第四章水轮发电机组PLC控制系统

1、李国章_丞轮发电机轧PLC掾制系统蒯章水轮发电机组PLC控制系统§4-1水轮发电机组PLC控制系统原理水轮发电机组计算机监控系统可以由可编程序控制器PLC、工控机IPC或单片计算机来构成。较多的是使用可编程序控制器来构成水轮发电机组自动控制单元，因可 编程序控制器PLC适用于顺序控制，也可对有关模拟量进行采集，水轮发电机组的自 动控制也主要是顺序控制，通过对可编程序控制器硬件选型及加上输入输出接口继电 器等就可组成所需的硬件系统，利用梯形图编程软件并根据控制过程编制控制软件及 模拟量采集软件，从而组成完整的水轮发电机组监控系统。本节主要从硬件的角度讲述以可编程序控制器PLC为主组成的

2、水轮发电机组计算机监控系统。以PLC为主构成的水轮发电机组计算机监控系统不仅仅是完成水轮发电 机组的控制，而且还完成水轮发电机组的运行状态、运行参数的采集，可按设定值对 水轮发电机组进行调节。4-1.1 水轮发电机组PLC控制（一）接线原理常规水轮发电机组控制接线原理是由继电器构成的逻辑控制回路，由继电器的线 圈和触点组成一定的逻辑关系，来完成机组的开停机顺序控制及其他控制功能。由可编程序控制器 PLC构成的水轮发电机组监控系统控制接线有其自身的特点， 与常规水轮发电机组控制系统不同，其接线原理图简单，水轮发电机组的各种状态由 状态触点接入PLC的开关量输入模块，控制信号则由PLC的输出模块输

3、出。在接线上 条理清晰，输入的信号统统接在 PLC的开关量输入模块，输出信号统统接在 PLC的开 关量输出模块，水轮发电机组控制的逻辑关系则由PLC的软件来完成，而不象常规自动控制系统一样由继电器来完成。在PLC组成的控制系统中，继电器的作用一般是作为中间继电器，而不是用来完成逻辑功能，如开关量输出模块一般均接中间继电器。常规机组自动控制系统采用继电器的线圈和各种触点的组合来完成一定的逻辑关 系，在特定的接线原理图中，常规自动控制系统要求采用特定的动合或动断触点，即 在回路中只能使用动合触点或动断触点，这对于动合或动断触点数量较少的场合，需 要进行扩展才能满足使用要求。而采用PLC构成的水电站

4、计算机监控系统，则对触点是动合的或动断的没有特别的要求，动合触点或动断触点均可接入PLC的开关量输入模块，且只要有一个状态输入PLC就可以，这个状态送入 PLC后，由PLC的软件来构成一定的控制逻辑关系。PLC对输入触点的要求就是这个触点必须是无电压触点，即这个触点必须由 PLC专用。采用可编程序控制器 PLC组成的典型的水轮发电机组控制系统控制接线原理如图 4-1图4-5所示。若选用的PLC型号不同，其接线方式有一些小差异，但无非是选用 的模块的点数不同，模块的数量不同，每块开关量输入输出模块的公共线用1根或2根等，在本质上是没有区别的。该控制系统的PLC有2块32点的开关量输入模块，1块1

5、6点开关量输入模块，1 块32点和1块16点开关量输出模块，在图4-1和图4-2的开关量用动合触点的断开位 置表示正常或没有动作。发电机电气事故情况已由事故出口继电器KOUl （图4-2端子X2:15）的动合触点给出，不必再向水轮发电机组的PLC输入发电机电气事故的种类，PLC就可对水轮发电机组作出相应的控制。但是在图中还是把发电机差动继电器KGD的动合触点（图4-2端子X2:17）、复合电压过电流继电器 KCV的动合触点（图4-2端子X2:18）、过电 压继电器KOV的动合触点（图 4-2端子X2:19）、发电机失磁继电器 KFF的动合触点 （图4-2端子X2:20）、发电机过负荷继电器 K

6、OL的动合触点（图4-2端子X2:21 ）、转 子一点接地继电器 KRE的动合触点（图4-2端子X2: 22）、发电机电压互感器 TV断 线监视继电器 KM01的动合触点（图4-2端子X2 : 23）、发电机电流互感器 TA断线监 视继电器KM02的动合触点（图4-2端子X2: 24）等接入PLC的输入模块，主要是考 虑有部分的机组若采用常规保护，通过这种接法，保护动作的种类就可以由PLC来采集，机组计算机监控系统就可以区分是什么保护动作了，并把动作的保护信号送上位 机。水轮发电机组PLC控制系统开关量输入点数一般为6496点，开关量输出点数一般为64点，参见图4-1至图4-5。水轮发电机组控

