水力工程論文:安康水力發(fā)電廠機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)改造_第1頁
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文檔簡介

1、水力工程論文:安康水力發(fā)電廠機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)改造    摘  要:文通過分析安康發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)存在的缺陷和不足,提出升級改造的主要內(nèi)容:在保留原來電站自動化控制系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)的前提下,對電站自動化控制系統(tǒng)主控級工作站、服務(wù)器更換;應(yīng)用軟件升級到目前最新版本,即H9000 V3.0。關(guān)鍵詞:電機(jī)組;監(jiān)控系統(tǒng);改造                    &

2、#160; 安康水電廠1-4#機(jī)組監(jiān)控于1999年4月至2002年2月相繼投入運(yùn)行,采用中國水利水電科學(xué)研究院自動化所于二十世紀(jì)90年代初期設(shè)計(jì)開發(fā)的面向水電應(yīng)用的H9000 V2.0分布開放計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)在投入后,暴露了一些問題,嚴(yán)重影響機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。針對這些問題檢修人員積極做了部分技術(shù)改造,但還是沒有從根本上得到解決。安康水電廠從2006年開始在廠內(nèi)進(jìn)行大規(guī)模環(huán)境治理、設(shè)備整治和整體升級改造,為實(shí)現(xiàn) “無人值班”(少人值守)及爭創(chuàng)“一流水電廠”創(chuàng)造條件。同時(shí)H9000 V3.0在技術(shù)和實(shí)際應(yīng)用中已經(jīng)相當(dāng)成熟,于是2008年1月,在4#機(jī)組大修中率先對其監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行了升級改造,到5

3、月底又相繼對其他三臺機(jī)組也實(shí)施了監(jiān)控升級改造。        1 H9000 V2.0系統(tǒng)及其運(yùn)行情況        H9000 V2.0系統(tǒng)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由兩臺主控機(jī)(上位機(jī))和4套現(xiàn)地控制單元(1-4#機(jī)組LCU)組成。        現(xiàn)地控制單元(LCU)分別由一體化工控機(jī)、現(xiàn)地PLC控制單元、通訊模件、模入模件、開入模件、中斷模件、開出模件等模塊組成。工控機(jī):上位機(jī)與現(xiàn)地控制單元

4、PLC通過工控機(jī)進(jìn)行通信,傳輸數(shù)據(jù)、指令,工控機(jī)若故障將使中央控制室失去對機(jī)組的運(yùn)行監(jiān)視和實(shí)時(shí)控制。獨(dú)立的雙冗余PLC:是LCU單元的核心,完成對監(jiān)控對象的數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)預(yù)處理,通過工控機(jī)向上位機(jī)傳送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息,并自動服從上位機(jī)的命令和管理,按照預(yù)先設(shè)定的程序進(jìn)行邏輯判斷,通過輸入輸出模塊完成對輔助設(shè)備的實(shí)時(shí)控制。模入、開入、中斷和開出模件主要完成機(jī)組運(yùn)行參數(shù)、狀態(tài)的采集和輸出PLC控制指令,這些模件安裝在不同位置的機(jī)架背板上。通訊模件用于PLC與安裝在不同機(jī)架上各模件的通訊。監(jiān)控系統(tǒng)投運(yùn)9年來,對機(jī)組安全運(yùn)行造成重大影響的故障進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì),工控機(jī)故障,如死機(jī)、硬盤損壞、風(fēng)扇磨損或集塵引起散

5、熱不良致使元件燒壞等占到60%左右。通訊元件故障(主要是光電轉(zhuǎn)換器)占到40%,其他模件雖然也有很多缺陷,但只是影響個(gè)別輔助設(shè)備運(yùn)行,不會對機(jī)組整體安全構(gòu)成威脅。在機(jī)組LCU配置圖中可以看出,上位機(jī)的兩套獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)總線和現(xiàn)地LCU雙冗余PLC都要通過工控機(jī)進(jìn)行通信,這并不是完全意義上的硬件雙冗余互為備用的雙通道網(wǎng)絡(luò)。綜上,工控機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的瓶頸。        2 安康水電廠機(jī)組監(jiān)控升級改造        H9000 V3.0系統(tǒng)于2001年研制開發(fā)成功,

