机组抽水调相启动不成功事件的分析

何 秋

（华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江 天台317200）

1 引言

抽水蓄能电站机组主要有发电、发电调相、抽水、抽水调相、停机五种稳定工况，机组各种工况的转换由机组顺控流程执行，上位机只需下达工况转换命令，顺控流程按照预先设定步序顺序执行，直至到达一种新的稳定工况。顺控流程的扫描周期为所有流程全部执行一遍的时间，即PLC按照程序从左到右，从上到下，顺序扫描各输入点的状态，对用户程序进行运算处理，然后顺序向各输出点发出相应信号的全过程的执行时间。整个完整过程包括输入采样、程序处理、输出刷新三个阶段。扫描周期本身受机组现地控制单元的信号采集、逻辑处理及网络通信能力的制约。

某蓄能电站机组顺控流程的扫描周期原为700 ms，经技术改造后缩短为100 ms。改造后在一次抽水调相开机过程中，发生一起机组压水流程执行超时导致机组抽水方向启动不成功的事件。

2 事件现象

某抽蓄电站在一次SFC（静止变频器）拖动抽水调相开机时，当转速大于10%额定转速，机组顺控逻辑打开充气压水阀开始压水，后由于上位机报压水失败导致机组启动失败。

抽水蓄能机组抽水调相启动一般采用SFC拖动的方式启动，机组转速从零逐步上升至额定转速，然后并网转抽水。为了降低机组转轮在水中旋转的阻力，采用向尾水管注入高压气体，使转轮在空气中旋转，减小向系统吸收有功。一般蓄能机组在转速达到10%额定转速时开始向尾水管压气，直至将水位压转轮以下，待需转抽水时将气体排出。在本次事件中由于机组压水失败导致顺控流程步序S4S-4执行超时，机组抽水调相启动失败。

2.1 某电站机组压水逻辑介绍

查看机组压水流程逻辑，压水流程子程序共分为5步，第1步为打开压水阀，第2步为15 s后关闭压水阀，第3步再次打开压水阀，第4步压水正常后关闭压水阀，第5步打开泄压阀，压水成功。

每个步序为一个程序执行宏模块，主要包括预条件输入、命令发出、信号反馈三部分，本步序反馈满足即发出步序执行成功的OK信号，前一个步序执行成功的OK信号作为下一个步序的预条件，每个步序有执行时间限制，超出时间将会报流程超时报警，任一步序的预条件丢失也会导致程序执行失败。具体详见下页表1和图1～图4。

表1 压水流程简介

图1 压水步序二逻辑图

图2 压水步序三逻辑图

图3 压水步序四逻辑图

图4 压水步序五逻辑图

一般情况下，机组压水流程只需充气压水阀打开一次便可将尾水管水位压至转轮以下，即机组压水流程执行完步序二时，压水步序三和步序四的反馈均已满足，不再执行步序三和四的命令。只有当机组转轮室漏气量较大，充气压水阀开启15 s无法将尾水管水位压至转轮以下时才会执行步序三和四，即再次开关开启充气压水阀。

2.2 原因分析

查看事件列表01：03：54.352时收到4号机充气压水阀在关闭位置，结合压水步序二分析，在收到该信号延时1 s后步序二执行完成，即在01：03：55.352时将执行步序三的命令：开启充气压水阀命令。监控系统在01：03：54.455收到“4号机尾水水位低”信号，但因为设置了1 s的延时，所以步序三反馈满足的时间为01：03：55.455，即在这个时刻步序四开始执行。由于开关充气压水阀需通过开出继电器动作充气压水阀电磁阀，再通过液压回路去动作充气压水阀的开关，整个过程耗时相对较长。从逻辑发令开启充气压水阀至逻辑收到充气压水阀关闭位置复归的时间基本在0.5～0.6 s左右。因此当执行到步序四的时候，充水压水阀打开命令才过0.103 s，此时充气压水阀实际还在关闭位置，步序四反馈条件满足，导致未能发令关闭充气压水阀命令，直接执行步序五。但由于步序三开启充气压水阀命令已经发出，因此在01：03：55.830时收到4号机充气压水阀位置中间状态（开和关位置均复归），导致步序四反馈信号不满足，步序四完成信号CTRL；b.DEWAT.4.OK信号复归。此时步序五正在执行中，步序四完成信号CTRL；b.DEWAT.4.OK复归，使得步序五的预条件不满足，最终导致了压水失败报警。

某电厂4号机组现地控制单元在近期刚进行过技术改造，其信号采集、逻辑处理及网络通信能力均有了较大的提高，4号机组原先顺控流程的扫描周期为0.7 s，逻辑执行过程中的0.7 s以内的信号抖动将被自动过滤。改造后扫描周期缩短为0.1 s，当充气压水阀逻辑执行到步序三发出打开压水阀的命令，如恰好在此后0～0.6 s内尾水水位压至正常位置，步序三反馈满足进而执行步序四、进而步序五的话，将会出现上述步序五前提条件丢失，压水失败的情况。

结合顺控流程的扫描周期分析，本次事件的真实原因为：机组顺控流程的扫描周期与步序逻辑执行在时间上不完全匹配，在极端巧合的情况下会造成某些步序执行错误。

3 抽水调相压水逻辑的改进

机组顺控流程的扫描周期理论上越短越好，这样流程反应时间更短，对流程执行中的信号反馈更加灵敏。从上述事件的分析可知，由于技术改造后机组顺控流程扫描周期大幅缩短，但并未修改完善相关顺控逻辑导致了扫描周期与逻辑执行的配合问题。最佳的解决办法为完善相关步序的逻辑，解决时间配合问题。在本事件中可修改4号机组压水步序五逻辑，在预条件处增加2 s下降延时，避免因压水阀位置信号抖动或由逻辑造成的短暂开启引起的前提条件不满足的问题。

具体原理为，如果发生充气压水阀信号抖动，只要抖动不超过2 s，步序五将正常执行；如果出现上述事件中的巧合，当在执行步序五时充气压水阀出现中间态时，由于有2 s延时，步序四会因为反馈不满足再次发出关压水阀命令，只要在2 s内再次收到压水阀关闭的信号，压水流程将会执行成功。逻辑图修改见图5。

图5 修改后的压水步序五逻辑图

4 结束语

抽水蓄能电站在电网中承担调峰、填谷、调频、调相及事故备用任务，伴随着电网峰谷差的加大，新能源的大量上网对抽水蓄能电站反应的迅速性、可靠性要求越来越高，另外随着我国运行10年以上的抽水蓄能电站越来越多，大部分电站二次设备进入升级改造的重要时期，二次设备的升级换代会大大提高设备的硬件性能，PLC的处理能力和响应速度大幅提高，但此时一次及机械设备的性能仍未发生明显变化，由此需要对相应的控制逻辑进行梳理和修改，实现一次、机械设备性能与二次监控系统的合理匹配。