基于顺控的火电厂保安电源控制逻辑的设计

朱晓瑾

(浙能台州第二发电有限责任公司，浙江 台州 318000)

基于顺控的火电厂保安电源控制逻辑的设计

朱晓瑾

(浙能台州第二发电有限责任公司，浙江 台州 318000)

快速柴油发电机组在火电厂保安电源系统中有着广泛的应用，基于PLC，运用顺序控制设计方法对保安电源控制系统进行模块化程序设计，提高设计效率，缩短调试时间，也使电气控制系统的可靠性增强。

火电厂；保安电源；控制逻辑

在火电厂发生厂用交流电失去电时，为了确保发电机组能安全停机，一般要用装设的快速柴油发电机组作为交流事故保安电源，与相应配电柜共同组成保安电源系统，供给顶轴油泵、热控电源及其他交流事故保安负荷。

可编程逻辑控制器(PLC)程序设计方法有经验设计法和顺序控制设计法。经验设计法是最原始的方法，借用继电器控制电路的方法设计梯形图，没有普遍的规律可循，随意性强，设计时间和质量与设计者的经验关系很大。顺序控制设计法是按生产工艺的控制要求，在外边输入信号和内部控制信号的作用下，根据内部状态和时间顺序，自动有序地进行工作。顺序控制设计法结构清晰、设计规范，程序的调试、修改和阅读也很容易，并且大大缩短了设计周期，提高了设计效率。因此，选用顺序控制设计法进行程序设计。

1 电气回路设计

某百万机组设置2个380V保安PC段,每个380 V PC段设置1台2 000 kVA，10.5 kV/0.4 kV变压器，电源分别从本机组10 kV厂用配电装置A、B段引接。每个380 V PC接线均为两段单母线，正常运行时两台变压器各带一段母线，两段母线之间设联络断路器，设1套康明斯1 800 kW柴油发电机作为交流事故保安电源。每个保安段另有一个从柴油发电机组的母线引接的保安进线电源。图1为某电厂1台机组的保安电源一次系统。

图1 保安电源一次系统

保安电源控制系统由PLC、ECS、柴发自带PCC控制系统、开关柜控制及保护回路组成。ECS负责正常运行方式的倒换。柴发自带PCC控制系统接收来自PLC或就地硬手操的启、停和检同期命令，实现对机组的控制，并对机组的运行情况进行检测和保护。另外，根据控制要求，保安A、B段进线和母线电压配置电压检测和保护回路。因此，PLC是整个控制系统的核心。

2 程序设计

2.1 编程软件介绍

本设计采用Step7-Micro/Min V4.0编程软件进行编程。该软件系在Windows平台上运行的西门子S7-200PLC编程软件，功能强大，既可用于开发用户程序，又可实时监控用户程序的执行状态，适用于解决复杂的自动化任务。

使用该软件，在脱机(离线)方式下创建用户程序，修改和编辑原有的用户程序。利用一根PC/PPI(个人计算机/点对点接口)电缆建立个人计算机与PLC之间的通信。在联机(在线)方式下可以对与计算机建立通信关系的PLC直接进行各种操作，如上载、下载用户程序和组态数据等。在编辑程序的过程中进行语法检查，可以避免一些语法错误和数据类型方面的错误；支持对用户程序进行文档管理，加密处理等；可设置PLC的工作方式、参数和运行监控等。

2.2 控制逻辑设计

康明斯柴发机组的PCC3201控制系统，是一款配备微处理器的发电机组监控、计量和控制系统，提供发电机组的控制界面，还提供数字式调压、调速、发动机保护、发电机保护、数字式同步功能等功能。PCC控制逻辑在设计上没有考虑应用于火电厂时可能需要适应各种复杂的电气一次接线方式。PLC程序设计是工程成败的关键。

PLC控制程序由主程序、空载试验、带载试验、失电自启、保安A段回切工作电源、保安A段回切备用电源、保安B段回切工作电源、保安B段回切备用电源等程序块组成。主程序包含其他各程序块的公用逻辑。

在程序设计中，使用字传送指令MOV_W进行顺序控制编程，定义各步序号。在梯形图中，字传送指令MOV_W以功能框的形式编程。当允许输入EN有效时，将1个字长的整数数据IN传送到OUT。图2为MOV_W功能框图。

图2 MOV_W功能框图

以失电自启功能组为例，由于各种原因造成保安段工作电源失电时，应首先切至备用电源供电，备用电源无效时，则转换到应急事故保安电源，即柴油发电机。以上切换均采用串联切换。图3为失电自启功能组逻辑框图。

失电自启功能是整个保安电源控制系统中重中之重的功能，比其他功能都要优先。这个优先的特性，既体现在系统是自动激活的，不需要某个功能按钮来激活；又体现在系统一旦被激活，其他功能组都要靠边站，这就是失电自启的第一步，就是复位其他功能组标记位，并将其他功能组的步序均置0。

失电时，CB2合闸令和柴发启动令几乎是同时发出的。如果失电自启时另一段保安段正在带载试验，则柴发已经处于并网后的定额运行方式，利用柴发初始化功能组，可以实现将并网开关解列，并在柴发不停机的前提下切换到单机定压运行方式，从而确保保安电源快速就位。如果CB2合闸成功，失电段电源恢复了，则将柴发停机。否则，由柴发给失电段恢复供电。如系单段母线失电，则合上该段的保安电源开关，即可进入复位程序，使程序重新处于待命状态。如果是双母线失电，为防止两段母线同时恢复可能引发的不稳定情况，采取先后合闸方式。当然，如果先合闸的开关合闸失败，则立刻合上另一个保安电源开关。

