贯流式机组油辅控PLC双冗余改造及控制逻辑优化

张福成

（陕西汉江投资开发有限公司蜀河水力发电厂　陕西省　安康市　725721）

贯流式机组油辅控PLC双冗余改造及控制逻辑优化

张福成

（陕西汉江投资开发有限公司蜀河水力发电厂陕西省安康市725721）

蜀河水力发电厂为灯泡贯流式机型发电厂，由于水轮机组的油辅控系统设计选用的PLC单CPU系统，安全系数较低，存在设计缺陷。一旦PLC出现故障，将直接导致油辅控设备失去自动控制，进而引起机组油流中断停机，调速系统失压事故低油压保护动作，漏油箱溢油等一系列事故。该厂在2015年的三号机组大修中，对三号机组油辅控PLC进行了双冗余改造及控制逻辑优化。同时，经过试验对油系统循环方式进行了改造。油辅控系统PLC由单CPU升级成双机冗余系统后，油辅控系统的安全、可靠性极大提高，为整个机组的连续、稳定运行提供了可靠保障。

贯流式机组；油辅控；PLC双冗余改造；控制逻辑优化；循环方式

1　概述

蜀河水电厂位于陕西省旬阳县境内的汉江上游干流上，坝址在旬阳县蜀河镇上游约1km处，是汉江上游梯级开发规划的第六个梯级水电站。电站设计安装6台45MW的灯泡贯流式水轮机组，其中三、四号机组为哈尔滨电机厂机组，其他机组为东方电机厂机组，总装机容量为270MW，2010年10月全部机组投产。

2　油辅控PLC及所控制重要设备简介（见表1）

蜀河水电厂三号机组现油辅控PLC控制系统安装在主厂房189m层相应机组段，由原生产厂商江苏金智提供安装。PLC控制器采用VersaMax CPU为IC200CPUE05，PLC采用单CPU系统。PLC采集高位油箱、低位油箱、漏油箱、回油箱的油位信号，压油罐的压力信号及其他开关量、模拟量信号，主要控制两台压油泵，两台高压顶轴油泵，两台循环油泵，1台漏油泵及其他部分辅助设备的运行，满足机组调速器所需的压力恒定，油系统油位、油流稳定及机组启停时高顶油泵正常投入。目前共有DI点128点，DO点64点，AI点8点。

三号机油辅控系统包括机组油系统集中控制部分、机组调速系统油压装置的控制、调速器漏油泵及机组高压油顶起油泵控制、机组低位油箱循环油泵控制等4个部分组成。

油辅控集中控制屏包含油压装置集中控制回路、机组轴承高压油顶起油泵与机组漏油泵的控制回路以及机组油系统循环油泵的控制回路，辅助设备的运行状态信息由集中控制屏与机组LCU进行通信。

3　改造前设备运行状况及改造意义

对灯泡贯流式水轮机组而言，油辅控系统是机组的一个非常重要的辅控系统，直接关系到整个机组的正常稳定运行，是机组安全的重要保障。如果油系统出现问题，轻则导致机组停机，重则导致机组出现致命性损伤，严重威胁机组安全运行。自机组投运以来，由于我厂三号机组水轮机组的油辅控系统设计选用的PLC单CPU系统，安全系数较低，存在设计缺陷。运行中多次出现PLC故障停运，导致压油泵，循环油泵，高压顶轴油泵，漏油泵失去自动控制，进而引起机组油流中断事故停机，压油泵故障停运，漏油箱溢油等一系列事故，严重威胁机组安全运行，况且油辅控单CPU配置，也不符合中国大唐集团公司《防止电力生产重大事故的25项重点要求实施导则》（QCDT109 004-2005）L.1.1.2条“主要控制器应冗余配置，重要I/O点应考虑采用非同一板件的冗余配置”的规定。

表1　油辅控改造前PLC型号及重要控制设备参数

随着PLC技术的发展，双CPU冗余技术在PLC控制中得到大量应用，这一问题将得到解决。双CPU冗余技术是指在一个PLC系统中有两个CPU同时运行，一个为主，一个备用。系统随时检测CPU的工作状态，一旦主CPU异常，系统立即将控制权自动切换到备用的CPU，保证PLC系统的正常运行，同时发出警告，提醒维修人员对出现的问题进行处理。由此，油辅控系统PLC由CPU升级成双机冗余系统后，油辅控系统的可靠性将极大提高，进而为整个机组的运行提供可靠保障。同时，由于油辅控PLC在运行中多次出现不明原因的死机，引起两台循环油泵同时启动等异常现象，必须对控制逻辑进行优化，为了增加循环油系统的稳定性，决定结合机组大修完成循环油系统油循环方式的改造试验，油辅控控制逻辑也必须加以改变。

