水电厂机组计算机监控异常分析与处理

(新疆下坂地水利枢纽工程建设管理局， 新疆 喀什 844000)

1 概 述

新疆下坂地水利枢纽工程地处高寒、高海拔山区，装机容量3×50MW。电气主接线采用发—变组单元接线，机端电压由10.5kV升至220kV并入电网。计算机监控系统设备安装于地下厂房洞室群内，所有设备接入公用接地网，接地电阻不大于0.2Ω；现场电磁干扰多，空气湿度大，3台机组自2010年5月相继并网，自控稳定可靠，达到了预期目的。

2 计算机监控系统配置

监控系统按“无人值班、少人值守”的理念设计[1]，上位机主机硬件采用Sun Fire V445服务器，操作员、工程师工作站采用SUN U Itra45。软件采用NARI基于UNIX操作系统跨平台的全分布开放系统结构的NC2000[2]，人机交互程序由Java软件开发。调度通讯工作站主机采用SUN Fire V445服务器，操作系统采用Linux系统。On-Call及语音报警采用Windows操作系统。监控系统网络结构分为厂控制层、现地控制层。厂控制层含上位机，网络采用双星型以太网结构，传输速率为100Mbps /10Mbps自适应式，通信采用TCP/IP协议；计算机监控系统结构如图1所示。

图1 新疆下板地计算机监控系统结构

现地控制层机组LCU配置Unity Quantum系列双PLC，CPU模件采用冗余双CPU，内置热备模块MB+、MB各1个，以太网口采用140-NOE77101，电源采用4块24VDC模块。硬件I/O基板采用3块16通道模拟量采集模块、4块8通道RTD温度量采集模块、2块 32点中断开关量采集模块、4块32点状态开关量采集模块、3块32点开关量输出模块、1套64点SJ-40C温度巡检/保护装置。LCU采用双总线型冗余结构用于连接远程I/O 及各现地智能监测设备，每个LCU均设置有无主从关系的通信速率不低于1Mbps的现场总线以及有主从关系通信协议的通信速率不低于14.2Kbps现场总线。机组LCU编程语言采用功能块图、梯形图、指令列表、结构化文本、序列控制[3]。

3 监控系统机组的控制流程与试验

3.1 1号机开停机流程及PLC控制程序

机组开停机流程由机组PLC控制，经过分析与比较，结合现场实际取消了厂变、隔离变无故障的判断条件，针对不同工况的控制流程进行了优化，无水调试阶段完成了流程静、动态试验[4]，核查了开出条件与启动设备的顺序、设备动作状况。

下页图2为1号机停机—空转流程，其他控制流程不予叙述。

3.2 操作控制与权限

在图形显示界面通过操作投入、操作退出选择操作，依据权限对应相应的设备进行操作，操作分现地触摸屏控制和上位机控制，通过现地面板的现地/远方把手来调换，除事故停机/紧急停机命令外，PLC设备只接受把手所在位置的设备控制方式。为了控制操作的安全，由超级用户进行权限的设置与管理，任何级别的登陆及操作在监控系统中均有记录并记入历史数据库。

图2 1号机停机—空转流程

4 监控系统运行中存在的问题及解决办法

4.1 软件判据单一瓦温过高跳机处理

运行过程中多次出现单一铂热电阻故障或测温回路松动导致的机组瓦温瞬时超高越限跳闸导致机组非计划停运，将四导瓦软件逻辑判断回路单瓦温越限事故停机更改为双测点越限事故停机：

FOR I:=118 TO 125 DO (*机组推力轴承瓦温*)

IF TI[I]>530 AND TI[I]<1500 AND RTD.STATUS_BIT[I]=0 THEN

WDGG1[I]:=1; ELSE WDGG1[I]:=0; END_IF; END_FOR; SUM1a:=WDGG1[118]+WDGG1[119]+WDGG1[120]+WDGG1[121]+WDGG1[122]+WDGG1[123]+WDGG1[124]+WDGG1[125];