7、制相对较复杂，输入、输出点数 较多，对机组的控制软件有不同的要求，在选用PLC时应考虑留有一定的余地，通常选用中型或大型可编程序控制器PLC,中型或大型可编程序控制器PLC一般为模块式结构，组成的系统灵活，便于扩展。前面已介绍过，开关量输入、输出模块每块模块 的点数有8、16、32等几种规格，模拟量输入模块每块模块的点数有4、8、16等几种规格，可编程序控制器 PLC基板最多可以装10块模块，如果选用点数少的开关量输 入输出模块和模拟量输入模块，则水轮发电机组PLC控制系统的模块数量就较多，再加上PLC的电源模块和 CPU模块，所有的模块数量就有可能超过10块，一块PLC基板安装所有模块就不够

8、了，需要使用PLC的扩展基板，增加了 PLC在控制柜中所占的空间，因此在一般情况下应尽可能选用点数多的模块，如 32点的输入输出模块和 16 点模拟量输入模块，以减少PLC的模块数量，减少 PLC在控制柜中所占的空间。_四豆 水轮发电机组PLC空制系统图4-1水轮发电机计算机监控接线原理图-SKN8V-FU1- FU2|-SAH1-5AH33-SBS-SBSP】-SBSPE-QFB-SGVZ3】小刀开关PLC熔断券捶块电潴上一COM开机机 电PLC开薨*檎A揍块停机并招i美用自动殁切自动 点同期装置单撵运行方式选择模期1H试方式按BCD码设定程运行 1阻急停机停机复归单推运行有或设定需认无功设

9、定勒认凝钝全开位置螺冏聿关位第钠闸制动位置断路混合网位置玉砂开关合蒋位置野断糖剪断升限至美西量开限空疆位置开跟全开位置导升至关位量导叶开度小于空篡导叶开度大于空载科，%首速30%也转速B0%叫转速95% n.转速140* %转建上导群却水推力痔却水输入会共端李国章_水轮发电机轧PLC掾制系统图4-3 水轮发电机组PLC控制接线原理图（二）-SF3-X21一 1号一.灯 _121L?耍-，口34甘至g51口 3寸! 6711 3 £ i8 口13i1回10UJ&Lj.kmf11-KOE建 L-IZ“一口 IP-KLE觑14 iji口 D - KOU141 cu p-KOUS_厂

10、i芋TC1uU-KGD -lxbVID11" 0*KCV1 ,©H-KOV尊.1ULJ-19-KFF世_-K0L_ _£UII-KRE0Z122 -I -KMQ.心1Uw1£42526.27ze* ir29.30a31i32Icnjuf1 p1LU 1*11主轴密封永1PLC?# 开 美>输A 模 洪1轴承、绕组温度偏高轴承、空里温度过高上等油位过低上导油位过高推力轴承油位过低推力轴承油皮过高水导轴承油位过低水导轴承油位过高调速器油压龄低调速器事故低油压励倒风机运行强励动作f励动作发电机电气事故主委事故发电机差动复合电压过电液过电压发电机失磁发电机

11、时负荷转子一点接地发电机TV斯翼发电机TA新线备用|糟人公夷瑞_四豆 水轮发电机组PLC空制系统L1+ L1-3有功电能PLC无功电能有助给定费码跟-3#无功给定搬器盘开关ft第入备用镇块物A公共蠲图4-3 水轮发电机组PLC控制接线原理图（三）拨码盘控制PLC2#开 关量 输 出模 块备用拨码盘控制图4-5 水轮发电机组PLC控制接线原理图（五）LZ -上2 +| DC24V |-SKN9A-FU18|rFUl 彳KSTK4 电. 典 翼 K8Kg 皿K1240K14Kj 电6 K17 KL8K19K20 KQU3 K0U4 KQU* KOU上FL1PL2 PUP 7山 -JW小刀开美PLC

