何 秋

（華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責任公司，浙江 天臺317200）

1 引言

抽水蓄能電站機組主要有發(fā)電、發(fā)電調(diào)相、抽水、抽水調(diào)相、停機五種穩(wěn)定工況，機組各種工況的轉(zhuǎn)換由機組順控流程執(zhí)行，上位機只需下達工況轉(zhuǎn)換命令，順控流程按照預(yù)先設(shè)定步序順序執(zhí)行，直至到達一種新的穩(wěn)定工況。順控流程的掃描周期為所有流程全部執(zhí)行一遍的時間，即PLC按照程序從左到右，從上到下，順序掃描各輸入點的狀態(tài)，對用戶程序進行運算處理，然后順序向各輸出點發(fā)出相應(yīng)信號的全過程的執(zhí)行時間。整個完整過程包括輸入采樣、程序處理、輸出刷新三個階段。掃描周期本身受機組現(xiàn)地控制單元的信號采集、邏輯處理及網(wǎng)絡(luò)通信能力的制約。

某蓄能電站機組順控流程的掃描周期原為700 ms，經(jīng)技術(shù)改造后縮短為100 ms。改造后在一次抽水調(diào)相開機過程中，發(fā)生一起機組壓水流程執(zhí)行超時導(dǎo)致機組抽水方向啟動不成功的事件。

2 事件現(xiàn)象

某抽蓄電站在一次SFC（靜止變頻器）拖動抽水調(diào)相開機時，當轉(zhuǎn)速大于10%額定轉(zhuǎn)速，機組順控邏輯打開充氣壓水閥開始壓水，后由于上位機報壓水失敗導(dǎo)致機組啟動失敗。

抽水蓄能機組抽水調(diào)相啟動一般采用SFC拖動的方式啟動，機組轉(zhuǎn)速從零逐步上升至額定轉(zhuǎn)速，然后并網(wǎng)轉(zhuǎn)抽水。為了降低機組轉(zhuǎn)輪在水中旋轉(zhuǎn)的阻力，采用向尾水管注入高壓氣體，使轉(zhuǎn)輪在空氣中旋轉(zhuǎn)，減小向系統(tǒng)吸收有功。一般蓄能機組在轉(zhuǎn)速達到10%額定轉(zhuǎn)速時開始向尾水管壓氣，直至將水位壓轉(zhuǎn)輪以下，待需轉(zhuǎn)抽水時將氣體排出。在本次事件中由于機組壓水失敗導(dǎo)致順控流程步序S4S-4執(zhí)行超時，機組抽水調(diào)相啟動失敗。

2.1 某電站機組壓水邏輯介紹

查看機組壓水流程邏輯，壓水流程子程序共分為5步，第1步為打開壓水閥，第2步為15 s后關(guān)閉壓水閥，第3步再次打開壓水閥，第4步壓水正常后關(guān)閉壓水閥，第5步打開泄壓閥，壓水成功。

每個步序為一個程序執(zhí)行宏模塊，主要包括預(yù)條件輸入、命令發(fā)出、信號反饋三部分，本步序反饋滿足即發(fā)出步序執(zhí)行成功的OK信號，前一個步序執(zhí)行成功的OK信號作為下一個步序的預(yù)條件，每個步序有執(zhí)行時間限制，超出時間將會報流程超時報警，任一步序的預(yù)條件丟失也會導(dǎo)致程序執(zhí)行失敗。具體詳見下頁表1和圖1～圖4。

表1 壓水流程簡介

圖1 壓水步序二邏輯圖

圖2 壓水步序三邏輯圖

圖3 壓水步序四邏輯圖

圖4 壓水步序五邏輯圖

一般情況下，機組壓水流程只需充氣壓水閥打開一次便可將尾水管水位壓至轉(zhuǎn)輪以下，即機組壓水流程執(zhí)行完步序二時，壓水步序三和步序四的反饋均已滿足，不再執(zhí)行步序三和四的命令。只有當機組轉(zhuǎn)輪室漏氣量較大，充氣壓水閥開啟15 s無法將尾水管水位壓至轉(zhuǎn)輪以下時才會執(zhí)行步序三和四，即再次開關(guān)開啟充氣壓水閥。

