劉 宇，毛 琦，滿運(yùn)濤

（1.五凌電力有限公司，湖南 衡陽(yáng) 421127；2.北京中水科水電科技開(kāi)有限公司，北京 100038）

水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)作為電站重要的控制中心，如同人類的大腦中樞一樣，存儲(chǔ)著諸多信息同時(shí)又控制全廠設(shè)備正常運(yùn)行，肩負(fù)著重要的工作，其性能優(yōu)劣直接關(guān)系到各水電廠的安全生產(chǎn)。為保證全廠采集信息完整地展示，DL/T 822-2012《水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)收規(guī)程》要求開(kāi)展SOE分辨率試驗(yàn)及雪崩試驗(yàn)，以便證實(shí)在機(jī)組出現(xiàn)事故時(shí)，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能夠立即響應(yīng)并完整記錄事件發(fā)生的詳細(xì)過(guò)程，同時(shí)檢驗(yàn)報(bào)警事件排序、語(yǔ)音報(bào)警啟動(dòng)、推出畫面等相關(guān)功能。但SOE分辨率試驗(yàn)及雪崩試驗(yàn)僅針對(duì)帶有時(shí)標(biāo)的中斷量模塊，該模塊常常應(yīng)用于較為重要的告警信號(hào)或保護(hù)跳閘信號(hào)。而對(duì)于普通的自動(dòng)化元件節(jié)點(diǎn)或一般性設(shè)備報(bào)警而言，往往使用普通的開(kāi)關(guān)量輸入模塊進(jìn)行采集。普通的開(kāi)關(guān)量輸入模塊分辨率精度不高，但恰恰這些測(cè)點(diǎn)又經(jīng)常參與機(jī)組的邏輯控制程序，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行中，這些測(cè)點(diǎn)的短時(shí)間動(dòng)作，會(huì)導(dǎo)致意外的結(jié)果。

1 某電廠監(jiān)控系統(tǒng)情況

某電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)為開(kāi)放式分層分布式設(shè)計(jì)，分為廠站控制層及現(xiàn)地控制層，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為雙星形。該系統(tǒng)全廠設(shè)1套衛(wèi)星對(duì)時(shí)系統(tǒng)，廠站層主要包括3套數(shù)據(jù)采集及應(yīng)用服務(wù)器，用于數(shù)據(jù)采集及處理，2臺(tái)操作員工作站，雙機(jī)熱備，用于全廠設(shè)備的監(jiān)視與控制，現(xiàn)地層包括：3套機(jī)組LCU、1套開(kāi)關(guān)站LCU、1套公用系統(tǒng)LCU。

該套計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在投運(yùn)前進(jìn)行了開(kāi)關(guān)量變位傳送時(shí)間、遙控/遙調(diào)的響應(yīng)時(shí)間、畫面調(diào)用時(shí)間、畫面數(shù)據(jù)刷新時(shí)間、SOE 分辨率檢驗(yàn)、雪崩檢驗(yàn)以及系統(tǒng)負(fù)荷壓力檢驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果均正常。

2 機(jī)組開(kāi)機(jī)異常情況描述

運(yùn)行人員根據(jù)電站負(fù)荷計(jì)劃于上午10：49：05.615在監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)下達(dá)2號(hào)機(jī)組開(kāi)機(jī)至空轉(zhuǎn)令，機(jī)組開(kāi)機(jī)僅過(guò)50 s左右，出現(xiàn)異常停機(jī)，導(dǎo)致機(jī)組開(kāi)機(jī)不成功。

2.1 查看上位機(jī)時(shí)間列表及出現(xiàn)的異常情況

（1）10：49：37.929 2F分步開(kāi)機(jī)第二步完成信號(hào)動(dòng)作后，10：49：42.421出現(xiàn)：2F軸承交流高壓油泵停止令動(dòng)作、2F軸承直流高壓油泵停止令動(dòng)作、2F軸承油閥關(guān)閉令動(dòng)作。

（2）10：49：53.844 2F水機(jī)保護(hù)正推油流過(guò)低動(dòng)作，10：49：54.157出現(xiàn)：2F水機(jī)保護(hù)給LCU停機(jī)令機(jī)組停機(jī)。

2.2 現(xiàn)地檢查

（1）現(xiàn)場(chǎng)檢查，LCU下位機(jī)觸摸屏存在軸承油流異常、軸承油流過(guò)低信號(hào)動(dòng)作，水機(jī)保護(hù)緊急停機(jī)動(dòng)作，機(jī)組在停機(jī)過(guò)程中，導(dǎo)葉已全關(guān)。

（2）2號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)速上升到15%后緩慢下降至0%。

待機(jī)組停穩(wěn)后，手動(dòng)給快關(guān)閥進(jìn)行勵(lì)磁，快關(guān)閥動(dòng)作正常，調(diào)速器控制壓力過(guò)低跳閘復(fù)歸，多次手動(dòng)勵(lì)磁、動(dòng)作快關(guān)閥，快關(guān)閥均動(dòng)作正常，機(jī)組開(kāi)機(jī)至空轉(zhuǎn)試驗(yàn)正常。

從上述情況描述可知，開(kāi)機(jī)異常原因不明，上位機(jī)沒(méi)有相關(guān)動(dòng)作信號(hào)記錄，對(duì)后續(xù)故障定位查找?guī)?lái)困難，也可看出事件報(bào)警信息記錄完整對(duì)于事故分析的重要性。

3 異常情況分析及定位

3.1 關(guān)閉軸承油閥原因分析

如圖1，查看上位機(jī)事件列表，10：49：42.421前的開(kāi)機(jī)過(guò)程中未出現(xiàn)開(kāi)出停機(jī)令及分步停機(jī)第七步令，但開(kāi)出了軸承油閥關(guān)閉令，由此可判斷為安全回路信號(hào)動(dòng)作導(dǎo)致軸承油閥關(guān)閉令開(kāi)出。