12、模跳电源博断器开机1停机投技术供水切技术供水n同开启关国刷动器制初制就器复。合灭开关分灭翌开关PLC起励#投官动推同期装置开而自动推同期装置斓速器常停电楼特分发电机断路器美导叶开限增导叶升限就重导叶开度增导叶开度战糖AM出备用模机组事战机里故障坡机犯事故保持机期故障保持开机准备信号票附开启僖号舞冏关闭信号"停机未完成机组事故信号机蛆秋漳信号常出公共般1图4-4 水轮发电机组 PLC接线原理图（四）在实际使用中，水轮发电机组开关量输入、输出点数不一定刚好与开关量输入、 输出模块的点数相同，所选用的开关量输入、输出模块的点数应大于机组开关量输入、第四豆水轮发电机组PLC空制系统 输出点数

13、，这样才能满足使用的要求。通常还要求开关量输入、输出模块留有5%的空 余点作为备用，这在一般情况下是不需要为备用专门增加模块；因为模块的点数一定 大于实际使用的点数。PLC的开关量输入输出模块的电压通常是DC24V或AC220V ,在水轮发电机组控制中，AC220V较少作为操作电源的电压，因此由 PLC构成的水轮发电机组控制系统 较常用的操作电源电压是DC24V。但是，由于被控制的水轮发电机组的操作电源电压经常为DC110V或DC220V,PLC DC24V的输出模块不能对此直接进行控制，加之PLC输出模块每路的功率有限，因此，在一般情况下，PLC的输出模块是通过输出中间继电器来完成对水轮发电

14、机组的控制，如图4-4所示。（二）机组开机不论采用常规自动控制设备或采用PLC控制设备来控制水轮发电机组，水轮发电机组的控制过程基本是不变的。1.开机条件（1）发电机断路器在跳闸位置，断路器合闸位置继电器KCP的动合触点在断开位置（图4-1端子Xl:17 ）。（2）发电机制动闸内无风压，制动闸在落下位置，制动闸位置开关SRV在断开位置（图4-1端子Xl:16 ）。（3）水轮发电机组无事故。紧急停机按钮SBES没有按下（图4-1端子XI: 9）;发电机灭磁开关 QFB在跳闸位置（图4-1端子XI: 18）,灭磁开关动合辅助触头 在断开位置；水轮机导水机构剪断销正常，剪断销信号器SS的动合触点在断

15、开位置（图4-1端子XI : 19）;机组轴承、绕组温度正常，温度信号器 ST的动 合触点在断开位置（图 4-2端子X2: 2和3）;上导轴承、推力轴承、水导轴 承的油位正常，液位信号器SL的动合触点在断开位置（图 4-2端子X2: 4至9）;调速器油压正常，油压偏低、事故低油压压力信号器SP的动合触点在断开位置（图4-2端子X2: 10和11）;发电机无电气事故， 发电机电气事故出口 继电器KOUl的动合触点在断开位置（图 4-2端子X2: 15）,也就是说发电机 差动继电器KGD （图4-2端子X2: 7）、复合电压过电流继电器KCV （图4-2端子X2 : 8）、过压继电器 KOV （图

16、4-2端子X2: 19）、发电机失磁继电器 KFF（图4-2端子X2: 20）、发电机过负荷继电器 KOL （图4-2端子X2 : 21）、转 子一点接地继电器 KRE （图4-2端子X2 : X22）。2.开机操作当上述开机条件满足后，开机准备信号灯PLl点亮（图4-4端子X4: 27）,见图4-4水轮发电机组PLC控制接线原理图。开机操作过程如下。（1）蝶阀开启1）开机联动开启蝶阀操作开停机控制开关 SACl （图4-1端子Xl : 1）,将控制开关SACl拧向开机方 向，其触点1、2接通，可编程序控制器 PLC首先检测蝶阀启闭位置，若蝶阀全关 限位开关SBV2的动合触点闭合（图 4-1端

17、子X1 : 15）,则表明蝶阀在关闭位置， PLC先联动开启蝶阀，蝶阀开启中间继电器K3动作（图4-4端子X4: 5）,向蝶阀开启回路发出开启命令，满足开启条件的蝶阀控制回路，先开启旁通阀，使阀 前后平压，平压后开启主阀。蝶阀开启中间继电器K3由PLC给出指令保持至蝶阀全开。在蝶阀开启过程中，蝶阀开启位置信号灯 PL2闪烁（图4-2端子X4 : 28）; 当蝶阀开启后，蝶阀全关限位开关SBV2的动合触点断开（图 4-1端子X1 : 15）,蝶阀关闭位置信号灯 PL3熄灭（图4-4端子X4: 29）;当蝶阀到达全开位置时， 蝶阀全开限位开关 SBV1的动合触点闭合（图 4-1端子X1: 14）,

