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1、 安康水力发电厂机组监控系统改造摘 要:文通过分析安康发电机组监控系统存在的缺陷和不足,提出升级改造的主要内容:在保留原来电站自动化控制系统框架结构的前提下,对电站自动化控制系统主控级工作站、服务器更换;应用软件升级到目前最新kok电子竞技本,即H9000 V3.0。关键词:电机组;监控系统;改造 安康水电厂1-4#机组监控于1999年4月至2002年2月相继
2、投入运行,采用中国水利水电科学研究院自动化所于二十世纪90年代初期设计开发的面向水电应用的H9000 V2.0分布开放计算机监控系统。监控系统在投入后,暴露了一些问题,严重影响机组稳定运行。针对这些问题检修人员积极做了部分技术改造,但还是没有从根本上得到解决。安康水电厂从2006年开始在厂内进行大规模环境治理、设备整治和整体升级改造,为实现 “无人值班”(少人值守)及争创“一流水电厂”创造条件。同时H9000 V3.0在技术和实际应用中已经相当成熟,于是2008年1月,在4#机组大修中率先对其监控系统进行了升级改造,到5月底又相继对其他三台机组也实施了监控升级改造。 &
3、#160; 1 H9000 V2.0系统及其运行情况 H9000 V2.0系统计算机监控系统由两台主控机(上位机)和4套现地控制单元(1-4#机组LCU)组成。 现地控制单元(LCU)分别由一体化工控机、现地PLC控制单元、通讯模件、模入模件、开入模件、中断模件、开出模件等模块组成。工控机:上位机与现地控制单元PLC通过工控机进行通信,传输数据、指令,工控机若故障将使中央控制室失去对机组的运行监视和实时控制。独立
4、的双冗余PLC:是LCU单元的核心,完成对监控对象的数据采集及数据预处理,通过工控机向上位机传送实时数据信息,并自动服从上位机的命令和管理,按照预先设定的程序进行逻辑判断,通过输入输出模块完成对辅助设备的实时控制。模入、开入、中断和开出模件主要完成机组运行参数、状态的采集和输出PLC控制指令,这些模件安装在不同位置的机架背板上。通讯模件用于PLC与安装在不同机架上各模件的通讯。监控系统投运9年来,对机组安全运行造成重大影响的故障进行分析统计,工控机故障,如死机、硬盘损坏、风扇磨损或集尘引起散热不良致使元件烧坏等占到60%左右。通讯元件故障(主要是光电转换器)占到40%,其他模件虽然也有很多缺陷
5、,但只是影响个别辅助设备运行,不会对机组整体安全构成威胁。在机组LCU配置图中可以看出,上位机的两套独立的网络总线和现地LCU双冗余PLC都要通过工控机进行通信,这并不是完全意义上的硬件双冗余互为备用的双通道网络。综上,工控机是整个系统的瓶颈。 2 安康水电厂机组监控升级改造 H9000 V3.0系统于2001年研制开发成功,V3.0kok电子竞技与过去较大改进之处包括可编程控制器直接上以太网、提供监控系统WEB浏览功能、最新国际标准通讯规约库及软件包等,进一
6、步提高了系统的可靠性和可维护性。 安康水电厂机组监控系统升级改造的主要内容是:在保留原来电站自动化控制系统框架结构的前提下,对电站自动化控制系统主控级工作站、服务器更换;应用软件升级到目前最新kok电子竞技本,即H9000 V3.0。 LCU取消工控机,增加以太网模块、通讯控制器、触摸屏、现地交换机,更换SOE模块;增加温度RTD模块及其机箱、电源等模块。PLC的编程软件从DOS(MODSOFT2.6)升级到WINDOWS(CONCEPT2.6);增设机械事故
7、停机后备PLC。 下面分别就4F机组LCU升级改造项目进行介绍: LCU取消工控机,增加以太网模块、通讯控制器、触摸屏、现地交换机,更换SOE模块。工业控制微机结构复杂,有机械旋转部件,是影响LCU乃至监控系统可靠性的瓶颈,在安康水电厂监控系统应用证明也确实如此。H9000 V3.0在系统结构有较大改进,LCU采用了可编程控制器(NOE771 01)直接上以太网的方式,在控制主回路中取消了工控机,工控机(配置有触摸屏)仅作为现地的辅助控制人机联系设
8、备,相当于计算机显示器的作用,系统正常运行时,工控机可以退出运行。由于控制主回路取消工控机,使上下位机通信更加流畅,设备状态实时性更高,LCU的运行可靠性大幅度提高,维护工作变得更加简单,为下一阶段安康水电厂实现无人值班(少人值守)运行的要求创造了有利条件。 机组LCU在PLC控制上仍然沿用老kok电子竞技本,仍是A、B两套在硬件上相互独立、软件相同的双冗余PLC,正常运行期间一套PLC为“主站”,另一套为“热备站”。不同的是每套PLC上增加了两个以太网通讯模块(NOE771 01)以代替原来工控机承担的机组LCU与上位机的通信任务
9、,通讯网络(NOE 771 01)通过光口分别与100M冗余以太网A网、B网相连接,改造后的机组LCU将通过4个通信通道与上位机相连接,每个通信模块承担的任务相同,正常运行期间只有一个以太网网络模块(NOE 771 01)处于工作状态,其他三个处于热备用状态,从而彻底消除了原工控机给监控系统造成的瓶颈,使监控系统的控制可靠性得到进一步加强。真正实现了H9000系统硬件与软件冗余体系,软件总体设计采用无主设计的概念,认为系统整体出现故障的概率是零,系统永远是可控的。 增加温度RTD模块及其机箱、电源等模块。在H9000 V
