大型抽水蓄能电站中控室独立紧急按钮系统的设计

刘鹏龙，张红方，吴小锋

（河南国网宝泉抽水蓄能有限公司，河南 新乡 453636）

大型抽水蓄能电站中控室独立紧急按钮系统的设计

刘鹏龙，张红方，吴小锋

（河南国网宝泉抽水蓄能有限公司，河南 新乡 453636）

论述了大型抽水蓄能电站中央控制室独立于电站计算机监控系统的紧急按钮系统的设计依据、设计原则、典型方案等内容。

抽水蓄能；紧急按钮；安全控制

1 前言

大型抽水蓄能电站一般由上水库、下水库、输水系统、地下厂房洞室群、地面开关站等建筑物组成，具有上、下水库落差大，机组转速高，设备分布区域广泛等特点，为了保障电站主设备及地下洞室群安全，根据以下有关规程规范及反措要求，抽水蓄能电站应在中控室设置独立于计算机监控系统的紧急按钮系统，用于计算机监控系统失灵或其他紧急情况下，实现机组的安全控制和事故闸门的紧急落门操作，最大限度的保障主设备及地下洞室群的安全。

（1）能源行业标准NB/T 35004-2013《水力发电厂自动化设计技术规范》第3.1.1条：“……在中控室和机旁应设置独立于监控系统的事故闸门紧急关闭按钮及回路，并以硬接线（包括独立光纤）的形式接至闸门的控制回路。对于有长尾水洞的抽水蓄能电站，需要远方紧急关闭的事故闸门包括上水库侧和尾水侧的事故闸门。”

（2）电力行业标准DL/T 5208-2005《抽水蓄能电站设计导则》第11.3.7条：应在中控室设置紧急停机和紧急关闭上、下水库事故闸门的可靠措施。

（3）国家能源局发布的《防止电力生产事故的二十五项重点要求》第9.1.8条：机组应配备必要的、可靠的、独立于分散控制系统的硬手操设备（如紧急停机停炉按钮），以确保安全停机停炉。第9.5.1.4条：设置的紧急事故停机按钮应能在现在控制单元失效的情况下完成事故停机功能，必要时可在远方设置紧急事故停机按钮。

（4）国家电网公司发布的《水电厂重大反事故措施》第3.1.1.2条：抽水蓄能电站中控室应配置紧急停机和紧急关闭上、下水库事故闸门的可靠设施。

2 设计原则

本文涉及的紧急按钮不包括电站计算机监控系统、继电保护系统、火灾等系统或设备中涉及的紧急按钮以及在现地设置的紧急按钮。

抽水蓄能电站独立紧急按钮系统设计一般按照以下原则：

（1）一般包括各机组紧急停机按钮，各上库事故闸门紧急落门按钮，各尾水事故闸门紧急落门按钮，水淹厂房按钮等。

（2）完全独立于电站计算机监控系统，和计算机监控系统形成冗余安全控制。

（3）控制回路应简单可靠，宜采用220 V DC强电设计，无直流电源时应采用UPS交流电源。

（4）控制信号传输距离较远时宜采用光纤传输。

（5）上库事故闸门紧急落门应联动同一引水道的相应机组停机，尾水事故闸门紧急落门应联动相应机组停机，水淹厂房应联动各上库事故闸门落门、各尾水事故闸门落门和各机组停机，机组主轴密封供水取自主进水阀上游侧压力钢管时，水淹厂房还应联动关闭机组主轴密封供水阀门。联动逻辑由硬布线或PLC编程实现。

（6）紧急按钮一般安装在运行监屏人员易于操作的位置，具有自锁功能并配置防护盖。

（7）各按钮信号接入电站计算机监控系统LCU，用于监视各紧急按钮的状态并作为计算机监控系统安全控制逻辑的触发条件。

3 紧急按钮功能配置

以一个安装有4台机组的大型抽水蓄能电站为例，安装在中央控制室独立于电站计算机监控系统的紧急按钮系统的功能配置及联动关系见表1所示。

表1 紧急按钮系统的功能配置及联动关系

4 系统设计

4.1 方案一

此方案不用PLC设备，使用硬布线设计，紧急按钮信号直接经开关量光端机远传至地下厂房和上库，进而执行相应的紧急操作，控制回路简洁明了，原理示意图见图1。

说明：

（2）SB5～SB8：分别为1～4号尾闸紧急落门按钮

（3）SB11：水淹厂房按钮

（4）上库事故闸门紧急落门应联动同一引水道的相应机组停机，尾水事故闸门紧急落门应联动相应机组停机，水淹厂房应联动各上库事故闸门落门、各尾水事故闸门落门和各机组停机。联动逻辑由硬布线实现。