18、蝶阀开启位置信 号次T PL2为平光点亮（图4-4端子X4 : 28）。2）直接操作开启蝶阀开启蝶阀的另一种方法，就是不采用开机联动开启蝶阀，在把开停机控制开关 SAC1拧向开机方向前，在蝶阀就地控制柜或机旁屏操作蝶阀启闭控制开关，先把 蝶阀开启。如在机旁屏上操作蝶阀启闭控制开关SAC2 （图4-1端子X1 : 30,把控制开关SAC2拧向蝶阀开启方向，其触点 1、2接通，PLC控制蝶阀开启中间继电 器田动作（图4-4端子X4: 5）,向蝶阀开启回路发出开启命令，蝶阀开启中间继 电器K3由PLC经一定延时后动作复归；在蝶阀开启过程中，蝶阀开启位置信号 灯PL2闪烁（图4-4端子X4: 28）;

19、当蝶阀开启后，蝶阀全关限位开关SBV2的动合触点断开（图4-1端子X1 : 15）,蝶阀关闭位置信号灯 PL3熄灭（图4-4端子 X4: 29）;当蝶阀到达全开位置时，蝶阀全开限位开关SBV1的动合触点闭合（图4-1端子X1 : 14）,蝶阀开启位置信号灯 PL2为平光点亮（图4-4端子X4: 28） （2）投技术供水当机组开停机控制开关 SAC1拧向开机方向，蝶阀已开启，PLC检测蝶阀全开限位开关SBV1的动合触点闭合（图 4-1端子X1 : 14）,蝶阀开启位置信号灯PL2点亮（图4-4端子X4: 28）。则PLC继续检测上导轴承冷却水、推力轴承冷却水、 主轴密封水等的示流信号器SF1、S

20、F2、SF3的动合触点（图4-1端子X1 : 31和32,图4-2端子X2 : 1）,若这些动合触点没有闭合，则表明技术供水未投入，PLC开机联动投技术供水，投技术供水中间继电器K1动作（图4-4端子X4: 3）,若投切技术供水的电磁阀为瞬时通电型的，则由PLC经一定的延时后复归 K1 ,当技第四豆水轮发电机组PLC空制系统 术供水投入后，使得上导轴承冷却水、推力轴承冷却水、主轴密封水等的示流信 号器 SF1、SF2、SF3的动合触点闭合。 （3）合发电机灭磁开关PLC控制合发电机灭磁开关中间继电器K7动作（图4-4端子X4: 9）,接通灭磁开关合闸回路，灭磁开关合闸，灭磁开关动合辅助触点QF

21、B闭合9图4-1端子XI: 18）。 （4）开水轮机导叶 1）采用机械液压或电气液压调速器的机组采用机械液压或电气液压调速器的机组，可以取消开机继电器KST和停机继电器KSP （图4-4端子X4: l和2）。PLC控制调速器开度限制增加中间继电器K14动作（图4-4端子X4: 16）,调速器开度限制开至空载位置，开度限制空载位置开关SOL2的动合触点闭合（图4-1端子XI : 21）; PLC控制导叶开度增加中间继电器K16动作（图4-4端子X4 :18）,水轮机导叶开至空载开度，导叶空载开度位置开关SGV2的动合触点闭合 9图4-1端子XI : 24）;水轮发电机组随着导叶的开启而起动旋转。

22、2）采用微机调速器的机组对于采用微机调速器的机组，可以取消导叶开度限制位置开关SOLl、SOL2、SOL3 （图4-1端子XI : 20至22）,取消调速器开度限制增减中间继电器K14、K15（图4-4端子X4: 16和17）,因为微机调速器在接受开机命令后可以自动控制调 速器导叶开度限制和导叶开度，不需再由其他的控制装置来对其进行控制，图中 保留了水轮机导叶开度增减中间继电器K16、K17 （图4-4端子X4: 18和19）,使得机组并网发电后，PLC可以控制水轮机导叶来调节机组负荷。在开机过程中，PLC控制开机继电器 KST动作（图4-4端子X4: 1）,向微机 调速器发出开机命令，微机调

