抽水蓄能电站通风空调控制系统优化及应用

陈 鑫，刘小明，夏 鑫，李新煜，孙召辉

(山东泰山抽水蓄能电站有限责任公司，山东 泰安 271000)

抽水蓄能电站通风空调系统、除湿系统及冷冻机系统集成优化研究与应用是为实现水电站“无人值班、少人值守”的运行要求，适应水电站计算机监控系统和全厂综合自动化技术的迅猛发展，使电站通风空调设备具有更高的可靠性和自动化程度的工业自动化控制系统[1]。

针对水电站通风空调系统、除湿系统、冷冻机系统设备分布范围广、数量多、控制功能各异等特点，采用现地自动控制为主，远程集中监控为辅的控制模式；各现地控制单元采用PLC为控制核心部件，以PROFIBUS-DP网络及无源接点的通讯方式与计算机监控系统连接通讯，通过集中控制研究、突破不同控制功能的联合集中采集、研究通讯和长距离传输形式等功能，研究大功率风机智能控制及除湿机的智能预警等，实现抽水蓄能电站地下厂房通风空调、除湿和冷冻等各系统的综合自动化管理和智能管控[2]。

1 系统优化的预期目标

实现电站现场通风空调系统、除湿系统、温湿度测量系统、冷冻系统的集中信号监视和智能预警功能，结合目前已有的通风系统点位及现有通风上位机，完善形成涵盖以上所有设备的信息点位控制图；实现一个涵盖以上系统的智能控制系统，且应能实现在地下和厂房外中控室的智能控制，利用原有通风上、下位机将原自动化量纳入可视化管理，以实现对全厂通风空调及冷冻系统的可视化管理；实现大风机的远方控制启动功能；实现电站现场大风机振动情况的监视，且纳入可视化管理[3]。

实现通风空调可视化管理。其可视化管理可达到观察全场通风空调及冷冻机的全部信息点位显示，各区域要显示明确，能够明确指示风向等信息，显示图要求形象、直观，能显示整个通风冷却系统的整体布置、系统流向，且在系统全局的可视化系统下能展开具体到各子系统、各区域系统的细化、显示。对地下厂房各区域、电缆竖井开关站区域等位置，进行二维各子系统点位显示，所有显示图首先应形象、直观地显示生产区域的风机、冷冻机、部分重要除湿机布置。所有显示图均应在这种具有生产区域形貌的显示图的基础上进行各系统点位的显示。

2 系统优化设计

抽水蓄能电站通风空调集成控制系统每一个就地控制单元设计一面壁挂式控制箱，就地控制操作是在就地控制箱上完成的。就地控制单元包括：发电机层、主厂房中间层、主厂房水轮机层、主厂房蜗壳层、副厂房空调冷冻机、主变洞一层、主变洞二层、通风兼安全洞、GIS室上游侧、地面副厂房、进厂交通洞、主变拱顶等处的控制单元。各现地控制单元采用PLC为控制核心部件，以PROFIBUS-DP网及无源接点的通讯方式与计算机监控系统通讯，实现全厂的综合自动化管理。

2.1 控制方式

每套现地控制单元设计有现地、远方两种控制方式。现地控制方式又包括现地自动控制和现地手动控制。在每套现地控制单元的控制箱上都设计有“现地/远方”控制方式选择开关。

现地手动控制方式——被控设备的启停控制独立于PLC，每个被控设备设有“启动/停止”控制开关，由操作人员以手动工作方式直接控制设备的启停。

现地自动控制方式——被控设备的启停控制由PLC依据工艺流程的要求自动控制，根据各设备运行工况自动实现被控设备的启/停、开/关控制；“手动”方式时，通过操作显示面板上的操作开关直接控制被控设备，该方式仅供设备调试或检修使用。

远方自动控制方式——通过PROFIBUS-DP和ProfiNET混合工业网络，在中控室远程操作现地控制设备的启动/停止。

2.2 系统联动

采集现场通风空调系统设备、除湿设备以及冷冻设备等各类设备运行的参数，实时动态方式分类展示采集数据，实现现场实时监控设备运行状态，对重点设备实现远程控制，可通过后台，对实时监测数据进行分析，设定设备的开关、调节，还可通过时间设定，实现参数的自动转换。