圖1 關(guān)閉軸承油閥邏輯圖

3.2 停直流高壓油泵原因分析

如圖2，查看上位機(jī)事件列表，10：49：42.421前的開(kāi)機(jī)過(guò)程中未出現(xiàn)遠(yuǎn)方、現(xiàn)地停直流高壓油泵令；有開(kāi)機(jī)令但轉(zhuǎn)速未到95%，故開(kāi)機(jī)停高壓油泵令無(wú)法開(kāi)出；無(wú)停機(jī)令，故停機(jī)停高壓油泵令無(wú)法開(kāi)出；由此可判斷為安全回路動(dòng)作導(dǎo)致停直流高壓油泵令開(kāi)出。

圖2 停直流高壓油泵邏輯圖

3.3 產(chǎn)生開(kāi)機(jī)異常原因分析

如圖3，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地設(shè)備檢查，并模擬信號(hào)動(dòng)作時(shí)發(fā)現(xiàn)，由于風(fēng)閘投入節(jié)點(diǎn)為4個(gè)風(fēng)閘位置串聯(lián)產(chǎn)生，其中一個(gè)風(fēng)閘位置由于頻繁動(dòng)作產(chǎn)生接觸不良現(xiàn)象，導(dǎo)致該點(diǎn)信號(hào)在開(kāi)機(jī)過(guò)程中出現(xiàn)抖動(dòng)，引發(fā)現(xiàn)地控制單元程序中的安全回路啟動(dòng)邏輯出現(xiàn)短時(shí)間的動(dòng)作復(fù)歸，從而導(dǎo)致PLC程序相應(yīng)程序執(zhí)行，下達(dá)停軸承高壓油泵停泵命令、關(guān)閉軸承油閥令。由于軸承油流過(guò)低，繼而水機(jī)保護(hù)動(dòng)作啟動(dòng)停機(jī)流程。

圖3 安全回路邏輯圖

4 監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方式的分析及瞬動(dòng)信號(hào)解決方法

以該電廠情況為例，該監(jiān)控系統(tǒng)上下位機(jī)數(shù)據(jù)通信采用ModBus TCP協(xié)議，下位機(jī)PLC的數(shù)據(jù)根據(jù)不同的類型，將信息存儲(chǔ)在相應(yīng)的寄存區(qū)內(nèi)，上位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的讀取，從而達(dá)到數(shù)據(jù)通信的目的，但上位機(jī)數(shù)據(jù)采集周期與下位機(jī)的數(shù)據(jù)采集周期是存在差異的，下位機(jī)PLC掃描時(shí)間假定為m（一般為20 ms左右），監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)掃描時(shí)間假定為n（一般在100～200 ms）左右，若此時(shí)普通I/O模塊信號(hào)發(fā)生了變位，如風(fēng)閘信號(hào)出現(xiàn)了抖動(dòng)，動(dòng)作時(shí)間假定為v，當(dāng)m＜v＜n時(shí)，此時(shí)下位機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的寄存器雖發(fā)生了變位，但由于上位機(jī)采集掃描時(shí)間較長(zhǎng)，該部分信號(hào)不會(huì)在上位機(jī)報(bào)警事件中出現(xiàn)，這是引起此次機(jī)組開(kāi)機(jī)異常，但無(wú)法第一時(shí)間找到故障點(diǎn)的真正原因。為解決該問(wèn)題，根據(jù)以上分析和工作經(jīng)驗(yàn)提出以下解決辦法供參考。

解決方法1：將計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)上送機(jī)制進(jìn)行優(yōu)化，所采集的數(shù)據(jù)不從數(shù)字量模塊內(nèi)部的變位區(qū)直接上送至上下位機(jī)的數(shù)據(jù)交換區(qū)，而通過(guò)數(shù)據(jù)整合后進(jìn)行遷移，在PLC內(nèi)部進(jìn)行事件存儲(chǔ)并記錄相應(yīng)的指針變化，上位機(jī)根據(jù)指針變化的數(shù)值依次從事件存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，以保證數(shù)據(jù)的完整性。

解決方法2：在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地控制單元程序中進(jìn)行程序修改，在可能出現(xiàn)抖動(dòng)節(jié)點(diǎn)的部位進(jìn)行程序保持回路設(shè)計(jì)或脈沖形式的節(jié)點(diǎn)輸出，使上位機(jī)系統(tǒng)獲取足夠的采集時(shí)間，從而進(jìn)行可靠的事件報(bào)警。

解決方法3：在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)設(shè)計(jì)之時(shí)，對(duì)重要的元器件節(jié)點(diǎn)或參與流程控制的元器節(jié)點(diǎn)使用普通數(shù)字量輸入模塊進(jìn)行采集，而改為使用分辨率更高的中斷量模塊進(jìn)行采集，利用高精度且?guī)r(shí)標(biāo)的事件報(bào)警，解決報(bào)警缺失問(wèn)題，同時(shí)還能夠準(zhǔn)確地啟動(dòng)相應(yīng)的流程控制。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前我國(guó)水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由于造價(jià)問(wèn)題，無(wú)法完全采用高精度分辨率的硬件采集所有測(cè)點(diǎn)，如何多方面解決水電廠瞬動(dòng)信號(hào)問(wèn)題，文中提出了建議性解決問(wèn)題的思路及辦法，最終還需要各電廠從實(shí)際出發(fā)，不斷完善設(shè)計(jì)、程序及數(shù)據(jù)采集機(jī)制，從而徹底解決該現(xiàn)象的發(fā)生。