23、速器自动开启导叶开度限制和导叶至空载位置，水 轮机导叶开至空载开度，导叶空载开度位置开关SGV2的动合触点闭合（图 4-1端子XI : 24）;水轮发电机组随着导叶的开启而起动旋转。（5）起励水轮发电机组起动后逐渐加速，当转速信号器SN中表示80%额定转速的动合触点闭合（图4-1端子Xl : 28）,机组的转速达到 80%额定转速时，发电机的电 压还没有建立，PLC控制起励中间继电器 9动作（图4-4端子X4: 11）,接通发 电机的起励回路，使发电机建压。（6）自动准同期并网在开机前或开机过程中， 操作自动投切自动准同期装置选择开关SAHl （图4-1第四豆水轮发电机组PLC空制系统端子XI

24、 : 5）,把SAH1拧向自动位置，其触点 1、2接通，当机组转速信号器SN中表示95%额定转速的动合触点闭合（图 4-1端子X1 : 29）, PLC控制投自动准 同期装置的中间继电器 K10动作（图4-4端子X4: 12）,把自动准同期装置投入 运行，自动准同期装置自动调节机组的频率和电压，当达到准同期条件时，自动 准同期装置发出合闸命令，发电机机端断路器合闸，断路器合闸位置继电器KCP的动合触点闭合（图 4-1端子XI: 17）,中间继电器 K11动作（图4-4端子X4: 13）,退出自动准同期装置。对于机械液压或电气液压调速器来讲，发电机断路器合闸后，PLC将把调速器导叶开度限制打开至

25、全开位置，PLC控制调速器开度限制增中间继电器K14动作（图4-4端子X4: 16）,当导叶开度限制打开至全开位置时，导叶开度限制全 开位置开关动合触点 SOL3闭合（图4-1端子XI : 22）。当自动投切自动准同期装置选择开关SAHl在断开位置时（图4-1端子XI: 5）,即使机组转速达到 95%额定转速时，PLC也不把自动准同期装置投入运行，则机 组不能通过自动准同期装置并网，但是可以通过运行人员由手动准同期并网。若 机组不需并网，可以不进行同期操作，水轮发电机组由调速器和励磁装置调节机 组的频率和电压，使机组在空载状态下运行。（7）发电运行当选择开关SAH3拧向按BCD码设定值运行（图

26、4-1端子XI : 8）,其触点1、 2接通，PLC将根据有功给定拨码盘 DIPl、无功给定（或功率因数给定）拨码盘 DIP2的给定值（图4-3端子X3: 3至10）,由PLC控制导叶开度增减中间继电器 K16、K17和励磁增减中间电器 K18、K19 （图4-4端子X4 : 1821）,自动调节 水轮发电机组的有功功率和无功功率，使机组的实际有功功率和无功功率达到设 定值。当选择开关 SAH3不在设定值位置时，机组可以按照运行人员的调节运行或 按照上位机的给定值运行。（8）机组有功功率和无功功率给定（或功率因数给定）在图4-5控制图中，机组的有功功率和无功功率给定（或功率因数给定）值 是采用

27、BCD码拨码盘进行输入的，采用 4位数字输入，适用于机组容量小于 10MW,当机组容量在10100MW之间，可用5位数字输入，对于不同容量的机 组，所用的数字位数不同。若控制系统带后台计算机，一般将机组有功功率和无功功率以数字量，输入 计算机经通讯传送到 PLC控制器中，进行对机组进行调节控制。（9）开机未完成当开机命令发出经过一定的时间后，机组还没有完成开机过程， PLC就控制 机组故障继电器 KOU4和机组故障保持继电器 KOU6动作（图4-4端子X4 : 24 和26）,向中央音响信号系统发出机组开停机未完成信号并点亮光字牌PLL1 （图4-4 端子 X4 : 30）。3.停机操作1）采

28、用机械液压调速器或电气液压调速器的机组操作开停机控制开关 SACl （图4-1端子XI : 2）,将控制开关SACl拧向停机 方向，其触点3、4接通，PLC控制水轮机导叶开度减小中间继电器 K17动作（图 4-4端子X4: 19）,减小水轮机导叶开度，机组卸负荷。2）采用微机调速器的机组操作开停机控制开关 SACl （图4-1端子XI : 2）;将控制开关SACl拧向停机 方向，其触点3、4接通，PLC控制视组停机中间继电器KSP动作（图4-4端子X4: 2）,向微机调速器发出停机命令，微机调速器减小水轮机导叶开度，机组卸 负荷。（2）断路器跳闸、灭磁开关跳闸当水轮机导叶关至空载开度，导叶开度

