石板水电站通风系统技术改造

彭小成

(重庆涪陵水资源公司石板水电厂，重庆市 408224)

重庆涪陵石板水电站建于20世纪90年代中期，电站通风系统主要由主厂房通风空调系统和副厂房通风空调系统组成，系统通风设施主要由中央空调机组及分散在各部位的风机设备以及各送风道、回风道等设施组成。随着监控系统、传感器技术的发展，特别是“无人值班，少人值守”运行方式的大规模普及，石板水电站于2005年完成了对发电监控系统的改造。为了实现通风系统集中、机动、高效的控制，并与消防系统联动，在原有监控系统的基础上，石板水电站进行了通风空调系统的改造，取得了了良好的效果。

1 通风系统改造

1.1 改造范围

该电站的通风系统比较分散，运行方式为现地手动运行，控制方式亦比较落后，设备维护量大，运行人员平时在中央控制室工作，不能及时了解厂房通风运行环境和设备运行状况，无法实时调整通风系统的运行方式，从而导致系统长时间运行或不能及时投运，设备运行成本过高，增大了运行人员的劳动强度。鉴于电站有蓄电池、油库、多层电缆桥架等易燃易爆物质，且因通风道是消防事故的扩散地，因此，通风系统和消防系统必须实行联防。

针对石板水电站通风系统组成结构比较分散的情况和存在的主要问题，同时考虑经济节能效果，决定对电站采用计算机监控系统并对电站常规控制进行改造，主要改造项目有以下几项:

(1)利用计算机监控系统实现对通风空调系统的远方自动控制和监视;

(2)对每个通风设备的控制回路进行标准改造，以满足监控的需要;

(3)更换温湿传感器;

(4)与消防监控系统联动。

1.2 技术改造

(1)控制系统改造。

根据改造要求，设置了三级控制方式:一级是上位机，二级是通风LCU 柜，三级是现地控制。通过这三种方式的选择，对通风与空调系统可采取分散和集中控制的灵活方式，在现地设置控制箱，在发电机层公用LCU 柜附近设置通风LCU柜。通风LCU 柜对控制箱所有通风设备进行数据采集和控制，并作为公用LCU 柜分支进入南自计算机监控系统在上位机进行远程控制(从公用LCU 柜上的交换机进入)，其主要功能是数据采集、自动控制和监视、设备保护与自诊断、通讯等，整个网络架构如图1所示。

这种接入方式不改变厂房发电监控系统的设备和运行模式，利用通风LCU 柜的PLC 以太网接口与公用LCU 柜内的交换机对接，接口符合IEEE802.3标准，数据传输速率为每秒10/100 M，从而实现了与上位机的快速通讯，并且可以利用公用LCU 的软件配置对通风LCU 柜PLC 进行控制和模拟量的处理，控制所有通风I/O 设备，节省了通风LCU 柜工控机的投资。

根据几年来的运行经验，且因石板水电站地处渝东，海拔250 m，冬季温度一般在0℃以上，不影响发电设备的运行，因而取消了中央空调制热功能，在中央空调系统中加入了远程控制和信号接点。通过对通风PLC 进行编程，由原来的一步一步的手动操作改变成为现在的在上位机的自动流程操作，运行人员只需对系统运行方式进行选择，即可监视设备的运行状况。

图1 网络架构示意图

原风机控制回路由于初设的原因，选择的生产厂家不同、各控制回路不同、操作分散。为了达到对其集中控制的目的，改成了统一标准的回路，在现地设置了控制箱，可以在现场和监控系统上位机控制，也便于维护。该控制回路如图2所示。

图2 控制回路示意图

该回路中的SA1现地启动按钮、SB1现地停止按钮、RJ 过热保护器、1KM 电机交流接触器、QF 小型交流开关均安装在现地控制箱中，主要用于当上位机操作失效时在现地控制和维护。现地控制箱根据风机的数量进行箱内二次线的安装，将一处场所的风机集中在一个控制箱内，取消了原来多个风机控制箱，对其他风机控制回路相应进行编号，只是回路编号和控制的风机不同。运行人员通过在远程上位机发出启动和停止风机的命令对1 KA、2 KA 继电器进行控制。1 KA 常开接点启动风机，2 KA 常闭接点停止风机，以达到启停风机的目的。另外，1KM、RJ 的状态通过扩展接点反馈到PLC。整个回路接线简单、安全，监控系统和控制回路均采用了无源接点，实现了监控系统与风机控制回路的隔离，避免了强电对弱电信号的干扰，提高了系统控制操作的稳定性和安全性。

