浅谈水电厂瞬动信号分析及处理办法

刘 宇，毛 琦，满运涛

（1.五凌电力有限公司，湖南 衡阳 421127；2.北京中水科水电科技开有限公司，北京 100038）

水电站计算机监控系统作为电站重要的控制中心，如同人类的大脑中枢一样，存储着诸多信息同时又控制全厂设备正常运行，肩负着重要的工作，其性能优劣直接关系到各水电厂的安全生产。为保证全厂采集信息完整地展示，DL/T 822-2012《水电厂计算机监控系统试验验收规程》要求开展SOE分辨率试验及雪崩试验，以便证实在机组出现事故时，计算机监控系统能够立即响应并完整记录事件发生的详细过程，同时检验报警事件排序、语音报警启动、推出画面等相关功能。但SOE分辨率试验及雪崩试验仅针对带有时标的中断量模块，该模块常常应用于较为重要的告警信号或保护跳闸信号。而对于普通的自动化元件节点或一般性设备报警而言，往往使用普通的开关量输入模块进行采集。普通的开关量输入模块分辨率精度不高，但恰恰这些测点又经常参与机组的逻辑控制程序，在现场实际运行中，这些测点的短时间动作，会导致意外的结果。

1 某电厂监控系统情况

某电厂计算机监控系统为开放式分层分布式设计，分为厂站控制层及现地控制层，网络架构为双星形。该系统全厂设1套卫星对时系统，厂站层主要包括3套数据采集及应用服务器，用于数据采集及处理，2台操作员工作站，双机热备，用于全厂设备的监视与控制，现地层包括：3套机组LCU、1套开关站LCU、1套公用系统LCU。

该套计算机监控系统在投运前进行了开关量变位传送时间、遥控/遥调的响应时间、画面调用时间、画面数据刷新时间、SOE 分辨率检验、雪崩检验以及系统负荷压力检验，试验结果均正常。

2 机组开机异常情况描述

运行人员根据电站负荷计划于上午10：49：05.615在监控系统上位机下达2号机组开机至空转令，机组开机仅过50 s左右，出现异常停机，导致机组开机不成功。

2.1 查看上位机时间列表及出现的异常情况

（1）10：49：37.929 2F分步开机第二步完成信号动作后，10：49：42.421出现：2F轴承交流高压油泵停止令动作、2F轴承直流高压油泵停止令动作、2F轴承油阀关闭令动作。

（2）10：49：53.844 2F水机保护正推油流过低动作，10：49：54.157出现：2F水机保护给LCU停机令机组停机。

2.2 现地检查

（1）现场检查，LCU下位机触摸屏存在轴承油流异常、轴承油流过低信号动作，水机保护紧急停机动作，机组在停机过程中，导叶已全关。

（2）2号机组转速上升到15%后缓慢下降至0%。

待机组停稳后，手动给快关阀进行励磁，快关阀动作正常，调速器控制压力过低跳闸复归，多次手动励磁、动作快关阀，快关阀均动作正常，机组开机至空转试验正常。

从上述情况描述可知，开机异常原因不明，上位机没有相关动作信号记录，对后续故障定位查找带来困难，也可看出事件报警信息记录完整对于事故分析的重要性。

3 异常情况分析及定位

3.1 关闭轴承油阀原因分析

如图1，查看上位机事件列表，10：49：42.421前的开机过程中未出现开出停机令及分步停机第七步令，但开出了轴承油阀关闭令，由此可判断为安全回路信号动作导致轴承油阀关闭令开出。

图1 关闭轴承油阀逻辑图

3.2 停直流高压油泵原因分析

如图2，查看上位机事件列表，10：49：42.421前的开机过程中未出现远方、现地停直流高压油泵令；有开机令但转速未到95%，故开机停高压油泵令无法开出；无停机令，故停机停高压油泵令无法开出；由此可判断为安全回路动作导致停直流高压油泵令开出。

图2 停直流高压油泵逻辑图

3.3 产生开机异常原因分析

如图3，经现场实地设备检查，并模拟信号动作时发现，由于风闸投入节点为4个风闸位置串联产生，其中一个风闸位置由于频繁动作产生接触不良现象，导致该点信号在开机过程中出现抖动，引发现地控制单元程序中的安全回路启动逻辑出现短时间的动作复归，从而导致PLC程序相应程序执行，下达停轴承高压油泵停泵命令、关闭轴承油阀令。由于轴承油流过低，继而水机保护动作启动停机流程。

图3 安全回路逻辑图

4 监控系统数据采集方式的分析及瞬动信号解决方法

以该电厂情况为例，该监控系统上下位机数据通信采用ModBus TCP协议，下位机PLC的数据根据不同的类型，将信息存储在相应的寄存区内，上位机系统进行相应的读取，从而达到数据通信的目的，但上位机数据采集周期与下位机的数据采集周期是存在差异的，下位机PLC扫描时间假定为m（一般为20 ms左右），监控系统上位机扫描时间假定为n（一般在100～200 ms）左右，若此时普通I/O模块信号发生了变位，如风闸信号出现了抖动，动作时间假定为v，当m＜v＜n时，此时下位机数据存储的寄存器虽发生了变位，但由于上位机采集扫描时间较长，该部分信号不会在上位机报警事件中出现，这是引起此次机组开机异常，但无法第一时间找到故障点的真正原因。为解决该问题，根据以上分析和工作经验提出以下解决办法供参考。

解决方法1：将计算机监控系统数据上送机制进行优化，所采集的数据不从数字量模块内部的变位区直接上送至上下位机的数据交换区，而通过数据整合后进行迁移，在PLC内部进行事件存储并记录相应的指针变化，上位机根据指针变化的数值依次从事件存储区进行数据采集，以保证数据的完整性。

解决方法2：在计算机监控系统现地控制单元程序中进行程序修改，在可能出现抖动节点的部位进行程序保持回路设计或脉冲形式的节点输出，使上位机系统获取足够的采集时间，从而进行可靠的事件报警。

解决方法3：在计算机监控系统测点设计之时，对重要的元器件节点或参与流程控制的元器节点使用普通数字量输入模块进行采集，而改为使用分辨率更高的中断量模块进行采集，利用高精度且带时标的事件报警，解决报警缺失问题，同时还能够准确地启动相应的流程控制。

5 结束语

目前我国水电厂计算机监控系统由于造价问题，无法完全采用高精度分辨率的硬件采集所有测点，如何多方面解决水电厂瞬动信号问题，文中提出了建议性解决问题的思路及办法，最终还需要各电厂从实际出发，不断完善设计、程序及数据采集机制，从而彻底解决该现象的发生。