水电站自动化保护回路冗余设计基本原理浅析

摘要：摘要：介绍了某水电站115%、140%过速保护回路改造的设计思路及方案，总结了改造过程中的经验，并以过速保护回路改造阐述了“三选二”冗余设计的基本原理及其对提高计算机监控系统可靠性的重要意义。

关键词：过速保护;“三选二”冗余设计;可靠性

引言

随着水电站机组自动控制系统的不断发展，对机组转速测量与保护的可靠性要求也越来越高。大唐集团公司《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求实施导则》对热工保护配原则这样要求：必备的主保护过程开关量信号应采用“三选二”配置，且保护输入的一次元件、取样管、输入模件均应相互独立。

为防止机组过速保护误动、拒动现象的发生，某水电站利用机组年度检修，并结合实际情况，对两台机组的115%、140%过速保护回路进行了改造和完善。

1、改造的目的和必要性

該水电站机组监控系统采用南瑞生产的SJ-500型，机组过速保护功能设计由软件和硬件两个方面实现，过速115%Ne、140%Ne信号采用无源节点，分别从监控转速测控装置SJ-22D、测温制动柜上的齿盘测速装置和残压测速装置三个装置引入。装置中过速115%Ne、140%Ne信号两路设计，一路输入GE PLC SOE模件，用于报警和故障判断，通过程序编程实现过速信号三选二程序设计，投入使用;一路用于DC220V纯硬件水机保护回路，在机组LCU A2柜，该回路中过速115%Ne、140%Ne采用并联设计，任意一个测速装置故障误开出或回路误接易造成设备误动作。将三个不同装置的过速信号进行三选二组合，对水机保护回路进行改造，保证了机组安全可靠运行。

2、“三选二”冗余设计的介绍与分析

水电厂基础自动化环节主要包括检测元件和执行元件2部分，期中检测元件的问题比较突出，由于测量位置，压力流量，导叶行程，转速、信号等检测元件动作不可靠，造成计算机监控系统无法正确采集必要参数，严重影响了计算机监控系统的可靠性。为了解决这一问题，通常采用的方法是更换质量更高、性能更稳定、动作等可靠的产品。产品质量的差别很大程度上只是表现于元件动作正确率的不同，但动作正确率不可能达到100%，因此应采用冗余的原则，这种原则很大程度上提高装置的可靠性，“三选二”就是一种信号冗余的设计。

开关量输入信号的“三选二”表决法是指利用相同或不同的测量手段取得反映同一测定状态的3个信号，3个信号从取样端开始彼此独立，几个字有独立的取样点和取样装置。然后利用计算机监控系统进行逻辑处理，将3个信号中的2个或3个一致的状态确认为该测定量的正确状态。也就是说，当仅有某2个信号发生错误时，“三选二”表决法就能及时剔除，提高计算机监控系统获得信号的可靠性，从而降低系统拒动和误动的可能性。

3、改造前的115%、140%保护回路

改造前回路如下，该回路中过速115%、140%采用并联设计，任意一个测速装置故障误开出或回路误接易造成设备误动作。

4、改造后的115%、140%过速保护回路

改造后，SJ20测速装置、残压测速，齿盘测速的3路“>115%n”的信号经过三选二回路后输出到现地控制单元，只有当3套测速装置中输出信号至少有其中任意2套满足，才输出过速保护信号。改造后的115%过速保护回路原理如图所示。KA7对应SJ20测速装置，KA8对应齿盘测速装置，KA9对应残压测速装置。140%保护回路原理同115%保护回路相似。

5、结语

机组自动化保护功能对机组的安全运行有着重要作用，115%、140%过速保护可靠性和重要性也不严而喻。通过“三选二”冗余系统的设计改造，可使计算机监控系统保护的执行正确率有很大提高，并能有效的防止保护拒动或误动，提高计算机监控系统的可靠性，避免飞逸事故的发生，从而为电站安全生产提供了可靠的技术保障。针对水电机组可能发生的电气事故和机械事故，分析事故产生的原因，设计双重化的保护回路，这种冗余设计软、硬件功能投退灵活，运行维护方便，为机组的安全运行提供了有力的保障。

参考文献：

[1] 刘晓波，李建辉.提高计算机监控系统开关量输入信号可靠性的“三选二”表决法[J].水利水电技术，1993（3）

[2] 田华，孙作芳.600MW水轮机组保护功能完善探讨[J].贵州水力发电，2010（2）

作者简介：

贾兆杰，1989年11月，甘肃通渭人，从事电气设备检修维护，大唐碧口水力发电厂  助理工程师

（作者单位：大唐碧口水力发电厂）