29、小于空载开度位置开关SGV2动合触点从闭合状态变为闭合状态（图4-1端子XI : 24）, PLC控制断路器跳闸中间继电器K13动作（图4-4端子X4: 15）,接通断路器跳闸回路，发电机断路器跳闸， 断路器合闸位置继电器动合触点KCP处于断开位置（图 4-1端子XI : 17）; PLC控制灭磁开关跳闸中间继电器K8动作（图4-4端子X4: 10）,接通灭磁开关跳闸回路，发电机灭磁开关跳闸，灭磁开关动合辅助触点QFB断开（图4-1端子XI :18）对于采用微机调速器的机组，断路器跳闸命令也有从调速器发出的。（3）导叶开度限制关至全关1）采用机械液压或电气液压调速器的机组当发电机断路器跳闸后，

30、PLC控制导叶开度限制减小中间继电器K15和导叶开度减小中间继电器 K17动作（图4-4端子X4: 17和19）,调速器导叶开度限制 和水轮机导叶均关至全关，开度限制全关位置开关SOLl的动合触点闭合（图 4-1端子Xl : 20）,导叶开度全关位置开关 SGVl的动合触点闭合（图4-1端子Xl : 23）。 2）采用微机调速器的机组当发电机跳闸后，调速器导叶开度限制和水轮机导叶均关至全关，开度限制 全关位置开关SOLl的动合触点闭合（图 4-1端子Xl : 20）,导叶开度全关位置开 关SGVl的动合触点闭合（图 4-1端子Xl : 23）。（4）机组制动水轮机导叶全关后，机组转速下降，当转

31、速信号器SN表示小于30%额定转速的动合触点闭合（图 4-1端子XI : 27） , PLC控制制动器制动中间继电器 K5动 作（图4-4端子X4: 7）,机组制动器制动。（5）制动解除、切技术供水当机组停止转动后，转速信号器SN表示0转速的动合触点闭合 （图4-1端子XI: 26）, PLC经一定的延时，控制制动器复归中间继电器K6 （图4-4端子X4 :8）、切除技术供水中间继电器K2动作（图4-4端子X4 : 4）,解除机组的制动，切除机组的技术供水，完成机组正常停机。（6）停机未完成当停机命令发出经过一定的时间后，机组还没有完成停机过程，PLC就控制机组故障继电器 KOU4和机组故障保

32、持继电器 KOU6动作（图4-4端子X4 : 24 和26）,向中央音响信号系统发出机组开停机未完成信号并点亮光字牌PLL1 （图4-4 端子 X4 : 30）。3.事故停机（1）机组出现电气事故1）断路器跳闸、灭磁开关跳闸的同时当水轮发电机组出现电气事故时，除继电保护作用于断路器跳闸，PLC还控制断路器跳闸中间继电器 K13动作（图4-4端子X4: 15）,接通断路器跳闸回路， 发电机断路器跳闸，断路器合闸位置继电器动合触点；KCP处于断开位置（图4-1端子XI : 17）, PLC控制灭磁开关跳闸中间继电器K8动作（图4-4端子X4 : 10）,接通灭磁开关跳闸回路，发电机灭磁开关跳闸，灭

33、磁开关动合辅助触点QFB断开（图 4-1 端子 XI : 18）。2）水轮机导叶全关PLC在控制发电机断路器、灭磁开关跳闸的同时： 采用机械液压或电气液压调速器的机组PLC控制调速器紧停电磁阀中间继电器K12和导叶开度限制减小中间继电器K15动作（图4-4端子X4: 14和17）,把水轮机导叶关至全关位置，水轮机导叶 开度限制全关位置开关 SOL1 （图4-1端子XI : 20）和水轮机导叶开度全关位置开 关SGV1 （图4-1端子XI: 23）的动合触点闭合。 采用微机调速器的机组PLC控制调速器紧停电磁阀中间继电器K12和机组停机继电器 KSP;动作（图4-4端子X4: 14和2）,把水轮

34、机导叶关至全关位置，水轮机导叶开度限制全关位 置开关SOLl （图4-1端子XI : 20）和水轮机导叶开度全关位置开关SGV1 （图4-1端子XI : 23）的动合触点闭合。3）报警在PLC控制跳闸和关导叶的同时，PLC点亮机旁屏上机组事故光字牌PLL2 （图4-4端子X4: 31）,同时控制机组事故出口继电器KOU3动作和事故出口保持继电器KOU5动作（图4-4端子X4: 23和25）,以接通音响报警和光字牌回路。事故 出口继电器KOU3和事故出口保持继电器 KOU5都是用于向由另一 PLC构成的中 央音响信号系统发出机组事故信号，但它们的动作情况不同，事故信号继电器 KOU3由PLC控制

