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水利工程论文-安康水力发电厂机组监控系统改造 .doc

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水利工程论文-安康水力发电厂机组监控系统改造 .doc

水利工程论文安康水力发电厂机组监控系统改造摘要文通过分析安康发电机组监控系统存在的缺陷和不足,提出升级改造的主要内容在保留原来电站自动化控制系统框架结构的前提下,对电站自动化控制系统主控级工作站、服务器更换应用软件升级到目前最新版本,即H9000V3.0。关键词电机组监控系统改造安康水电厂14机组监控于1999年4月至2002年2月相继投入运行,采用中国水利水电科学研究院自动化所于二十世纪90年代初期设计开发的面向水电应用的H9000V2.0分布开放计算机监控系统。监控系统在投入后,暴露了一些问题,严重影响机组稳定运行。针对这些问题检修人员积极做了部分技术改造,但还是没有从根本上得到解决。安康水电厂从2006年开始在厂内进行大规模环境治理、设备整治和整体升级改造,为实现无人值班少人值守及争创一流水电厂创造条件。同时H9000V3.0在技术和实际应用中已经相当成熟,于是2008年1月,在4机组大修中率先对其监控系统进行了升级改造,到5月底又相继对其他三台机组也实施了监控升级改造。1H9000V2.0系统及其运行情况H9000V2.0系统计算机监控系统由两台主控机(上位机)和4套现地控制单元(14机组LCU)组成。现地控制单元(LCU)分别由一体化工控机、现地PLC控制单元、通讯模件、模入模件、开入模件、中断模件、开出模件等模块组成。①工控机上位机与现地控制单元PLC通过工控机进行通信,传输数据、指令,工控机若故障将使中央控制室失去对机组的运行监视和实时控制。②独立的双冗余PLC是LCU单元的核心,完成对监控对象的数据采集及数据预处理,通过工控机向上位机传送实时数据信息,并自动服从上位机的命令和管理,按照预先设定的程序进行逻辑判断,通过输入输出模块完成对辅助设备的实时控制。③模入、开入、中断和开出模件主要完成机组运行参数、状态的采集和输出PLC控制指令,这些模件安装在不同位置的机架背板上。④通讯模件用于PLC与安装在不同机架上各模件的通讯。监控系统投运9年来,对机组安全运行造成重大影响的故障进行分析统计,工控机故障,如死机、硬盘损坏、风扇磨损或集尘引起散热不良致使元件烧坏等占到60左右。通讯元件故障(主要是光电转换器)占到40,其他模件虽然也有很多缺陷,但只是影响个别辅助设备运行,不会对机组整体安全构成威胁。在机组LCU配置图中可以看出,上位机的两套独立的网络总线和现地LCU双冗余PLC都要通过工控机进行通信,这并不是完全意义上的硬件双冗余互为备用的双通道网络。综上,工控机是整个系统的瓶颈。2安康水电厂机组监控升级改造H9000V3.0系统于2001年研制开发成功,V3.0版与过去较大改进之处包括可编程控制器直接上以太网、提供监控系统WEB浏览功能、最新国际标准通讯规约库及软件包等,进一步提高了系统的可靠性和可维护性。安康水电厂机组监控系统升级改造的主要内容是在保留原来电站自动化控制系统框架结构的前提下,对电站自动化控制系统主控级工作站、服务器更换应用软件升级到目前最新版本,即H9000V3.0。①LCU取消工控机,增加以太网模块、通讯控制器、触摸屏、现地交换机,更换SOE模块②增加温度RTD模块及其机箱、电源等模块。③PLC的编程软件从DOS(MODSOFT2.6)升级到WINDOWS(CONCEPT2.6)④增设机械事故停机后备PLC。下面分别就4F机组LCU升级改造项目进行介绍①LCU取消工控机,增加以太网模块、通讯控制器、触摸屏、现地交换机,更换SOE模块。工业控制微机结构复杂,有机械旋转部件,是影响LCU乃至监控系统可靠性的瓶颈,在安康水电厂监控系统应用证明也确实如此。H9000V3.0在系统结构有较大改进,LCU采用了可编程控制器(NOE77101)直接上以太网的方式,在控制主回路中取消了工控机,工控机(配置有触摸屏)仅作为现地的辅助控制人机联系设备,相当于计算机显示器的作用,系统正常运行时,工控机可以退出运行。由于控制主回路取消工控机,使上下位机通信更加流畅,设备状态实时性更高,LCU的运行可靠性大幅度提高,维护工作变得更加简单,为下一阶段安康水电厂实现无人值班(少人值守)运行的要求创造了有利条件。