吳正良 吳衛(wèi)明 宋宏進(jìn)

摘? 要：簡(jiǎn)要地介紹了計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)組LCU配置和結(jié)構(gòu)，對(duì)機(jī)組LCU控制流程設(shè)計(jì)進(jìn)行了比較詳細(xì)的說(shuō)明。機(jī)組控制流程設(shè)計(jì)以安全、可靠、合理、操作方便為原則，除設(shè)計(jì)了開(kāi)機(jī)、停機(jī)、緊急事故停機(jī)、一般事故停機(jī)等常規(guī)控制流程外，為了使機(jī)組試驗(yàn)過(guò)程中達(dá)到不同的運(yùn)行狀態(tài)，增設(shè)了冷備用空轉(zhuǎn)、空載開(kāi)機(jī)、熱備用空轉(zhuǎn)、空載開(kāi)機(jī)等多種試驗(yàn)控制流程。試驗(yàn)控制流程的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了操作步驟，減輕了值班人員的工作強(qiáng)度，對(duì)于防止誤操作的發(fā)生也起到一定作用。

關(guān)鍵詞：配置? 結(jié)構(gòu)? 控制流程? 設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TV736 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2020）01（b）-0030-04

Abstract： This paper briefly introduces the configuration and structure of the computer supervisory control system unit LCU， and makes a detailed introduction to the control flow design of the unit LCU. The control flow design of the unit is based on the principles of safety， reliability， reasonableness and convenience of operation. In addition to the general control flow， such as start-up， shutdown， emergency shutdown and general accident shutdown， cold standby idling， no-load startup， hot standby idling and no-load idling are added in order to achieve different operation conditions during the unit test. A variety of test processes such as loading and starting. The design of the test control flow simplifies the operation steps， reduces the working intensity of the personnel on duty， and plays a certain role in preventing the occurrence of misoperation. The LCU configuration and structure of the unit are briefly introduced， and the design of the control flow of the unit is introduced in detail. The control flow of the unit is designed according to the principle of safety， reliability， rationality and convenience of operation. Besides the general control flow such as start-up and shutdown， a variety of test flow are added in order to make the unit run in different states during the test. The design of the test control flow simplifies the operation steps， reduces the working intensity of the personnel on duty， and plays a certain role in preventing the occurrence of misoperation.

Key Words： Configuration; Structure; Control flow; Design

某水電站安裝有9臺(tái)混流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量為850MW（8×95MW+1×90MW），擔(dān)負(fù)華東電網(wǎng)調(diào)頻、調(diào)峰、事故備用的任務(wù)。水輪發(fā)電機(jī)組為懸吊式結(jié)構(gòu)，布置有推力軸承、上導(dǎo)軸承、水導(dǎo)軸承。機(jī)組技術(shù)供水采取本機(jī)蝸殼自流供水，引自上庫(kù)的壩前引水供水作為備用。水導(dǎo)軸承為水潤(rùn)滑彈性塑料軸瓦，潤(rùn)滑冷卻水采用主、備用雙路供水。電氣部分采用三機(jī)一變擴(kuò)大單元接線。電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造后采用安德里茨NEPTUN系統(tǒng)，不但對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行了全面的提升，而且根據(jù)該電站方設(shè)計(jì)編寫(xiě)的機(jī)組控制流程對(duì)主、輔設(shè)備增設(shè)了多種遠(yuǎn)方控制和試驗(yàn)功能，方便了運(yùn)行人員的操作。

1? 機(jī)組LCU配置

LCU具有控制、調(diào)節(jié)操作和監(jiān)視功能，配備人機(jī)觸摸屏，當(dāng)與上位機(jī)系統(tǒng)脫機(jī)時(shí)，仍具有必要的監(jiān)視和控制功能。主要由控制器、模擬量和開(kāi)關(guān)量I/O模塊、同期裝置、轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置、現(xiàn)地人機(jī)接口設(shè)備等構(gòu)成[1]。改造后主要配置如下。

（1）主控制器（主PLC）選用西門(mén)子AK1703 ACP智能自動(dòng)控制裝置。該裝置采用多處理器體系結(jié)構(gòu)，除了冗余的中央CPU處理器外，每個(gè)I/O模板還帶有CPU芯片，從而提升系統(tǒng)的整體可靠性與可用性。