2.2 原因分析

查看事件列表01：03：54.352時收到4號機充氣壓水閥在關(guān)閉位置，結(jié)合壓水步序二分析，在收到該信號延時1 s后步序二執(zhí)行完成，即在01：03：55.352時將執(zhí)行步序三的命令：開啟充氣壓水閥命令。監(jiān)控系統(tǒng)在01：03：54.455收到“4號機尾水水位低”信號，但因為設(shè)置了1 s的延時，所以步序三反饋滿足的時間為01：03：55.455，即在這個時刻步序四開始執(zhí)行。由于開關(guān)充氣壓水閥需通過開出繼電器動作充氣壓水閥電磁閥，再通過液壓回路去動作充氣壓水閥的開關(guān)，整個過程耗時相對較長。從邏輯發(fā)令開啟充氣壓水閥至邏輯收到充氣壓水閥關(guān)閉位置復(fù)歸的時間基本在0.5～0.6 s左右。因此當執(zhí)行到步序四的時候，充水壓水閥打開命令才過0.103 s，此時充氣壓水閥實際還在關(guān)閉位置，步序四反饋條件滿足，導(dǎo)致未能發(fā)令關(guān)閉充氣壓水閥命令，直接執(zhí)行步序五。但由于步序三開啟充氣壓水閥命令已經(jīng)發(fā)出，因此在01：03：55.830時收到4號機充氣壓水閥位置中間狀態(tài)（開和關(guān)位置均復(fù)歸），導(dǎo)致步序四反饋信號不滿足，步序四完成信號CTRL；b.DEWAT.4.OK信號復(fù)歸。此時步序五正在執(zhí)行中，步序四完成信號CTRL；b.DEWAT.4.OK復(fù)歸，使得步序五的預(yù)條件不滿足，最終導(dǎo)致了壓水失敗報警。

某電廠4號機組現(xiàn)地控制單元在近期剛進行過技術(shù)改造，其信號采集、邏輯處理及網(wǎng)絡(luò)通信能力均有了較大的提高，4號機組原先順控流程的掃描周期為0.7 s，邏輯執(zhí)行過程中的0.7 s以內(nèi)的信號抖動將被自動過濾。改造后掃描周期縮短為0.1 s，當充氣壓水閥邏輯執(zhí)行到步序三發(fā)出打開壓水閥的命令，如恰好在此后0～0.6 s內(nèi)尾水水位壓至正常位置，步序三反饋滿足進而執(zhí)行步序四、進而步序五的話，將會出現(xiàn)上述步序五前提條件丟失，壓水失敗的情況。

結(jié)合順控流程的掃描周期分析，本次事件的真實原因為：機組順控流程的掃描周期與步序邏輯執(zhí)行在時間上不完全匹配，在極端巧合的情況下會造成某些步序執(zhí)行錯誤。

3 抽水調(diào)相壓水邏輯的改進

機組順控流程的掃描周期理論上越短越好，這樣流程反應(yīng)時間更短，對流程執(zhí)行中的信號反饋更加靈敏。從上述事件的分析可知，由于技術(shù)改造后機組順控流程掃描周期大幅縮短，但并未修改完善相關(guān)順控邏輯導(dǎo)致了掃描周期與邏輯執(zhí)行的配合問題。最佳的解決辦法為完善相關(guān)步序的邏輯，解決時間配合問題。在本事件中可修改4號機組壓水步序五邏輯，在預(yù)條件處增加2 s下降延時，避免因壓水閥位置信號抖動或由邏輯造成的短暫開啟引起的前提條件不滿足的問題。

具體原理為，如果發(fā)生充氣壓水閥信號抖動，只要抖動不超過2 s，步序五將正常執(zhí)行；如果出現(xiàn)上述事件中的巧合，當在執(zhí)行步序五時充氣壓水閥出現(xiàn)中間態(tài)時，由于有2 s延時，步序四會因為反饋不滿足再次發(fā)出關(guān)壓水閥命令，只要在2 s內(nèi)再次收到壓水閥關(guān)閉的信號，壓水流程將會執(zhí)行成功。邏輯圖修改見圖5。

圖5 修改后的壓水步序五邏輯圖

4 結(jié)束語

抽水蓄能電站在電網(wǎng)中承擔調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相及事故備用任務(wù)，伴隨著電網(wǎng)峰谷差的加大，新能源的大量上網(wǎng)對抽水蓄能電站反應(yīng)的迅速性、可靠性要求越來越高，另外隨著我國運行10年以上的抽水蓄能電站越來越多，大部分電站二次設(shè)備進入升級改造的重要時期，二次設(shè)備的升級換代會大大提高設(shè)備的硬件性能，PLC的處理能力和響應(yīng)速度大幅提高，但此時一次及機械設(shè)備的性能仍未發(fā)生明顯變化，由此需要對相應(yīng)的控制邏輯進行梳理和修改，實現(xiàn)一次、機械設(shè)備性能與二次監(jiān)控系統(tǒng)的合理匹配。