35、经过一短暂延时后复归，以便当机组的第二个事故出现时，再 次起动中央音响，KOU5用于保持机组的事故信号，只要机组的事故没有消除， PLC则一直保持其处于动作状态。当机组出现事故时，由另一PLC构成的中央音响信号系统检测到KOU3动合触点瞬时闭合，则起动电笛，使机组事故光字牌闪烁，当运行人员按确认按钮后， 电笛停止鸣响，机组事故光字牌由动作的KOU5保持平光点亮，当机组出现第二个事故，KOU3再次瞬时闭合，再次起动电笛，并使机组事故光字牌再次闪烁。 取代常规中央音响信号系统中的冲击继电器。4）机组制动、切除技术拱水机组制动、制动复归和切除技术供水同机组正常停机一样，不再复述。（2）机组出现机械事

36、故1）水轮机导叶全关、发电机断路器和灭磁开关跳闸采用机械液压或电气液压调速器的机组PLC控制调速器紧停电磁阀中间继电器K12和导叶开度限制减小中间继电器K15动作（图4-4端子X4: 14和17）关闭水轮机导叶， 在水轮机导叶关至空载位 置时，导叶空载开度位置开关SGV2的动合触点闭合（图 4-1端子XI : 24）, PLC控制断路器跳闸中间继电器K13动作（图4-4端子X4: 15）,接通断路器跳闸回路，发电机断路器跳闸，断路器合闸位置继电器动合触点KCP处于断开位置（图4-1端子XI : 17）; PLC控制灭磁开关跳闸中间继电器K8动作（图4-4端子X4:10）,接通灭磁开关跳闸回路，

37、发电机灭磁开关跳闸， 灭磁开关动合辅助触点 QFB断开（图4-1端子XI : 18）。当水轮机导叶关至全关位置，水轮机导叶开度限制全关位置开关SOL1和水轮机导叶开度全关位置开关 SGV1的动合触点闭合（图 4-1端子XI : 20和23）。 采用微机调速器的机组PLC控制调速器紧停电磁阀中间继电器K12和机组停机继电器 KSP动作（图4-4端子X4: 14和2）,关闭水轮机导叶至空载，PLC控制断路器跳闸中间继电器K13动作（图4-4端子X4: 15）,接通断路器跳闸回路，发电机断路器跳闸，断路 器合闸位置继电器动合触点KCP处于断开位置（图 4-1端子XI : 17）; PLC控制灭磁开关

38、跳闸中间继电器K8动作（图4-4端子X4 : 10）,接通灭磁开关跳闸回路，发电机灭磁开关跳闸，灭磁开关动合辅助触点QFB断开（图4-1端子XI: 18）。当水轮机导叶关至全关位置，水轮机导叶开度限制全关位置开关SOLl和水轮机导叶开度全关位置开关SGV1的动合触点闭合（图 4-1端子XI : 20和23）。2）其余停机过程与电气事故停机过程相同。在机械事故停机时不立即跳开发电机断路器，以避免机组在事故停机时出现甩负荷引起机组过速；但在电气事故时为了快速切断事故点，在事故停机时先跳发 电机断路器。4.紧急事故停机当机组转速达到140%额定转速，转速信号器SN表示140%额定转速的动合触点闭合（

39、图4-1端子XI : 30）,或调速器油压装置事故低油压；或在机组事故停机过程中，导叶剪断销剪断，剪断销信号器SS的动合触点闭合（图 4-1端子XI: 19）, PLC在控制发电机断路器跳闸等事故停机的操作同时，PLC还控制蝶阀关闭中间继电器K4动作（图4-4端子X4: 6）,以接通蝶阀关闭回路，当蝶阀开始关闭时，蝶阀开启信号灯 PL2熄灭（图4-4端子X4: 28）,表示蝶阀开启的动合位置触点SBVl从闭合位置断开（图4-1端子XI : 14）,蝶阀关闭信号灯 PL3闪烁（图4-4端子X4: 29）,当蝶阀关至 全关位置时，蝶阀关闭信号灯PL3停止闪烁并点亮，表示蝶阀关闭的动合位置触点SBV

