PLC在灯泡贯流机组控制系统中的应用

陈文博

安溪兰田水电有限公司 福建 泉州 353104

1 灯泡贯流机组辅助设备的基本结构组成

根据灯泡贯流机组主机的特点，相应的辅助设备可分为油、水、气等系统。本文重点介绍如下四个方面辅助设备的作用：

1）供油系统

机组轴承瓦的冷却采用油外循环方式。润滑油由回油箱通过油泵将油送至油冷却器再到高位油箱，然后由高位油箱送至机组的各部轴承瓦再回到回油箱，周而复始。

2）高压油顶起系统

为了减少机组开停机时 （即并网前或解网后）轴承瓦的摩擦力，避免烧瓦事故，采用高压顶起的装置，即用高压油通过水导、发导两边将机组抬高0.10mm左右。

3）技术供水系统

提供润滑油的冷却，发电机的定、转子冷却和主轴密封水的供给。

4）通风系统

发电机的温度除了通过发电机定子外壁向流道水散热外，主要通过通风机将风送至空冷器实行内循环降温。

根据上述的基本结构，若机组运转的过程中润滑油断流或开停机过程不能将机组顶起，都有可能致使机组烧瓦的严重事故；技术供水系统、通风系统的故障会使轴瓦和发电机定子温度迅速升高等严重后果。

2 贯流机组常见事故实例

2.1 机组轴承烧瓦事故

机组转动过程，不管是何种方式，只要轴承润滑油断油，最终都可能导致烧瓦，大致可归纳如下三方面：

1）机组在运行中轴承润滑油断油

福建北津电厂，总装机 50MW（2×25MW），在2011年8月份，由于PLC出现故障，辅助设备全部停运，机组轴承润滑油断油，再加上事故发生在大夜期间，运行人员没有及时发现，最后导致机组轴承瓦烧毁的严重事故，直接损失达60多万元。类似事故在福建已发生两起。

2）机组蠕动

由于机组导叶间隙的变大，漏水量也随之增大。致使机组在停机态时以缓慢的速度在转动，此时称为机组蠕动状态。机组蠕动时，由于没有高压顶起和油外循环，最终导致烧瓦。此现象曾在福建某电厂出现。

3）误操作

由于操作人员的失误，当调速器在手动位且在不具备开机条件时，将机组手动开机，最后导致烧瓦事故。

2.2 水机自动化元件误动引起事故停机

1）流量信号装置误动。

2）温度信号继电器由于外部干扰信号引起误动。

3 应对措施

3.1 优化辅助控制系统的设计与改造

根据北津电厂的事故，从PLC硬件的配置，油泵控制回路，PLC自诊断功能上进行全面分析。

PLC硬件配置：PLC采用美国GE公司生产的GE90-30系列产品，CPU模板采用IC693CPU360，输入模块IC693MDL655，输出模块IC693MDL753。

油泵控制电路（其它辅助设备控制回路原理一样）如下图1：

图1 油泵控制回路

从图1油泵控制电路分析，PLC开出继电器K直接控制油泵的运行状态，当PLC出现故障，开出继电器K失去励磁时，油泵便会停止运转，且对主机失去控制，即使高位油箱出现事故低油压也无法进行事故停机，最终导致烧瓦事故。因此，要解决上述现象可从如下四个方面进行：

1）选择合理的输出模块，当CPU出现死机时，输出继电器应能保持当前运行状态，即应具备故障预置功能。IC693MDL753输出模块不具备故障预置功能，当PLC出现故障时，PLC开出继电器全部复归。若输出模块采用IC693MDL754，便具有故障预置功能，正常运行时可设置为故障维持状态,即当PLC出现故障，，开出继电器便能维持在当前状态，从而使油泵继续运行。

2）从油泵控制回路进行改进，如图2：

图2 改进后的油泵控制回路

由图2可以看出，油泵启动时瞬动接点K1动作，依靠QC接触器辅助接点进行自保持，需要停泵时由K2断开，即使PLC出现故障，也不会使油泵停止运行。

3）辅机控制部分采用单独PLC控制，与机组PLC控制分开。

虽然采用此方案造价较高，但却大大提高了运行可靠性。两套PLC同时出现故障的概率极低，当控制辅机PLC出现故障后，控制主机PLC正常，在流油出现断流等故障时能及时进行事故停机；当控制主机的PLC故障时，辅机工作正常，不致产生断流等现象。

4）采用PLC自诊断较强的产品，当PLC出现故障后及时报警。GE90-30系列PLC不具备PLC故障时报警功能，而施耐德Premium控制器便具备系统位报警功能，软件设计如下图3：