6、V3.0版與過去較大改進(jìn)之處包括可編程控制器直接上以太網(wǎng)、提供監(jiān)控系統(tǒng)WEB瀏覽功能、最新國際標(biāo)準(zhǔn)通訊規(guī)約庫及軟件包等,進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性。        安康水電廠機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)升級改造的主要內(nèi)容是:在保留原來電站自動化控制系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)的前提下,對電站自動化控制系統(tǒng)主控級工作站、服務(wù)器更換;應(yīng)用軟件升級到目前最新版本,即H9000 V3.0。        LCU取消工控機(jī),增加以太網(wǎng)模塊、通訊控制器、觸摸屏、現(xiàn)地交換機(jī),更換SOE模塊;增

7、加溫度RTD模塊及其機(jī)箱、電源等模塊。PLC的編程軟件從DOS(MODSOFT2.6)升級到WINDOWS(CONCEPT2.6);增設(shè)機(jī)械事故停機(jī)后備PLC。        下面分別就4F機(jī)組LCU升級改造項(xiàng)目進(jìn)行介紹:        LCU取消工控機(jī),增加以太網(wǎng)模塊、通訊控制器、觸摸屏、現(xiàn)地交換機(jī),更換SOE模塊。工業(yè)控制微機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,有機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件,是影響LCU乃至監(jiān)控系統(tǒng)可靠性的瓶頸,在安康水電廠監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用證明也確實(shí)如此。H9000 V3.0在系

8、統(tǒng)結(jié)構(gòu)有較大改進(jìn),LCU采用了可編程控制器(NOE771 01)直接上以太網(wǎng)的方式,在控制主回路中取消了工控機(jī),工控機(jī)(配置有觸摸屏)僅作為現(xiàn)地的輔助控制人機(jī)聯(lián)系設(shè)備,相當(dāng)于計(jì)算機(jī)顯示器的作用,系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí),工控機(jī)可以退出運(yùn)行。由于控制主回路取消工控機(jī),使上下位機(jī)通信更加流暢,設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)性更高,LCU的運(yùn)行可靠性大幅度提高,維護(hù)工作變得更加簡單,為下一階段安康水電廠實(shí)現(xiàn)無人值班(少人值守)運(yùn)行的要求創(chuàng)造了有利條件。        機(jī)組LCU在PLC控制上仍然沿用老版本,仍是A、B兩套在硬件上相互獨(dú)立、軟件相同的雙冗余PL

9、C,正常運(yùn)行期間一套PLC為“主站”,另一套為“熱備站”。不同的是每套PLC上增加了兩個(gè)以太網(wǎng)通訊模塊(NOE771 01)以代替原來工控機(jī)承擔(dān)的機(jī)組LCU與上位機(jī)的通信任務(wù),通訊網(wǎng)絡(luò)(NOE 771 01)通過光口分別與100M冗余以太網(wǎng)A網(wǎng)、B網(wǎng)相連接,改造后的機(jī)組LCU將通過4個(gè)通信通道與上位機(jī)相連接,每個(gè)通信模塊承擔(dān)的任務(wù)相同,正常運(yùn)行期間只有一個(gè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模塊(NOE 771 01)處于工作狀態(tài),其他三個(gè)處于熱備用狀態(tài),從而徹底消除了原工控機(jī)給監(jiān)控系統(tǒng)造成的瓶頸,使監(jiān)控系統(tǒng)的控制可靠性得到進(jìn)一步加強(qiáng)。真正實(shí)現(xiàn)了H9000系統(tǒng)硬件與軟件冗余體系,軟件總體設(shè)計(jì)采用無主設(shè)計(jì)的概念,認(rèn)為系統(tǒng)