2.3 系统控制逻辑优化

通风空调的自控已经变得相当重要，全厂通风空调监控系统应与电站计算机监控系统统一规划，综合考虑，在电站中央控制室内监控台上，能自动监视全厂通风空调系统、冷冻机系统、除湿机系统运行的实际情况，并能远程控制启、停。通过各系统设备配套运行工况随着周边实际环境的变化进行调整，根据各设备关键传感器数据的采集分析并自动调整系统运行参数，保证厂内保温、通风、除湿，保障电站厂房设备安全稳定运行。

2.4 可视化分析

通过可视化分析的形式技术，呈现数据分析的曲线，根据现场实际形成信息系统显示图，让运维人员获取有价值的信息。

通风空调智能预警控制系统，实现对电站现场通风空调系统、除湿系统、温湿度测量系统、冷冻系统的历史数据、预警信息、运行状态等进行分析，可视化呈现，包括实时动态、历史数据、趋势曲线、统计分析等内容(见图1)。

提供丰富的历史运行曲线，实现设备状态变化的趋势分析，及早发现设备故障的先兆，必要时通过查看历史曲线分析故障原因。

以子系统为索引，按设备与设备所属层级关系建立设备树型，单击某一设备，查询该设备一段时间内运行曲线图，多个同类型设备可以进行横向对比，展现设备历史运行情况(见图2)。

以子系统为索引，按照系统设备的层级关系，定位设备，可多选设备，查看选中设备一段时间内时间节点历史运行数据曲线，有助于分析设备运行的稳定性。设备台账统计分析见图3，根据设备类型、设备名称、设备所属厂商、履历类型、状态、时间等条件进行组合检索。设备上线离线状态统计，根据设备所属地、设备名称、离线时间等作为组合条件，检索设备离线记录，以列表方式显示检索结果，包括设备所属地、设备名称、离线开始时间、离线结束时间、离线时长，支持根据结果追溯设备详细信息。设备信息统计分析可以根据各设备的信息纬度进行自由组合，并预警信息保存周期，系统默认周期为1 a，可以根据现场的实际工艺要求和后续数据对比分析的需要，进行自由灵活配置。

2.5 系统接口

根据现场工艺要求及实际配置的情况，按照国网相关安全规范要求，实现系统对接，完成电站集控中心的远程数据采集和控制，针对不同设备上传信号数量及类型、要接受的指令数量和类型都会不一样。以安装场副厂房127.8高程1号组合式空调和安装场副厂房127.8高程2号组合式空调为例，要上传的数据和接受的指令见表1。

表1 系统接口字段指令表

针对上传数据，提供两种格式。

针对远端下发的指令，格式可以参考我方提供的上传格式，或采用远端集成方定义的其他本文文件格式。指令执行情况不回讯。

2.6 系统预警监测

支持按设备类型(通风设备、降温系统设备、冷冻系统等)、具体设备、监控指标等配置智能预警监测模型，包括设备、指标、监测指标上限、下限、预警提醒模式等。

系统服务，实现采集到的设备运行参数与智能监测预警模型融合监控(见图4)，自动产生预警信息。

预警信息列表：实时刷新集中展现各子系统预警信息(未处理/已处理)列表，主要信息包括：预警来源、预警简述、预警发生时间、预警发生区域、预警类别、预警级别、预警持续时间等。

预警信息搜索：可以通过模糊查询或精确查询等方式，查询预警来源、预警发生区域、预警类别、预警级别进行搜索预警信息。

预警信息确认：授权用户可点击详细链接，打开预警详细信息，查看预警详细信息，确认是否真实预警，标识是否真实预警。

系统预警信息报警实时展现(见图5)，预警信息展现以秒(s)为单位，周期系统默认设置为1 s，也可以根据现场具体的生产工艺实际及业主的要求进行自由灵活配置。

3 结语

通过对抽蓄电站工程通风空调、除湿系统及冷冻机系统集成优化研究与应用，构建智能预警监测防控体系，有效弥补传统方法和技术在监管中的缺陷，全方位掌控电站通风空调、冷冻机、除湿机等设备的运行状态，发现问题及时处理，提升故障处理效率，保障设备稳定运行。另外，运维人员通过系统呈现的设备运行的趋势分析曲线，统计报表等数据，获取有价值的信息。大大提升了现场设备管理水平，推进电站安全智能管理水平，提升了经济效益。同时减少了安全生产事故的发生，降低了施工管理的成本，保障抽水蓄能电站安全生产等方面提供科技效能和服务支撑，引领传统抽水蓄能电站建设创新发展。