机组LCU在PLC控制上仍然沿用老版本,仍是A、B两套在硬件上相互独立、软件相同的双冗余PLC,正常运行期间一套PLC为主站,另一套为热备站。不同的是每套PLC上增加了两个以太网通讯模块(NOE77101)以代替原来工控机承担的机组LCU与上位机的通信任务,通讯网络(NOE77101)通过光口分别与100M冗余以太网A网、B网相连接,改造后的机组LCU将通过4个通信通道与上位机相连接,每个通信模块承担的任务相同,正常运行期间只有一个以太网网络模块(NOE77101)处于工作状态,其他三个处于热备用状态,从而彻底消除了原工控机给监控系统造成的瓶颈,使监控系统的控制可靠性得到进一步加强。真正实现了H9000系统硬件与软件冗余体系,软件总体设计采用无主设计的概念,认为系统整体出现故障的概率是零,系统永远是可控的。②增加温度RTD模块及其机箱、电源等模块。在H9000V2.0系统中机组温度采集工作由温度巡检仪完成,温度量通过工控机扩展串口接入上位机,而不进入PLC。H9000V3.0系统采用高性能的温度量采集模块(ARI03010)取代温度巡检仪原先所承担的采集机组各部温度的任务,机组每个测温电阻直接与测温模块的每个点一一对应,将温度量模拟信号转换为数字量再输出至PLC,提高了温度的实时性和可靠性。这次升级改造同时对机组温度保护跳闸逻辑条件也进行了修改。原温度保护是推力、上导、水导轴承分别有两块瓦(其他瓦温由温度巡检仪采集)与带有电接点的常测温度表相连接,当瓦温达到动作定值后,电接点闭合启动温度保护使机组事故停机。改造后的温度量进入进行PLC后,不再被单一用于温度监视,还用于逻辑判断,发出报警或事故停机信号。上导和水导温度保护动作逻辑与此相同,只是温度定值不同。每个温度测点还附设有梯度闭锁,防止温度采集回路故障引起测量值突变,造成温度保护误动,从而整体提高了温度保护的安全性和可靠性。将各机架电源模块更换为CPS11420电源,输出功率更大,供电质量更稳定。将中断模块更换为modicon生产的ERT85410产品。③PLC的编程软件从DOS(MODSOFT2.6)升级到WINDOWS(CONCEPT2.6)。LCU查询系统采用WINDOWS画面模式,符合大多数人使用WINDOWS操作系统的习惯。彩色触摸屏的应用、简化菜单层次、用红绿标志表示设备状态对于运行人员现地查询、监视十分便捷、直观。④增设机械事故停机后备PLC。在H9000V2.0系统中已经将机组机械保护逻辑判断回路做成了程序,存入PLC的CPU模件当中,机组监控正常运行期间A、B两套PLC相互备用,机组机械保护可靠投入。但PLC故障后机组将失去机械保护,这对运行机组安全是危险的,而且两套PLC同时故障的情况也是有可能发生的,如电源同时故障等。H9000V3.0系统专门针对此问题增设了一个机械事故停机后备PLC,作为机组事故停机的后备手段。具体做法是在机组LCU内设置一个小型机械事故停机后备PLC,该PLC发出的事故停机信号为独立的机组过速、事故低油压及紧急停机按钮等,在发生上述事故时,主PLC与小PLC同时发出事故停机信号实现机组紧急停机。机械事故停机后备PLC的信号、电源独立配置。3机组监控升级改造后的运行情况及评价14机组监控系统升级改造完成投入运行后,发生的故障或存在的问题,需要增添一些功能。①1机组、3机组LCUB套PLC网络模块(NOE77101)前后多次发生故障,系统均能自动切换至备用网络模块(NOE77101)运行,没有影响到机组运行,但从另一个方面看,网络模块故障率较高,要进一步从产品质量和通讯协议是否配合方面进行检查。②14#机组均多次发生测温回路断线瓦温梯度闭锁告警,测点温度实时数值变化太大。梯度闭锁动作,此测点温度值被温度保护屏蔽,不参与温度保护跳闸逻辑比较,不影响机组运行。原因是测温回路端子松动接触电阻增大或测温电阻损坏。对策是①平时应注意避免机组在震动区运行,减轻机组及厂房震动。②在大小修中更换测温电阻,加强设备维护管理。③个别自动化元件(如2F快速门高度位移传感器、1F导叶开度传感器)由于没有备件对机组运行参数监视造成影响。④建议机组监控增加黑启动开机流程。机组黑启动是快速恢复厂用电重要方法,也是电网崩溃后恢复电网的首要工作。实现少人值班后,不会有较多运行人员到现场手动开机,进行黑启动操作,这就延误厂用电的恢复时间,将对设备、防洪设施和电网运行安全极为不利。因此增加

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