IF SUM1a>=2 THEN TLWWGG:=1;

ELSE TLWWGG:=0; END_IF;

FOR I:=14 TO 23 DO (*机组上导轴承瓦温*)

IF TI[I]>650 AND TI[I]<1500 AND RTD.STATUS_BIT[I]=0 THEN

WDGG2[I]:=1; ELSE WDGG2[I]:=0; END_IF; END_FOR; SUM2a:=WDGG2[14]+WDGG2[15]+WDGG2[16]+WDGG2[17]+WDGG2[18]+WDGG2[19]+WDGG2[20]+WDGG2[21]+WDGG2[22]+WDGG2[23];

IF SUM2a>=2 THEN SHWWGG:=1;

ELSE SHWWGG:=0; END_IF;

FOR I:=29 TO 40 DO (*机组下导轴承瓦温*)

IF TI[I]>650 AND TI[I]<1500 AND RTD.STATUS_BIT[I]=0 THEN WDGG3[I]:=1;

ELSE WDGG3[I]:=0; END_IF; END_FOR; SUM3a:=WDGG3[29]+WDGG3[30]+WDGG3[31]+WDGG3[32]+WDGG3[33]+WDGG3[34]+WDGG3[35]+WDGG3[36]+WDGG3[37]+WDGG3[38]+WDGG3[39]+WDGG3[40];

IF SUM3a>=2 THEN XDWWGG:=1;

ELSE XDWWGG:=0; END_IF;

FOR I:=1 TO 8 DO (*机组水导轴承瓦温*)

IF TI[I]>650 AND TI[I]<1500 AND RTD.STATUS_BIT[I]=0 THEN

WDGG4[I]:=1; ELSE WDGG4[I]:=0; END_IF; END_FOR; SUM4a:=WDGG4[1]+WDGG4[2]+WDGG4[3]+WDGG4[4]+WDGG4[5]+WDGG4[6]+WDGG4[7]+WDGG4[8];

IF SUM4a>=2 THEN SDWWGG:=1;

ELSE SDWWGG:=0; END_IF;

IF SOE[16] OR SOE[17] OR ((DQSGGC OR JXSGGC) AND SOE[26]) OR SOE[27] OR SOE[28] OR SOE[30] OR SOE[31] OR SOE[32] OR SOE[33] OR SOE[34] OR SOE[35] OR SOE[36] OR SOE[37] OR SOE[38] OR SOE[39] OR SOE[40] OR SOE[41] OR SOE[42] OR SOE[43] OR SOE[44] OR SOE[96] OR TLWWGG OR SHWWGG OR SDWWGG OR XDWWGG OR SOE[47] OR SOE[83] OR SOE[73] OR SOE[74] OR SOE[95] THEN JZYSG:=1; (*机组有事故信号*) DUMMY.DI_VALUE[19]:=1;

ELSE JZYSG:=0; DUMMY.DI_VALUE[19]:=0; END_IF;

四导瓦软件逻辑判断回路改为双测点测温判据后，软件回路再未出现因单一瓦温越限导致的停机事故，在技术上为保障可靠性，单一瓦温现场越限后，通过补充判断机组油温、相邻部位瓦温等技术手段有效避免了瓦温确实越限而未予停机事故的发生。

4.2 运行故障分析、处理

开机失败的现场处理：对于转子滑环擦拭后转子一点接地、机组总冷却水未投入、制动闸未复归、机组事故信号未复归、开蝶阀流程下发后蝶阀未正常开启、开机令未至调速器导致开机不成功等，经排除故障或确认硬件故障暂不影响机组运行后，采取流程外部强制开入测点信号后成功开机。