10、整體出現(xiàn)故障的概率是零,系統(tǒng)永遠(yuǎn)是可控的。        增加溫度RTD模塊及其機(jī)箱、電源等模塊。在H9000 V2.0系統(tǒng)中機(jī)組溫度采集工作由溫度巡檢儀完成,溫度量通過工控機(jī)擴(kuò)展串口接入上位機(jī),而不進(jìn)入PLC。 H9000 V3.0系統(tǒng)采用高性能的溫度量采集模塊(ARI030 10)取代溫度巡檢儀原先所承擔(dān)的采集機(jī)組各部溫度的任務(wù),機(jī)組每個(gè)測溫電阻直接與測溫模塊的每個(gè)點(diǎn)一一對應(yīng),將溫度量模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量再輸出至PLC,提高了溫度的實(shí)時(shí)性和可靠性。這次升級改造同時(shí)對機(jī)組溫度保護(hù)跳閘邏輯條件也進(jìn)行了修改。原溫度保護(hù)是推力、

11、上導(dǎo)、水導(dǎo)軸承分別有兩塊瓦(其他瓦溫由溫度巡檢儀采集)與帶有電接點(diǎn)的常測溫度表相連接,當(dāng)瓦溫達(dá)到動作定值后,電接點(diǎn)閉合啟動溫度保護(hù)使機(jī)組事故停機(jī)。改造后的溫度量進(jìn)入進(jìn)行PLC后,不再被單一用于溫度監(jiān)視,還用于邏輯判斷,發(fā)出報(bào)警或事故停機(jī)信號。上導(dǎo)和水導(dǎo)溫度保護(hù)動作邏輯與此相同,只是溫度定值不同。每個(gè)溫度測點(diǎn)還附設(shè)有梯度閉鎖,防止溫度采集回路故障引起測量值突變,造成溫度保護(hù)誤動,從而整體提高了溫度保護(hù)的安全性和可靠性。        將各機(jī)架電源模塊更換為CPS114 20電源,輸出功率更大,供電質(zhì)量更穩(wěn)定。將中斷模塊更換為m

12、odicon 生產(chǎn)的ERT854 10產(chǎn)品。        PLC的編程軟件從DOS(MODSOFT2.6)升級到WINDOWS(CONCEPT2.6)。LCU查詢系統(tǒng)采用WINDOWS畫面模式,符合大多數(shù)人使用WINDOWS操作系統(tǒng)的習(xí)慣。彩色觸摸屏的應(yīng)用、簡化菜單層次、用紅綠標(biāo)志表示設(shè)備狀態(tài)對于運(yùn)行人員現(xiàn)地查詢、監(jiān)視十分便捷、直觀。        增設(shè)機(jī)械事故停機(jī)后備PLC。在H9000 V2.0系統(tǒng)中已經(jīng)將機(jī)組機(jī)械保護(hù)邏輯判斷回路做成了程序,存入PL

13、C的CPU模件當(dāng)中,機(jī)組監(jiān)控正常運(yùn)行期間A、B兩套PLC相互備用,機(jī)組機(jī)械保護(hù)可靠投入。但PLC故障后機(jī)組將失去機(jī)械保護(hù),這對運(yùn)行機(jī)組安全是危險(xiǎn)的,而且兩套PLC同時(shí)故障的情況也是有可能發(fā)生的,如電源同時(shí)故障等。H9000 V3.0系統(tǒng)專門針對此問題增設(shè)了一個(gè)機(jī)械事故停機(jī)后備PLC,作為機(jī)組事故停機(jī)的后備手段。具體做法是在機(jī)組LCU內(nèi)設(shè)置一個(gè)小型機(jī)械事故停機(jī)后備PLC,該P(yáng)LC發(fā)出的事故停機(jī)信號為獨(dú)立的機(jī)組過速、事故低油壓及緊急停機(jī)按鈕等,在發(fā)生上述事故時(shí),主PLC與小PLC同時(shí)發(fā)出事故停機(jī)信號實(shí)現(xiàn)機(jī)組緊急停機(jī)。機(jī)械事故停機(jī)后備PLC的信號、電源獨(dú)立配置。   &