10、2.0系统中机组温度采集工作由温度巡检仪完成,温度量通过工控机扩展串口接入上位机,而不进入PLC。 H9000 V3.0系统采用高性能的温度量采集模块(ARI030 10)取代温度巡检仪原先所承担的采集机组各部温度的任务,机组每个测温电阻直接与测温模块的每个点一一对应,将温度量模拟信号转换为数字量再输出至PLC,提高了温度的实时性和可靠性。这次升级改造同时对机组温度保护跳闸逻辑条件也进行了修改。原温度保护是推力、上导、水导轴承分别有两块瓦(其他瓦温由温度巡检仪采集)与带有电接点的常测温度表相连接,当瓦温达到动作定值后,电接点闭合启动温度保护使机组事故停机。改造后的温度量进入进行PLC后,不再被
11、单一用于温度监视,还用于逻辑判断,发出报警或事故停机信号。上导和水导温度保护动作逻辑与此相同,只是温度定值不同。每个温度测点还附设有梯度闭锁,防止温度采集回路故障引起测量值突变,造成温度保护误动,从而整体提高了温度保护的安全性和可靠性。 将各机架电源模块更换为CPS114 20电源,输出功率更大,供电质量更稳定。将中断模块更换为modicon 生产的ERT854 10产品。 PLC的编程软件从DOS(MODSOFT2.6)升级到WINDOWS(CO
12、NCEPT2.6)。LCU查询系统采用WINDOWS画面模式,符合大多数人使用WINDOWS操作系统的习惯。彩色触摸屏的应用、简化菜单层次、用红绿标志表示设备状态对于运行人员现地查询、监视十分便捷、直观。 增设机械事故停机后备PLC。在H9000 V2.0系统中已经将机组机械保护逻辑判断回路做成了程序,存入PLC的CPU模件当中,机组监控正常运行期间A、B两套PLC相互备用,机组机械保护可靠投入。但PLC故障后机组将失去机械保护,这对运行机组安全是危险的,而且两套PLC同时故障的情况也是有可能发生的,如电源同时故障等。H
13、9000 V3.0系统专门针对此问题增设了一个机械事故停机后备PLC,作为机组事故停机的后备手段。具体做法是在机组LCU内设置一个小型机械事故停机后备PLC,该PLC发出的事故停机信号为独立的机组过速、事故低油压及紧急停机按钮等,在发生上述事故时,主PLC与小PLC同时发出事故停机信号实现机组紧急停机。机械事故停机后备PLC的信号、电源独立配置。 3 机组监控升级改造后的运行情况及评价 1-4#机组监控系统升级改造完成投入运行后,发生的故障或存在的
14、问题,需要增添一些功能。 1#机组、3#机组LCU B套PLC网络模块(NOE 771 01)前后多次发生故障,系统均能自动切换至备用网络模块(NOE 771 01)运行,没有影响到机组运行,但从另一个方面看,网络模块故障率较高,要进一步从产品质量和通讯协议是否配合方面进行检查。1-4机组均多次发生“测温回路断线”“瓦温梯度闭锁”告警,测点温度实时数值变化太大。梯度闭锁动作,此测点温度值被温度保护屏蔽,不参与温度保护跳闸逻辑比较,不影响机组运行。原因是测温回路端子松动接触电阻增大或测温电阻损坏。对策是平时应注意避免机组在
15、震动区运行,减轻机组及厂房震动。在大小修中更换测温电阻,加强设备维护管理。个别自动化元件(如2F快速门高度位移传感器、1F导叶开度传感器)由于没有备件对机组运行参数监视造成影响。建议机组监控增加黑启动开机流程。机组黑启动是快速恢复厂用电重要方法,也是电网崩:蠡指吹缤氖滓ぷ。实现少人值班后,不会有较多运行人员到现场手动开机,进行黑启动操作,这就延误厂用电的恢复时间,将对设备、防洪设施和电网运行安全极为不利。因此增加机组黑启动流程很有必要。对此有利的是,保留现有“空载开机流程”,再将其中“判断推外油流正常”的条件删除之后形成的新流程,就能满足监控黑启动机组的要求,就是所需要的“黑启动开机流程
16、”。建议增加监控投撤风闸功能。目前监控上只能监视风闸状态,不能进行远方投撤操作。增加监控投撤风闸功能必要性:当机组在高水头下停机存在慢转的现象需投入风闸制动,还有为检修工作做安全措施需要投撤风闸,这些都要到现地操作。为实现少人值班(无人值守),减轻运行人员的工作强度。有利条件是,机组LCU已有控制风闸投撤的开出继电器,只要在PLC中增加投撤风闸的逻辑程序,上位机风闸状态画面上增设操作按钮就能实现。 从总体上来说,监控系统运行还是非常稳定的,没有发生危及机组安全运行的故障、缺陷,也极大的方便了运行值班人员操作维护。监控系统升级改造成功以及功能不断完善,将对安康水电厂下一步运行值班方式改革,实现少人值班(无人值守)有很大的促进作用。也将为安康水电厂安全生产、电力系统稳定运行,为国家创造更多的经济效益、社会效益发挥重要作用。参考文献:1方勇新.紧水滩水电厂计算机监控系统改造J.西北水电,2009,(1)2杨胜仪.I-7527在池潭水电厂监控系统改造中的应用J.可编程控制器与工厂自动化,2009,(2).
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