4　改造的方案及实施过程

4.1硬件设备的安装更换

经过多方分析调研，制定出以下改造方案：将旧的GE品牌PLC机架拆除，安装上新的施耐德昆腾67160双机冗余系统与X80远程IO分站，冗余机架通过以太网与分站IO机架通讯。新PLC系统采用DC24V供电。触摸屏沿用旧的昆仑通态产品，与PLC通过以太网通讯。使用Unity编程软件编写新的控制逻辑。具体实施技术及要求如下：

（1）拆除掉原来的整套PLC控制模块，改为全新的施耐德昆腾67160PLC双机冗余系统，增加一个RTD模块，原来PLC开入、开出模块也更换掉，控制柜外回路及控制逻辑不变。要求用户内存容量留有一定的裕度，并配备内部电池。

（2）PLC控制系统与计算机监控系统相应LCU之间的通讯采用直接I/O通信方式。

（3）各可编程控制器系统装置电源采用交直流供电方式，以实现不间断供电。电源设备工作可靠并具有状态和故障指示及过载保护能力。

（4）各可编程控制器系统的I/O接口具有光电隔离和抗干扰措施，输入形式为继电器独立无源接点。出口继电器的接点应能驱动现地的电气设备。

（5）各可编程控制器系统中各设备的运行状态及故障信号都有对外空接点信号输出，每个信号的输出独立常开接点不少于二对。

（6）供系统用的变送器，其电源由本控制系统解决。

（7）继电器

用于逻辑控制、信号扩展以及信号输出的继电器ABB公司生产的中间继电器，继电器的接点数量应满足控制和信号回路的要求。

（8）元件电气输出量

开关量触点应适应于控制电路，并不得低于其额定电流和电压值。为用户提供的接点应为在电气上独立且不接地的无源接点。

表2　改造后PLC清单

4.2控制逻辑的实现

4.2.1油系统大循环实验

蜀河水电厂三号机组由哈尔滨电机设备有限公司生产，改造前润滑油系统循环方式是：润滑油由低位油箱经过循环油泵输出后通过滤油器、油冷却器、M1电动阀、供油母管，至轴承冷却润滑后回到低位油箱。此循环方式简称为小循环方式。

循环油系统大循环方式为：润滑油由低位油箱经过循环油泵输出后通过滤油器、油冷却器、M2电动阀、高位油箱，经M3电动阀至供油母管上的各只管道阀门进行油流分配，进入各轴承冷却润滑后回到低位油箱，简称为大循环方式。大循环方式循环油路通过高位油箱采用重力供油方式进行机组正常运行的冷却润滑。

循环油的循环方式直接决定了循环油泵及其附属设备的控制逻辑。2014年11月3日及2015年4月中旬，经过多次实验，完成了循环油泵大循环改造后的静态及动态自动实验，循环油泵及油系统运行良好。

4.2.2油辅控PLC控制逻辑的确定

系统改造后压油泵、漏油泵、补气阀、高顶油泵、电加热等设备控制逻辑进行优化，基本逻辑不变。对循环油泵控制逻辑如下：

循环油泵控制逻辑：

（1）循环油系统维持现在的小循环运行方式时（备用方式）控制方式及控制逻辑不变。

（2）循环油系统改为大循环运行方式时（改造后实际运行方式）设计控制逻辑如图1。

图1　

5　结束语

2015年5月11日，三号机完成油辅控PLC双冗余改造及控制逻辑优化后经过调试后正式投运，三号机循环油系统以大循环方式投入运行，随着机组开机令，循环油系统一次投运成功，运行效果良好，为三号机机组大修后的整体正常投运奠定了良好的基础。

蜀河电厂三号机组油辅控PLC双冗余改造、控制逻辑优化，以及润滑油大循环改造的圆满成功，极大地减少了PLC运行中的故障几率，提高了辅控设备的运行可靠性，润滑油大循环方式降低了循环油泵切换瞬间或者循环油泵短时间故障时造成油流中断而事故停机的风险，据初步计算，在循环油泵自动运行时因故造成两台循环油泵同时故障时，高位油箱的油可以提供近5min的时间才达到“事故低油位”，这就为运行人员事故处理提供了时间，如果条件许可，处理及时，可以有效的避免机组非停，也可以有效地防止断油烧瓦的恶性事故。运行实践，三号机组油辅控PLC双冗余改造、控制逻辑优化，对机组的安全、稳定运行具有极其重大的意义。

TG233.1

A

1673-0038（2015）39-0249-03

2015-9-12

张福成（1966-），工程师，设备部电气专业管理人员。