（5）机组主轴密封供水取自主进水阀上游侧压力钢管时，水淹厂房还应联动关闭机组主轴密封供水阀门（图1中未体现此内容）。

（6）水淹厂房、尾水闸门和上库闸门的联动逻辑可在紧急按钮输入侧搭建，也可在出口回路侧搭建。

（7）落尾闸回路应考虑尾闸和主进水阀的安全闭锁，即主进水阀全关且工作密封投入才允许落尾闸。

（8）紧急停机出口回路接至相应的发电电动机出口断路器双分闸线圈回路、发电电动机励磁系统直流磁场断路器分闸回路、水泵水轮机导叶事故配压阀回路、机组主进水阀事故配压阀回路，从电气和水力上可靠的隔离机组。

又写作“留幕”。《释名·释衣服》：“留幕，冀州所名，大褶下至膝者也。”这里“留幕”指的是冀州这个地方称“大褶下至膝”这种服饰为“留幕”。也就是说，衣服的“大褶”覆盖了膝盖，蕴含了“覆盖”这一义项。《骈雅训纂·卷三》：“留幕，大褶衣也。”考其音韵地位：留，属来母尤韵，“络”，属来母铎韵。“留”“络”一组词的韵部联系属“旁对转”，读音同样相近，因此可以判断，二者为一组连绵词。

（9）机组继电保护设置有机组紧急停机安全控制回路时，紧急停机出口回路可接入继电保护紧急停机回路。

（10）紧急落尾闸出口回路接至相应的尾闸控制柜接口端子排。

（11）紧急落上库事故闸门出口回路接至相应的上库事故闸门控制柜接口端子排。

（12）各按钮信号接入电站计算机监控系统LCU，用于监视各紧急按钮的状态并作为计算机监控系统安全控制逻辑的触发条件。

图1 方案一原理示意图

图2 方案二原理示意图

4.2 方案二

此方案配置PLC设备，结合硬布线设计，紧急按钮信号直接接入PLC输入，在PLC内进行逻辑编程，PLC输出经开关量光端机远传至地下厂房和上库，进而执行相应的紧急操作，原理示意图见图2。

说明：

（1）SB1～SB4：分别为1～4号机组紧急停机按钮

（2）SB5～SB8：分别为1～4号尾闸紧急落门按钮

（3）SB11：水淹厂房按钮

（4）上库事故闸门紧急落门应联动同一引水道的相应机组停机，尾水事故闸门紧急落门应联动相应机组停机，水淹厂房应联动各上库事故闸门落门、各尾水事故闸门落门和各机组停机。联动逻辑由PLC编程实现。

（5）机组主轴密封供水取自主进水阀上游侧压力钢管时，水淹厂房还应联动关闭机组主轴密封供水阀门（图2中未体现此内容）。

（6）落尾闸回路应考虑尾闸和主进水阀的安全闭锁，即主进水阀全关且工作密封投入才允许落尾闸

（7）紧急停机出口回路接至相应的发电电动机出口断路器双分闸线圈回路、发电电动机励磁系统直流磁场断路器分闸回路、水泵水轮机导叶事故配压阀回路、机组主进水阀事故配压阀回路，从电气和水力上可靠的隔离机组。

（8）机组继电保护设置有机组紧急停机安全控制回路时，紧急停机出口回路可接入继电保护紧急停机回路。

（9）紧急落尾闸出口回路接至相应的尾闸控制柜接口端子排。

（10）紧急落上库事故闸门出口回路接至相应的上库事故闸门控制柜接口端子排。

（11）各按钮信号接入电站计算机监控系统LCU，用于监视各紧急按钮的状态并作为计算机监控系统安全控制逻辑的触发条件。

5 提高可靠性的措施

紧急按钮系统作为备用紧急安全控制设备，其重要性不言而喻，系统的设计既要保证安全性，也要保证可靠性，做到“不拒动、不误动”，从以下几个方面可提高系统的可靠性。

（1）控制电源采用直流强电，提高回路的抗干扰性能。

（2）远距离传输信号采用光纤介质，提高回路的抗干扰性能。

（3）控制出口回路继电器采用延时大功率继电器并具有抑制过电压措施（常为续流二极管或阻容回路），可有效提高回路的可靠性。

（4）远距离传输信号使用的光传输设备应具有上电/失电抑制功能，防止设备上电/失电时误出口动作。

（5）信号传输采用独立的电缆和光缆，不与其他设备或系统共用或复用，电缆敷设和接地应规范。

（6）使用PLC时，PLC及其信号线应规范接地，PLC电源宜采用隔离电源。

（7）紧急按钮采用动作后自锁，需用专用钥匙复归的按钮，并设置防护罩。

（8）设备具有良好的运行环境，温湿度满足自动化元件基本技术条件相关要求。

TV743

A

1672-5387（2017）01-0022-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.01.006

2016-03-30

刘鹏龙（1984-），男，高级工程师，从事抽水蓄能监控自动化运维工作。