（2）急停PLC選用西門(mén)子TM1703mis。LCU設(shè)置單獨(dú)水機(jī)保護(hù)PLC，采用獨(dú)立于主PLC的交、直流工作電源，為機(jī)組提供水機(jī)冗余保護(hù)，安全性能提高[2]。急停PLC主要完成事故緊急停機(jī)（落快速閘門(mén)）、電氣事故啟動(dòng)緊急停機(jī)和緊急停機(jī)按鈕啟動(dòng)緊急停機(jī)等水機(jī)保護(hù)。

（3）人機(jī)接口設(shè)備。LCU人機(jī)接口單元選用研華PPC-174T 17"液晶觸摸屏。觸摸屏可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地實(shí)時(shí)監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)以及完成機(jī)組開(kāi)停機(jī)、發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)和輔助設(shè)備等操作。

（4）同期裝置。裝設(shè)一套SID-2SA微機(jī)同期裝置外和一套SID-2SL-A型微機(jī)多功能同步表。

（5）測(cè)速裝置。配有一臺(tái)CIP21微機(jī)測(cè)速裝置。該裝置可輸出10路開(kāi)關(guān)量和1路模擬量信號(hào)。測(cè)速裝置輸出兩路140%nH過(guò)速定值，各分別輸入主控制器和急停PLC，實(shí)現(xiàn)機(jī)組可靠地過(guò)速保護(hù)。

2? 機(jī)組LCU結(jié)構(gòu)

現(xiàn)地LCU以西門(mén)子AK1703 ACP控制器為核心和TM1703mis緊停PLC及相應(yīng)通信設(shè)備構(gòu)成。AK1703 ACP控制器雙CPU通過(guò)冗余配置的LCU交換機(jī)分別連接于電站以太網(wǎng)，緊停PLC通過(guò)其中一個(gè)LCU交換機(jī)連接于電站以太網(wǎng)。LCU同現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間信息交換采用兩種方式。

方式一，利用LCU的輸入、輸出模塊以硬接線的方式同現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備交換信息，如勵(lì)磁裝置、油壓裝置、油水氣系統(tǒng)電控閥、自動(dòng)濾水器、電動(dòng)排水閥、快速閘門(mén)控制等。

方式二，電氣保護(hù)動(dòng)作信號(hào)通過(guò)串口通信方式傳輸，采用IEC60870-103協(xié)議;調(diào)速器除方式一的硬接線外，還通過(guò)串口通信方式交換信息，采用Modubs協(xié)議。在調(diào)速器功率模式投入情況下，上位機(jī)系統(tǒng)數(shù)字功率給定通過(guò)通信方式下發(fā)給調(diào)速器，而開(kāi)度模式運(yùn)行時(shí)，LCU則下發(fā)脈沖信號(hào)，來(lái)完成有功功率的調(diào)節(jié)。

3? 控制流程設(shè)計(jì)

機(jī)組控制流程實(shí)現(xiàn)以下控制目標(biāo)：（1）通過(guò)執(zhí)行機(jī)組工況轉(zhuǎn)換流程，控制機(jī)組相關(guān)設(shè)備按照生產(chǎn)工藝要求順序操作;（2）通過(guò)執(zhí)行各系統(tǒng)設(shè)備控制邏輯，一方面接收機(jī)組工況轉(zhuǎn)換流程發(fā)出的控制命令實(shí)現(xiàn)設(shè)備的順序控制，另一方面通過(guò)設(shè)備狀態(tài)判斷實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障或緊急情況下的啟停、切換、報(bào)警和跳閘操作;（3）通過(guò)執(zhí)行各系統(tǒng)設(shè)備控制邏輯，實(shí)現(xiàn)各個(gè)設(shè)備之間的安全閉鎖和操作配合[3]。根據(jù)上述控制目標(biāo)，機(jī)組控制流程除設(shè)計(jì)編寫(xiě)了一般控制流程外，另外設(shè)計(jì)編寫(xiě)了多種試驗(yàn)控制流程。一般控制流程有停機(jī)至發(fā)電、發(fā)電至調(diào)相、調(diào)相至發(fā)電、發(fā)電至停機(jī)、緊急事故停機(jī)（落快速閘門(mén)）、一般事故停機(jī)、發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)及閘刀控制、勵(lì)磁方式切換操作、調(diào)速器運(yùn)行模式切換操作、輔助設(shè)備操作等流程。試驗(yàn)控制流程有停機(jī)至空轉(zhuǎn)開(kāi)機(jī)、停機(jī)至空載開(kāi)機(jī)、空轉(zhuǎn)至空載、空載至空轉(zhuǎn)、空載至發(fā)電（并網(wǎng)）、發(fā)電至空轉(zhuǎn)（解列）、本機(jī)零升開(kāi)機(jī)、對(duì)主變零升開(kāi)機(jī)、同期假并車(chē)等流程。以下對(duì)部分控制流程做具體介紹。

