā)啟動(dòng)建壓成功后合出口開(kāi)關(guān)CB1，待預(yù)設(shè)時(shí)間到或空載停止按鈕，分CB1、停柴發(fā)。帶載試驗(yàn)過(guò)程中必須一直監(jiān)視保安段處于正常運(yùn)行方式下， A段和B段帶載試驗(yàn)不能同時(shí)進(jìn)行。帶載試驗(yàn)由帶載試驗(yàn)啟動(dòng)按鈕激活，柴發(fā)啟動(dòng)建壓成功后合出口開(kāi)關(guān)CB1，投入相應(yīng)的同期電壓進(jìn)行檢同期，并網(wǎng)開(kāi)關(guān)合閘后開(kāi)始帶載，柴發(fā)的帶載額度由PCC的參數(shù)設(shè)定決定。待預(yù)設(shè)時(shí)間到或帶載試驗(yàn)停止按鈕，解列、分CB1、切除同期電壓、停柴發(fā)，復(fù)位帶載試驗(yàn)中信號(hào)，PLC程序重新回到待命狀態(tài)。

2.3 柴發(fā)運(yùn)行模式的自適應(yīng)

柴發(fā)有兩種控制方式，當(dāng)機(jī)組與市電并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，柴發(fā)的出力按定額方式控制；當(dāng)單機(jī)運(yùn)行時(shí)，柴發(fā)按定壓方式控制，出力大小由負(fù)荷決定。由此可見(jiàn)，柴發(fā)在進(jìn)行帶載試驗(yàn)時(shí)，如發(fā)生保安段失電，此時(shí)柴發(fā)已經(jīng)處于并網(wǎng)運(yùn)行，按定額方式進(jìn)行機(jī)組控制。為了快速恢復(fù)保安段供電，希望能夠?qū)崿F(xiàn)柴發(fā)不停機(jī)情況下從定額方式向單機(jī)定壓方式進(jìn)行機(jī)組控制。此外，柴發(fā)PCC控制系統(tǒng)只能接受一個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)，一旦同期電壓切入，完成一次并網(wǎng)后，同步器就退出。當(dāng)保安A、B段均失電，柴發(fā)自啟帶負(fù)荷后，在工作電源恢復(fù)正常后，先后進(jìn)行保安A、B段電源回切時(shí)，需要柴發(fā)先后兩次并網(wǎng)。為了解決以上問(wèn)題，故設(shè)計(jì)柴發(fā)初始化功能組。

柴發(fā)的停機(jī)延時(shí)設(shè)定為180 s。當(dāng)柴發(fā)啟動(dòng)命令取消后，機(jī)組會(huì)以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行180 s，180 s后降為怠速冷機(jī)運(yùn)行。因此，在180 s內(nèi)，柴發(fā)仍然具有額定轉(zhuǎn)速和額定電壓。柴發(fā)初始化功能組的就是在必要時(shí)將柴發(fā)的啟動(dòng)命令取消，利用這180 s的時(shí)間差， 將柴發(fā)在不停機(jī)的情況下進(jìn)行定壓-定額方式的切換，實(shí)現(xiàn)第二次并網(wǎng)。

PCC3201的控制邏輯為：當(dāng)柴發(fā)啟動(dòng)成功后，如未檢測(cè)到同期電壓，判斷為單機(jī)運(yùn)行模式，開(kāi)關(guān)合閘令馬上由0變?yōu)?，并且長(zhǎng)期置1；如檢測(cè)到同期電壓，判斷為并網(wǎng)運(yùn)行模式，待同期條件滿足后，開(kāi)關(guān)合閘令由0變?yōu)?，并且長(zhǎng)期置1。在初始化功能組中，這個(gè)信號(hào)作為回切和失電功能組被觸發(fā)時(shí)，柴發(fā)是否已經(jīng)完成上一次啟動(dòng)和帶載的標(biāo)志位。

柴發(fā)初始化步序?yàn)?時(shí)，判斷該標(biāo)志位為0時(shí)，回切和失電功能組按常規(guī)順控步驟進(jìn)行，給柴發(fā)初始化步序置3。當(dāng)為1時(shí)，柴發(fā)需要初始化，即復(fù)位柴發(fā)啟動(dòng)令、復(fù)位柴發(fā)開(kāi)關(guān)合位反饋信號(hào)，并切除同期電壓，給柴發(fā)初始化步序置1。柴發(fā)初始化步序?yàn)?時(shí)，捕捉到開(kāi)關(guān)合閘令的下降沿，將給PCC的開(kāi)關(guān)合位反饋信號(hào)復(fù)位，給柴發(fā)初始化步序置2。柴發(fā)初始化步序?yàn)?，延時(shí)5 s，給柴發(fā)初始化步序置3，回切和失電功能組回到常規(guī)順控步驟進(jìn)行。無(wú)任何功能組進(jìn)行中或PLC不在自動(dòng)位，給柴發(fā)初始化步序置0。

3 結(jié)語(yǔ)

發(fā)電廠保安電源控制程序采用順序控制設(shè)計(jì)方法進(jìn)行模塊化程序設(shè)計(jì)，可根據(jù)一次接線方式的變化和用戶的具體要求增減程序塊，適用性廣。

根據(jù)工藝要求對(duì)順控中每個(gè)步驟進(jìn)行定義，可以有效防止寄生回路的產(chǎn)生，提高設(shè)計(jì)效率，程序可讀性強(qiáng)，調(diào)試方便，控制邏輯符合設(shè)計(jì)要求。投運(yùn)后定期進(jìn)行空載試驗(yàn)及帶載試驗(yàn)，運(yùn)行正常。通過(guò)在發(fā)電廠的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，證實(shí)能夠滿足運(yùn)行要求，降低運(yùn)行人員的工作量、使用方便、維護(hù)簡(jiǎn)單。

(本文編輯：嚴(yán) 加)

Thermal Power Plant Security Power Control Logic Design Based on Sequence Control

ZHU Xiaojin

(Zhejiang Zheneng Taizhou Second Power Generation Co., Ltd., Taizhou 318000, Zhejiang China)

Rapid diesel power generation unit is widely used in security power system in thermal power plants. Based on PLC, this paper uses the sequential control design method for modularized program design of security power control system, which can improve design efficiency, shorten the debugging time, and enhance the reliability of electric control system.

thermal power plant; security power; control logic

10.11973/dlyny201702019

朱曉瑾(1974—)，女，碩士，高級(jí)工程師，從事發(fā)電廠繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的技術(shù)管理工作。

TM621

B

2095-1256(2017)02-0179-05

2017-03-25