机组运行过程中，多次出现机组制动及复归指示灯均无显示。为保障机组的安全运行，在低谷时检查机组制动系统，处理制动行程开关后运行正常。机组停机过程中无法实现正常工况时的自动加闸制动，经认真分析机组动态流程并核对自动加闸流程退出信息，原停机流程判断自额定转速降至制动电磁空气阀投入转速所设定的时间为180s，超时则机组流程自动退出。现场实测，现阶段机组自额定转速降至加闸制动转速耗时在200～220s之间，经调整机组下停机令至自动加闸制动时间为240s，将程序下载至LCU柜的CPU中后，机组停机制动恢复自动。

监控系统报厂房柴油发电机停机状态下低水位，经检查柴油发电机水箱发现其冷却水液位正常，液位开关在水箱水位符合要求的情况下，其触点未闭合，而柴油发电机控制系统PLC判断出此信号后因开机条件不具备无法启动。经修复液位开关，其信号上传正确，柴油发电机正常启动，有力地保障了黑启动状态下机组的备用电源。

机组进入不定态：查其不定态条件，机组无法在上位机或下位机开机。处理的办法是解除制动闸后迅速下开机令，如风闸解除后仍为不定态，可手动短开机令。出现过手动开机造成机组过速，事故未复归的情况下机组无法开启的情况，事故配压阀或机组保护未复归无法开启，处理后后续重新开机正常。

4.3 系统维护

维护人员应定期采用通道测试仪器对模拟量通道进行检查、测试。测试通道时，一般从变送器安装位置加入标准量模拟电压或电流信号，以保证通道检验的完整性。对变送器、传感器及其工作电源、连接电缆等定期进行检查，对性能不合格的变送器、传感器及时更换。当SOE量和DI量实际信号与监控采集不符时，应重点排查设备故障，检查输入信号对DC24V电源公共端处于何种状态，逐一检查监控LCU的输入通道，直到发现故障设备并更换。

为提高系统控制的可靠性，监控系统输出继电器大都安装电阻二极管吸收电路。由于继电器是感性元件，若无吸收回路，IL电流不能形成续流回路，线圈储藏的电能会转化为高压电势，不仅会损坏开关，而且将产生很强的电磁干扰，通过电源回路串入其他控制设备，采用图3所示电路，当开关K闭合时，二极管反向截止，开关K由闭合至断开时，二极管D形成续流回路，开关K两端的电压被钳位在Vcc，B点电压基本保持零电位，有效地抑制了IL产生的负压对电源的干扰，降低了电磁开关分合对其他输入输出信号的影响。

图3 续流电路

5 结 语

NC2000在下坂地电站已投运4年，其技术实用、操作方便、运行稳定，状态和报警点采集周期不大于1s，电气模拟量数据采集周期不大于250ms，非电气模拟量数据采集周期不大于1s、LCU从接受控制命令到执行命令的响应时间不大于1s，画面动态数据刷新时间不大于500ms，从报警产生到画面信息显示时间不大于2s，AGC执行周期在3s～1min内可调；在电网调峰、调频和电压调节中提供了支撑作用。

对监控系统运行中出现的问题，本文提出了相应的解决方案。底层传感器的维护、计算机监控系统与水情测报、火灾报警系统的通信及告警有待不断完善；现有的状态监测与分析系统基本停留在对运行状态异常检测和趋势分析上[5]，智能分析与趋势预警有待强化，“状态检修”系统有待于不断探索、总结、提高。

[1] DL/T 5186—2004 水力发电厂机电设计规范[S].

[2] 李斌，庞敏,等.新时代下的NC2000计算机监控系统[J].水电厂自动化，2007(4)：31-33.

[3] 陈帆.施耐德PLC在水电厂计算机监控系统中的应用[J].自动化应用，2010(5)：43-45.

[4] 方辉钦. 现代水电厂计算机监控技术与试验[M]. 北京：中国电力出版社，2004:23.

[5] 陈邕怀.水电站计算机控制[D].武汉水利电力大学，1997: 67.