(2)传感器改造。

为了实现远程监视和控制，采用对传感器上传的模拟信号进行分析与判断来启停相应部位的通风设备，满足了厂房设备运行的温湿环境。由于原来的传感器不具备上传功能，因而更换了原来中央空调的温度传感器，并在发电机层、水轮机层、透平油库、蓄电池室、电缆廊道、空压机室以及空调送风、回风处等比较重要的地方安装了温度传感器;水轮机层和蝶阀层因长时间温度较低且潮湿而安装了温湿度传感器，传感器型号为:SBW系列，温度测量范围为-10℃～60℃，湿度范围为0～100%，接线方式为二线制，这样实施既可以提供由PLC 过来的24 V 电压，为传感器提供电源，也可以传输4～20 mA 电流到通风控制柜模拟量模块。

(3)消防联动。

由于原设计的消防系统中没有考虑防火阀、排烟阀与风机的联动，因而通风系统控制需要实现与消防联动，其控制方式系由火灾自动报警系统发出信号启动通风LCU 监控系统进行自动控制。改造的地方主要有两个:其中一个是油库，加装了一台排烟风机，当风机在低速运行时作通风排风机使用，以增加水轮机层、蝶阀层的排风效果，降低其环境温湿度;为防止火灾蔓延，在油库及油处理室进出风口处均设置了防火阀。当气流温度超过70℃时，防火阀自动关闭，同时防火阀与风机联锁;当任一防火阀关闭时，同时防火阀远传信号至通风监控系统，停转排风机，启动排烟机。当温度达到280℃时排烟阀关闭，联锁排烟风机关闭，同时补风机也要关闭;发生火灾时，可通过远程监控控制设备启停，保障厂房安全;另一个是副厂房电缆夹层，原设计亦没有排烟通道，因而在主厂房与副厂房之间的电缆竖井增设了一个具有排烟和排风的洞口，平时主要用作通风，事故时用作排烟。

(4)通风系统PLC 程序。

通过对以上外部设备进行改造，通风PLC 具备了编程条件。PLC 采用GE 公司的GE-Fanuc VersaMax。硬件系统由以下几个部分组成:CPU模块、电源模块、I/O 模块、模拟量模块、开出继电器及外部组件等。根据电站通风系统的运行规律，PLC 程序主要包括中央空调启停程序、风机启停程序、风机与消防的联动程序。

①中央空调启停程序包括空调送风机、冷却循环水泵、空调压缩机的启停。当环境温度不太高时，根据三级控制方式，启动空调送风机，使厂房的空气循环流动，达到散热的效果;当环境温度较高时，启动空调压缩机进行制冷，冷却循环水泵的作用是对空调系统设备进行冷却，防止空调发热影响制冷效果。需要注意的是:空调系统启动的电机较多，在控制流程中应留足电机之间启动的间隔时间，防止电机同时启动对供电系统造成的冲击而导致启动失败。如果环境温度满足要求，上位机点击停止按钮，空调系统停止运行。

②风机启停程序只有手动启停操作方式，运行人员根据上位机显示出来的各点温湿度值，按照设备运行环境温度的规定点击需要启停的风机即可。这样的运行方式灵活，达到了节能增效的效果。

③风机与消防的联动程序为自动控制。当火灾报警发生时，通过防火阀和排烟阀的信号接点启动程序停止送风机或启动排烟机。

2 改造后系统的特点

(1)由于利用了监控系统以太环网，通风系统具有了强大的通信功能。系统配置灵活，通风PLC 和组态软件可根据现场设备需要进行扩展，能进行二次开发，无需增加额外的投资，简单易行，具有极强的灵活性。

(2)改造后的控制系统简单，解决了以往存在的安全问题，维护方便，检修工作量小。运行人员可根据画面信息进行集中监视和控制而不用到现场投退通风设备，从而减少了运行值班人员的工作强度，基本实现了“无人值班，少人值守”。

(3)通过对通风系统进行的优化和控制系统的改造，风机和空调系统根据环境情况进行有选择性的运行，充分利用了自然风，节能效果明显，经济效益好。

3 结语

实际运行情况表明，对通风控制系统进行的技术改造达到了预期的目的，实现了远程集中监控和消防联动，设备可靠性提高，保证了厂房通风安全，降低了运行人员的劳动强度，节能效果明显。

［1］陈启卷.水电厂计算机监控系统［M］.北京:中国水利电力出版社，2010.