3.1? 停機(jī)至發(fā)電開(kāi)機(jī)流程

停機(jī)至發(fā)電開(kāi)機(jī)控制流程是機(jī)組從熱備用啟動(dòng)到并網(wǎng)發(fā)電的過(guò)程，具體如圖1所示。第1步：判斷開(kāi)機(jī)條件，需滿(mǎn)足以下條件：快速閘門(mén)全開(kāi)、無(wú)電氣事故、無(wú)水機(jī)事故、勵(lì)磁A、B套無(wú)故障、風(fēng)閘回路無(wú)風(fēng)壓、風(fēng)閘下落、接力器鎖錠拔出、緊急停機(jī)電磁閥復(fù)歸、發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)分閘、發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)內(nèi)側(cè)地刀分閘、發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)外側(cè)地刀分閘、1號(hào)壓變閘刀合閘、2號(hào)壓變閘刀合閘、消弧線圈閘刀合閘、滅磁開(kāi)關(guān)合閘、發(fā)電機(jī)閘刀合閘。當(dāng)機(jī)組停機(jī)備用狀態(tài)開(kāi)機(jī)條件不滿(mǎn)足時(shí)，發(fā)報(bào)警信號(hào)并亮光字，提醒運(yùn)行人員開(kāi)機(jī)條件不滿(mǎn)足，需進(jìn)行檢查并排除故障。第2步：投總冷卻水，需推力、上導(dǎo)、水導(dǎo)冷卻器均有冷卻水。投總冷卻水的同時(shí)，投入水導(dǎo)備用水，因?yàn)樗畬?dǎo)軸承為水潤(rùn)滑水冷卻軸承，投雙路供水目的為了縮短開(kāi)機(jī)時(shí)間，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速至90%n時(shí)，水導(dǎo)備用水退出。第3步：經(jīng)開(kāi)機(jī)延時(shí)，啟動(dòng)調(diào)速器開(kāi)機(jī)。第4步：轉(zhuǎn)速到90%nH，建壓令送勵(lì)磁裝置，升壓至額定。第5步：同期并網(wǎng)，同期裝置退出分3種情況：發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)同期合閘后延時(shí)10s退出;發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)合不上延時(shí)6min自動(dòng)退出;上位機(jī)發(fā)“撤同期令”退出。發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)合閘后自動(dòng)增有功3MW，防止合閘后可能的短時(shí)逆向有功。

3.2 停機(jī)流程

按發(fā)電態(tài)→空載態(tài)→空轉(zhuǎn)態(tài)→停機(jī)態(tài)控制。第1步：減有功、無(wú)功;第2步：發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)跳開(kāi);第3步：發(fā)停機(jī)令到勵(lì)磁撤壓到空轉(zhuǎn)。第4步：發(fā)停機(jī)令到調(diào)速器導(dǎo)葉關(guān)閉的步序進(jìn)行。

其中停機(jī)跳發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)判斷條件為：當(dāng)無(wú)功功率Q≤|5|Mvar和導(dǎo)葉空載同時(shí)滿(mǎn)足或者無(wú)功功率Q≤|5|Mvar和有功功率P≤5MW同時(shí)滿(mǎn)足，跳開(kāi)發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)。增設(shè)有功功率P≤5MW的條件是為了防止導(dǎo)葉關(guān)至空載位置時(shí)導(dǎo)葉位置開(kāi)關(guān)不能接通導(dǎo)致發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)跳不開(kāi)的情況發(fā)生。