如果运行人员按下了紧急启动按钮，程序设计为直接由柴发对保安段进行供电，故在逻辑中就跳过了合CB2的过程。另外，还有一点需要注意，如果运行人员将保安段的联锁开关置退出状态，则认为该段母线不需要恢复供电，故失电自启功能也就被旁路了。当然，紧急启动方式是不去判断联锁开关位置的。也就是说，紧急启动是优先级最高的，直接指向柴发的一种工作方式，应该用于DCS失效等事故情况。

保安段由柴发供电后，当工作电源恢复供电了，则由运行人员激活回切功能组。程序相应地设计了保安A段工作电源回切、保安B段工作电源回切两个功能模块，用以应对单母线失电自启后的恢复和双母线失电自启后的恢复。在回切功能激活前，柴发是处于单机定压运行方式的，利用柴发初始化功能组，可以实现在柴发不停机前提下，将工作电源开关作为并网点并网，切换到并网定额运行方式。并网成功后，即可将保安电源开关分闸、柴发停机，完成回切程序。保安段由柴发供电后，当其中一段保安段由工作电源供电，另一段可以选择由备用电源恢复供电，此时由运行人员激活回切功能组。程序相应地设计了保安A段备用电源回切、保安B段备用电源回切两个功能模块。在回切功能激活前，柴发是处于单机定压运行方式的，利用柴发初始化功能组，可以实现在柴发不停机前提下，将联络开关作为并网点并网，切换到并网定额运行方式。并网成功后，即可将保安电源开关分闸、柴发停机，完成回切程序。

图3 失电自启功能组逻辑框图

PLC中还设计了定期试验功能。空载试验由启动按钮激活，柴发启动建压成功后合出口开关CB1，待预设时间到或空载停止按钮，分CB1、停柴发。带载试验过程中必须一直监视保安段处于正常运行方式下， A段和B段带载试验不能同时进行。带载试验由带载试验启动按钮激活，柴发启动建压成功后合出口开关CB1，投入相应的同期电压进行检同期，并网开关合闸后开始带载，柴发的带载额度由PCC的参数设定决定。待预设时间到或带载试验停止按钮，解列、分CB1、切除同期电压、停柴发，复位带载试验中信号，PLC程序重新回到待命状态。

2.3 柴发运行模式的自适应

柴发有两种控制方式，当机组与市电并网运行时，柴发的出力按定额方式控制；当单机运行时，柴发按定压方式控制，出力大小由负荷决定。由此可见，柴发在进行带载试验时，如发生保安段失电，此时柴发已经处于并网运行，按定额方式进行机组控制。为了快速恢复保安段供电，希望能够实现柴发不停机情况下从定额方式向单机定压方式进行机组控制。此外，柴发PCC控制系统只能接受一个并网点，一旦同期电压切入，完成一次并网后，同步器就退出。当保安A、B段均失电，柴发自启带负荷后，在工作电源恢复正常后，先后进行保安A、B段电源回切时，需要柴发先后两次并网。为了解决以上问题，故设计柴发初始化功能组。

柴发的停机延时设定为180 s。当柴发启动命令取消后，机组会以额定转速运行180 s，180 s后降为怠速冷机运行。因此，在180 s内，柴发仍然具有额定转速和额定电压。柴发初始化功能组的就是在必要时将柴发的启动命令取消，利用这180 s的时间差， 将柴发在不停机的情况下进行定压-定额方式的切换，实现第二次并网。

PCC3201的控制逻辑为：当柴发启动成功后，如未检测到同期电压，判断为单机运行模式，开关合闸令马上由0变为1，并且长期置1；如检测到同期电压，判断为并网运行模式，待同期条件满足后，开关合闸令由0变为1，并且长期置1。在初始化功能组中，这个信号作为回切和失电功能组被触发时，柴发是否已经完成上一次启动和带载的标志位。

柴发初始化步序为0时，判断该标志位为0时，回切和失电功能组按常规顺控步骤进行，给柴发初始化步序置3。当为1时，柴发需要初始化，即复位柴发启动令、复位柴发开关合位反馈信号，并切除同期电压，给柴发初始化步序置1。柴发初始化步序为1时，捕捉到开关合闸令的下降沿，将给PCC的开关合位反馈信号复位，给柴发初始化步序置2。柴发初始化步序为2，延时5 s，给柴发初始化步序置3，回切和失电功能组回到常规顺控步骤进行。无任何功能组进行中或PLC不在自动位，给柴发初始化步序置0。

3 结语

发电厂保安电源控制程序采用顺序控制设计方法进行模块化程序设计，可根据一次接线方式的变化和用户的具体要求增减程序块，适用性广。

根据工艺要求对顺控中每个步骤进行定义，可以有效防止寄生回路的产生，提高设计效率，程序可读性强，调试方便，控制逻辑符合设计要求。投运后定期进行空载试验及带载试验，运行正常。通过在发电厂的现场应用，证实能够满足运行要求，降低运行人员的工作量、使用方便、维护简单。

(本文编辑：严 加)

Thermal Power Plant Security Power Control Logic Design Based on Sequence Control

ZHU Xiaojin

(Zhejiang Zheneng Taizhou Second Power Generation Co., Ltd., Taizhou 318000, Zhejiang China)

Rapid diesel power generation unit is widely used in security power system in thermal power plants. Based on PLC, this paper uses the sequential control design method for modularized program design of security power control system, which can improve design efficiency, shorten the debugging time, and enhance the reliability of electric control system.

thermal power plant; security power; control logic

10.11973/dlyny201702019

朱晓瑾(1974—)，女，硕士，高级工程师，从事发电厂继电保护和自动装置的技术管理工作。

TM621

B

2095-1256(2017)02-0179-05

2017-03-25