基于PLC的计算机监控系统水机后备保护在鸭嘴河梯级电站中应用

基于PLC的计算机监控系统水机后备保护在鸭嘴河梯级电站中应用

韩昌根 

            四川华润鸭嘴河水电开发有限公司  

1、引言

鸭嘴河位于凉山州木里县境东南侧，为雅砻江中游右岸一级支流，发源于木里县太阳山北麓呀子舵勒多沟，经鸭嘴、布西、高桥至烟岗，于跑马坪处汇入雅砻江。全流域面积556km2，河长53km，河口高程1740m，总落差2260m，河口多年平均流量13.8m3/S，多年平均径流量4.35亿m3，河道平均比降42‰，水能蕴藏量238.6MW，主要集中在下游7km河段（该河段平均比降高达196‰）。

鸭嘴河开发方案为“一库一闸三级”，分别为布西20MW（2×10MW）、烟岗120MW（2×60MW）、跑马坪120MW（2×60MW），总装机容量260MW。2012年鸭嘴河梯级电站全部投产。

鸭嘴河梯级布西、烟岗、跑马坪水电站计算机监控系统采用北京中水科水电科技有限公司的H9000 v4.0系统，现地LCU采用昆腾系列PLC对其控制。配置如下：

跑马坪集控中心：

系统服务器、磁盘阵列、应用程序服务器、工程师工作站、管理计算机布置在计算机室计算机桌上，网络设备、通信网关机、数据接口服务器、时钟同步系统装置组屏布置在通信室。操作员工作站、语音报警工作站布置在中控室。UPS电源组屏布置在直流电源室，UPS配电柜布置在通信室。

布西电站：计算机监控系统站控级设备布置在中控室内，每套机组LCU布置在主厂房发电机层每台机旁（数量为2*2面）。公用LCU布置在主厂房发电机层安装间，数量为2面。开关站LCU布置在GIS室，数量为2面。闸首LCU（数量为1面）将布置在闸首控制室。

烟岗电站：计算机监控系统站控级设备、开关站LCU（数量为2面）、公用LCU（数量为2面）都布置在中控室内，机组LCU（数量为2*2面）布置在发电机层每台机旁。闸首LCU（数量为1面）将布置在闸首控制室。

跑马坪电站：开关站LCU（数量为2面）、公用LCU（数量为2面）都布置在中控室内，机组LCU（数量为2*2面）布置在发电机层每台机旁。闸首LCU（数量为1面）将布置在闸首控制室。

2、鸭嘴河梯级电站原水机后备保护存在问题

水机后备保护定义：水电站紧急停机保护通常也称作水机保护回路，LCU的PLC作为机组的主控制单元，而独立于主控制单元的部分为后备保护单元。

布西、烟岗、跑马坪电站机组投运至今已出现过多次因机械事故造成机组甩负荷情况下导致机组过速（正常情况下机械事故应保证机组平稳停下，不应出现甩负荷、过速现象，机组过速可能造成机械事故扩大化）。

3、几种水机后备保护方式的探讨

3.1传统继电器方式实现逻辑控制

（1）继电器实际使用过程中经常出现触点粘连、线圈损坏，直接影响了水机保护的可靠性。

（2）接线复杂、扩展性灵活性差 。

（3）无法接入温度量或模拟量。

3.2基于PLC实现逻辑控制

（1）可以集成各种模块，功能完善。

（2）可以对PLC编程，回路简单。

4、鸭嘴河水机后备保护配置

鸭嘴河采用基于PLC的水机后备保护控制方式。采用施耐德DE CPU模块BMXP342000、电源模块BMXCPS2010、DI输入模块BMXDDI3202K、DI输出模块BMXDDO3202K、背板预留模拟量及温度量插槽，方便后期扩展。

5、基于PLC的水机后备保护工作流程

烟岗、跑马坪电站机组投运至今已出现过多次因机械事故造成机组甩负荷情况下导致机组过速（正常情况下机械事故应保证机组平稳停下，不应出现甩负荷、过速现象，机组过速可能造成机械事故扩大化），经分析，机械事故停机过程中，水机后备保护继电器直接动作于跳机组出口断路器和灭磁开关，机组甩负荷情况下导致机组过速。

基于此情况，应减少机组的由于事故时造成的过速，于是我司对事故进行了区分。电气事故(发电机保护动作、主变保护动作)时，为了机组安全应立即把机组停下来，于是动作于折向器（或导叶）、跳出口等。一般机械事故（冷却水中断30分钟、瓦温过高、事故停机按钮）时，为了防止机组甩负荷造成过速，应现降负荷，待为解列值时，动作折向器（或导叶）、跳出口。紧急机械事故（调速器事故低油压、机械过速140、电气过速140、机械115和调速器AB套严重故障）时，为了防止机组甩负荷造成过速，应现降负荷，待为解列值时，动作折向器（或导叶）、跳出口、关主阀。

水机后备流程完全独立于主控制回路，提高了机组事故时的动作的可靠性。在具体操作过程中，尽量把水机开出回路接至现地设备。为了防止由于负荷降不下来，造成不能停机。解列值选择负荷达解列值或空载开度以下（喷针全关）为条件。由于机组测点的实际原因，本次改造未使用温度量模块，待后期机组测温点位进行冗余配置，可以把温度点接入水机后备保护进行控制。

6结束语

鸭嘴河梯级电站经过PLC的水机后备改造，减少了由于甩负荷引起的过速，提高里水轮机整体的可靠性，达到了改造的要求。