3.3 水機(jī)保護(hù)跳閘流程

（1）防水淹廠房保護(hù)。

在蝸殼層廊道左、右岸設(shè)置二套水位信號(hào)裝置作用于報(bào)警，每臺(tái)機(jī)另設(shè)置了二套防水淹廠房保護(hù)水位信號(hào)裝置。每套防水淹廠房保護(hù)水位信號(hào)裝置低水位接點(diǎn)同時(shí)動(dòng)作通過(guò)硬接線作用于落快速閘門(mén)，高低水位接點(diǎn)同時(shí)動(dòng)作通過(guò)LCU作用于機(jī)組緊急事故停機(jī)。

（2）電氣過(guò)速保護(hù)。

電氣測(cè)速裝置140%nH動(dòng)作、電氣測(cè)速裝置無(wú)故障、導(dǎo)水葉打開(kāi)、電氣過(guò)速保護(hù)出口軟壓板放上，以上4個(gè)條件滿(mǎn)足動(dòng)作緊急事故停機(jī)，落下快速閘門(mén)，投入調(diào)速器緊急停機(jī)電磁閥。

（3）調(diào)速系統(tǒng)事故低油壓保護(hù)。

備用壓油泵啟動(dòng)壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作、低油壓壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作、事故低油壓保護(hù)出口軟壓板放上，以上3個(gè)條件滿(mǎn)足動(dòng)作緊急事故停機(jī)，跳發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)，落下快速閘門(mén)，投入調(diào)速器緊急停機(jī)電磁閥。

（4）調(diào)速系統(tǒng)事故低油位保護(hù)。

壓油槽低油位報(bào)警液位開(kāi)關(guān)動(dòng)作、壓油槽低油位跳閘液位開(kāi)關(guān)動(dòng)作、事故低油位保護(hù)出口軟壓板放上，以上3個(gè)條件滿(mǎn)足動(dòng)作緊急事故停機(jī)，跳發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)，落下快速閘門(mén)，投入調(diào)速器緊急停機(jī)電磁閥。

（5）水機(jī)保護(hù)其他跳閘流程。

其他跳閘流程有機(jī)械過(guò)速、主配發(fā)卡115%nH過(guò)速、振擺過(guò)大、軸承溫度過(guò)高、水導(dǎo)潤(rùn)滑水中斷、機(jī)組火警保護(hù)和急停按鈕動(dòng)作。

3.4 發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)、閘刀控制流程

發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)除同期合閘、正常分閘外，另外設(shè)有檢修合、分閘控制流程;發(fā)電機(jī)閘刀控制也類(lèi)似發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)設(shè)有檢修合、分閘控制流程。檢修合、分閘控制流程方便發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)、閘刀檢修后的模擬試驗(yàn)操作。

3.5 其他設(shè)備控制流程

上位機(jī)分別設(shè)勵(lì)磁方式切換、PSS投退和調(diào)速器運(yùn)行模式切換、孤網(wǎng)方式投退、蝸殼排水閥、尾水管排水閥、總冷卻水電控閥及水導(dǎo)備用水電控閥控制功能，分別對(duì)應(yīng)編寫(xiě)了不同的控制流程?？焖匍l門(mén)的提門(mén)、落門(mén)在機(jī)旁設(shè)有硬接線控制按紐，另外在上位機(jī)設(shè)有提門(mén)、落門(mén)控制功能，并在中控室設(shè)緊急落快速閘門(mén)和緊急停機(jī)硬接線按鈕[5]。多個(gè)回路控制快速閘門(mén)下落，在機(jī)組異常和水淹廠房等緊急情況下使用。

3.6 試驗(yàn)流程

（1）停機(jī)至空轉(zhuǎn)或停機(jī)至空載開(kāi)機(jī)。

停機(jī)至空轉(zhuǎn)開(kāi)機(jī)流程是機(jī)組冷（熱）備用開(kāi)機(jī)至空轉(zhuǎn)狀態(tài);停機(jī)至空載開(kāi)機(jī)流程是機(jī)組冷（熱）備用開(kāi)機(jī)至空載狀態(tài)。4種開(kāi)機(jī)方式控制流程的區(qū)別在于設(shè)計(jì)不同的開(kāi)機(jī)條件。機(jī)組檢修后，根據(jù)檢修人員對(duì)機(jī)組狀態(tài)的要求，發(fā)出不同的操作命令，機(jī)組開(kāi)機(jī)后進(jìn)入空轉(zhuǎn)或空載狀態(tài)（見(jiàn)圖2）。