14、#160;    3 機(jī)組監(jiān)控升級改造后的運(yùn)行情況及評價(jià)        1-4#機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)升級改造完成投入運(yùn)行后,發(fā)生的故障或存在的問題,需要增添一些功能。        1#機(jī)組、3#機(jī)組LCU B套PLC網(wǎng)絡(luò)模塊(NOE 771 01)前后多次發(fā)生故障,系統(tǒng)均能自動切換至備用網(wǎng)絡(luò)模塊(NOE 771 01)運(yùn)行,沒有影響到機(jī)組運(yùn)行,但從另一個(gè)方面看,網(wǎng)絡(luò)模塊故障率較高,要進(jìn)一步從產(chǎn)品質(zhì)量和通訊協(xié)議是否配合方面進(jìn)行檢查。1

15、-4機(jī)組均多次發(fā)生“測溫回路斷線”“瓦溫梯度閉鎖”告警,測點(diǎn)溫度實(shí)時(shí)數(shù)值變化太大。梯度閉鎖動作,此測點(diǎn)溫度值被溫度保護(hù)屏蔽,不參與溫度保護(hù)跳閘邏輯比較,不影響機(jī)組運(yùn)行。原因是測溫回路端子松動接觸電阻增大或測溫電阻損壞。對策是平時(shí)應(yīng)注意避免機(jī)組在震動區(qū)運(yùn)行,減輕機(jī)組及廠房震動。在大小修中更換測溫電阻,加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)管理。個(gè)別自動化元件(如2F快速門高度位移傳感器、1F導(dǎo)葉開度傳感器)由于沒有備件對機(jī)組運(yùn)行參數(shù)監(jiān)視造成影響。建議機(jī)組監(jiān)控增加黑啟動開機(jī)流程。機(jī)組黑啟動是快速恢復(fù)廠用電重要方法,也是電網(wǎng)崩潰后恢復(fù)電網(wǎng)的首要工作。實(shí)現(xiàn)少人值班后,不會有較多運(yùn)行人員到現(xiàn)場手動開機(jī),進(jìn)行黑啟動操作,這就延誤廠

16、用電的恢復(fù)時(shí)間,將對設(shè)備、防洪設(shè)施和電網(wǎng)運(yùn)行安全極為不利。因此增加機(jī)組黑啟動流程很有必要。對此有利的是,保留現(xiàn)有“空載開機(jī)流程”,再將其中“判斷推外油流正?!钡臈l件刪除之后形成的新流程,就能滿足監(jiān)控黑啟動機(jī)組的要求,就是所需要的“黑啟動開機(jī)流程”。建議增加監(jiān)控投撤風(fēng)閘功能。目前監(jiān)控上只能監(jiān)視風(fēng)閘狀態(tài),不能進(jìn)行遠(yuǎn)方投撤操作。增加監(jiān)控投撤風(fēng)閘功能必要性:當(dāng)機(jī)組在高水頭下停機(jī)存在慢轉(zhuǎn)的現(xiàn)象需投入風(fēng)閘制動,還有為檢修工作做安全措施需要投撤風(fēng)閘,這些都要到現(xiàn)地操作。為實(shí)現(xiàn)少人值班(無人值守),減輕運(yùn)行人員的工作強(qiáng)度。有利條件是,機(jī)組LCU已有控制風(fēng)閘投撤的開出繼電器,只要在PLC中增加投撤風(fēng)閘的邏輯程序,上位機(jī)風(fēng)閘狀態(tài)畫面上增設(shè)操作按鈕就能實(shí)現(xiàn)。        從總體上來說,監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行還是非常穩(wěn)定的,沒有發(fā)生危及機(jī)組安全運(yùn)行的故障、缺陷,也極大的方便了運(yùn)行值班人員操作維護(hù)。監(jiān)控系統(tǒng)升級改造成功以及功能不斷完善,將對安康水電廠下一步運(yùn)行值班方式改革,實(shí)現(xiàn)少人值班(無人值守)有很大的促進(jìn)作用。也將為安康水電廠安全生產(chǎn)、電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行,為國家創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益發(fā)揮重要作用。參考文獻(xiàn):1方勇新.緊水灘水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造J.西北水電,2009,(1)2楊勝儀.I-7527在池潭水電廠監(jiān)控系統(tǒng)改造中

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