图3 系统位报警软件设计

根据图3所示，若系统位%S12置1时，则上位机显示PLC工作正常；若%S12置0时，可能是PLC或通信故障。这样上位机便能及时了解PLC的运行情况。

因此，从北津电厂烧瓦事故中分析，无论PLC硬件选型、外电路设计等几方面都存在一定的缺陷，最终才导致烧瓦的严重事故。

3.2 提出反事故措施 并做好PLC流程处理预案，确保安全生产

机组蠕动，误操作均可导致烧瓦，因此，软件设计时，在采集机组蠕动、误操作的判断分析后，应启动相应的PLC事故处理流程，以确保机组的安全。

3.2.1 机组蠕动信号的采集

机组蠕动时，由于发电机PT残压很低，依靠PT信号难以测速，因此转速信号装置应具有齿盘测速功能。测机组蠕动信号的技术要求：在一定范围可设置，一般在 0～3%ne，当转速＞3%ne时，蠕动信号应该返回，否则，正常开机后会产生误动信号；转速信号应该是上升时导通,下降时断开，这样可以确认机组是由静止到转动；且发出蠕动信号时应延时一定时间，以避免在刚开机或干扰信号引起的误动。

3.2.2 机组误动判据

所谓的机组误动，是指机组由于误操作或导叶剪销剪断，使机组以一定的速度在转动，它的速度大于蠕动的速度。其判据如下图4所示，其中J3为转速继电器在转速下降时导通（一般取n＜70%ne），反之断开，这样可避免停机过程的误动；另外，判断转速一般在3%ne＜n＜90%ne范围内，因为机组的转速在＞90%ne时，退出高顶装置，误动判据也要退出；同时要经过一定延时，以避免干扰而导致的误动。

图4 机组误动判据

3.2.3 机组蠕动或误动启动PLC处理流程

在机组蠕动或误操作时应及时提醒运行人员发现和处理问题并提供轴承的润滑油；同时也使制动闸退出，避免制动闸出现磨损甚至干烧的事故。另外，调速器手动操作时更容易产生误操作，因此，产生误操作后应进入紧急停机流程 （即落重锤关机）。在程序设计时，应注意高顶泵的取油口，若取自供油泵出口，则应先启动供油泵后再启动高顶泵。具体处理流程详见图5：

图5 机组蠕动或误动处理流程

4 选择可靠的自动化元件 注意安装调试方式 避免机组误动作 提高运行的可靠性

4.1 流量开关的选型与安装

由于灯泡贯流机组的润滑油采用的油外循环方式，润滑油的流量或流速受油的温度、粘度影响较大，这样对油流信号装置的选型、安装调试等方面提出了较高的要求。

1）挡板式流量开关的价格昂贵，若选型不当仍不能可靠动作。热导式流量开关性价比较高，若安装调试合理，仍然满足机组保护的要求。安装时宜布置在导轴承的进油侧，流速较快，因为热导式流量开关主要是采集流速，同时，在根据主机厂家提供的数据调整好各导轴承的流量后，观察各部瓦的温度再作相应的流量调整，待机组运行稳定后，记录各导轴承流速的显示值，最后确定动作值；若动作值整定太大，油流信号装置动作太灵敏，容易造成误动；若动作值整定太小，则反应太慢，断流保护延时时间较长，对机组不利。如采用SW6000型流量计，具有显示数字化，易于设定动作值且无需采用电位器调整而引起的误差等优点。

2）贯流机组在开机时，润滑油流量达到稳定需要一定时间，下达开机令后要延时一段时间才能启动机组，否则容易造成开机时由于流量开关的误动作而引起停机事故。因此，备用机组的回油箱应设置自动加热装置，同时在上位机增设油流循环遥控命令，在开机前可以先进行油循环，这样便可以缩短开机并网时间和提高运行的可靠性。

4.2 测温装置的选型与安装注意事项

市场上测温装置品种繁多，在选型时应重视产品的抗干扰措施，如三明无线电八厂生产的TDS-3000系列智能数字测控仪，比较适宜电站采用，因具备较强抗干扰能力，除采用数字滤波器外，对环境的影响采用校零技术；在防止电磁干扰方面：对继电器的影响采用变频输出方式驱动继电器；对数据显示采用剔除、加权方式处理；针对较强且持续时间较长的干扰信号采用趋势抗干扰措施等等。

如果电厂内计算机的工作接地与厂内一次设备的工作接地没有分开，则在布置测温导线屏蔽层接地时，不能采用两侧接地，只能单侧接地且接地点在测温装置侧，同时测温线应尽量远离动力电缆布置，只有这样才能更好的避免外部干扰而引起的误动作。因为动力电缆在电动机起动过程中，由于交流电压不断变化，在热电阻信号闭环回路中，将产生磁场，感应出一个交流电压，此感应电压与热电阻的阻值同时送至温度变送器的输入端，在其输出端就产生一个交流感应电压与直流电压叠加的电压，使测温装置运算错误甚至产生误动引起事故停机。

5 结束语

基于上述PLC在贯流机组控制系统中应用的观点在福建红湖水电厂贯流机组 （总装机容量为16MW（2×8MW））控制中得到充分的应用，即对PLC硬件及程序、外部接线等进行优化，并作好反事故预案。电厂自2005年开始发电运行至今，效果良好。

上述防止烧瓦的技术方案虽然简单，但许多设计院与计算机监控厂家都容易忽视且已造成惨重损失，亟待引起重视。

［1］崔明.变电站与水电站综合自动化［M］.北京：中国水利水电出版社，2005.

［2］GE公司技术文档GE90-30系列PLC安装和 用户手册［R］.1999.

［3］殷华明，汪锋，李昕.综合监控系统误报主变温度过高的原因及改进［J］.电世界，2005，（5）.