（2）空轉(zhuǎn)至空載、空載至空轉(zhuǎn)、空載至發(fā)電（并網(wǎng)）、發(fā)電至空轉(zhuǎn)（解列）。

空轉(zhuǎn)至空載、空載至空轉(zhuǎn)、空載至發(fā)電（并網(wǎng)）、發(fā)電至空轉(zhuǎn)（解列）控制流程設(shè)計(jì)使機(jī)組可以在不同的工況之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，分別設(shè)有相對(duì)應(yīng)的操作命令，發(fā)出不同的操作命令，實(shí)現(xiàn)機(jī)組各工況轉(zhuǎn)換（見(jiàn)圖2）。

（3）空載同期假并車(chē)。

同期假并車(chē)流程，用于同期電壓回路核相后，發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)假并車(chē)試驗(yàn)。主要條件是發(fā)電機(jī)閘刀分閘，見(jiàn)圖2。

（4）本機(jī)零升開(kāi)機(jī)、對(duì)主變零升開(kāi)機(jī)。

本機(jī)零升開(kāi)機(jī)流程是機(jī)組從冷備用開(kāi)機(jī)至10%額定電壓狀態(tài)。其中開(kāi)機(jī)條件與正常開(kāi)機(jī)條件部分相同外，另增加“勵(lì)磁方式手動(dòng)”和“零升軟壓板放上（零升令送勵(lì)磁裝置，電壓給定值置最?。睏l件。開(kāi)機(jī)后機(jī)組電壓升至10%額定狀態(tài)，再根據(jù)試驗(yàn)要求遞增電壓。本機(jī)零升開(kāi)機(jī)方式常用于發(fā)電機(jī)空載特性試驗(yàn)、短路特性試驗(yàn)、機(jī)組電容電流測(cè)試，機(jī)組A、B級(jí)大修后的首次升壓（見(jiàn)圖3）。

對(duì)主變零升開(kāi)機(jī)流程是機(jī)組從熱備用開(kāi)機(jī)至10%額定電壓狀態(tài)，主變電壓同步升壓到10%額定電壓。擴(kuò)大單元電氣接線見(jiàn)圖4。開(kāi)機(jī)條件與正常開(kāi)機(jī)條件部分相同外，另增設(shè)勵(lì)磁方式手動(dòng)、零升軟壓板放上、本單元其余二臺(tái)機(jī)發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)分、廠變高壓開(kāi)關(guān)分閘或廠變低壓側(cè)分段開(kāi)關(guān)分閘、配變低壓開(kāi)關(guān)分閘、13.8kV單元母線電壓小于5%額定電壓、主變中性點(diǎn)閘刀合上、主變開(kāi)關(guān)分閘、主變正母閘刀分閘、主變副母閘刀分閘條件。當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速升至90%額定轉(zhuǎn)速，發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)自動(dòng)合上，在機(jī)組建壓至10%額定電壓的同時(shí)，主變電壓也升至10%額定電壓。根據(jù)試驗(yàn)要求由上位機(jī)單步遞增機(jī)組電壓至額定，主變電壓隨之到額度電壓。主變零升開(kāi)機(jī)方式常用于主變檢修后的首次升壓，機(jī)組同期回路核相等試驗(yàn)。

4? 結(jié)語(yǔ)

某水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造，不但對(duì)機(jī)組LCU硬件部分進(jìn)行升級(jí)，而且對(duì)控制流程進(jìn)行了優(yōu)化和增設(shè)，優(yōu)化后控制流程更加合理，也是對(duì)以往運(yùn)行、操作過(guò)程中存在問(wèn)題的改進(jìn)。尤其是試驗(yàn)控制流程設(shè)計(jì)，方便了運(yùn)行操作，改變以往單步操作的項(xiàng)目，優(yōu)化為程序操作，減少了運(yùn)行人員誤操作的幾率，它必將對(duì)安全生產(chǎn)起到一定的作用。

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