40、2从断开位置闭合（图 4-1端子X1 : 15）。由于小型水轮发电机组担任调相任务非常少，调相操作过程这里不作介绍，有兴 趣者可参考有关书籍。（四）机组保护水轮发电机组的保护分为电气保护和机械保护两类。保护动作有几种情况：一种 作用于机组事故停机；一种作用于机组紧急停机；一种仅作用于发出信号即故障信号。 1.电气保护（1）作用于机组事故停机的电气保护当作用于机组事故停机的电气保护动作，发电机电气保护事故出口继电器KOUl的动合触点闭合（图 4-2端子X2: 15）, PLC控制机组事故停机并控制机组事故出口继电器 KOU3和事故出口保持继电器 KOU5动作（图4-4端子X4 : 23 和25）

41、,点亮机旁屏上机组事故光字牌PLL2 （图4-4端子X4 : 31）,起动中央音响信号系统。一般作用于机组事故停机的电气保护有：发电机纵联差动、复合电压过电流、过电压、发电机失磁等保护。（2）作用于机组故障信号的电气保护当作用于机组故障信号的电气保护动作，PLC控制机组故障出口继电器KOU4和故障出口保持继电器 KOU6动作（图4-4端子X4: 24和26）,点亮机房屏上机 组故障光字牌PLL3 （图4-4端子X4: 32）,起动中央音响信号系统。作用于故障信号的电气保护一般有：过负荷、低频、欠压、转子一点接地等。 2.机械保护（1）作用于机组事故停机的机械保护作用于机组事故停机的机械保护有：

42、机组轴承温度过高，当机组轴承温度过高 时温度信号器ST动合触点3、4闭合（图4-2端子X2: 3）;压力信号器 SP动合 触点3、4闭合（图4-2端子X2 : 11）;当水轮机导轴承采用水润滑，润滑水中断 后启用备用水源，经过一定的延时仍没有水。当上述保护动作后，PLC控制机组事故停机并控制机组事故出口继电器KOU3和事故出口保持继电器 KOU5动作（图4-4端子X2 : 23和25）,点亮机旁屏上机 组事故光字牌PLL2 （图4-4端子X4: 31）,起动中央音响信号系统。（2）作用于机组紧急事故停机的机械保护作用于机组紧急事故停机的机械保护有：机组过速，转速信号器SN表示140%额定转速动

43、合触点闭合（图4-1端子XI : 30）;调速器油压装置事故低油压，在机组事故停机时导叶剪断销剪断，剪断销信号器SS动合触点闭合（图4-1端子X1:19）。当上述保护动作后，PLC控制机组紧急事故停机并控制机组事故出口继电器KOU3和事故出口保持继电器 KOU5动作（图4-4端子X4 : 23和25）,点亮机旁 屏上机组事故光字牌 PLL2 （图4-4端子X4: 31）,起动中央音响信号系统。（3）作用于机组故障信号的机械保护作用于机组故障信号的机组机械保护有：上导轴承和推力轴承冷却水、主轴密封水中断，示流信号器FS1、SF2、SF3的动合触点闭合（图 4-1端子X2 : 31和32,图4-2

44、端子X2 : 1）;机组轴承、绕组温度偏高，温度信号器ST的动合触点1、 2闭合（图4-2端子X2 : 2）;上导轴承油位过低或过高，液位信号器SL1的动合触点1、2或3、4闭合（图4-2端子X2 : 4和5）;推力轴承油位过低或过高，液 位信号器SL2的动合触点1、2或3、4闭合（图4-2端子X2 : 6和7）;水导轴承 油位过低或过高，液位信号器SL3的动合触点1、2或3、4闭合（图4-2端子X2 : 8和9）;调速器油压偏低，压力信号器SP的动合触点1、2闭合（图4-2端子X2 : 10）。第四豆水轮发电机组PLC空制系统当上述保护动作后，PLC控制机组故障出口继电器KOU4和故障出口保

45、持继电器KOU6动作（图4-4端子X4: 24和26）,点亮机旁屏上机组故障光字牌PLL3（图4-4端子X4: 32）,起动中央音响信号系统。4-1.2 PLC控制系统电源由于采用了 PLC控制系统，在机组就地控制单元上一般集中了机组开停机控制 PLC、机组交流电参数测量仪、机组温度巡检仪、变送器等装置或设备，这些设备均 需要电源才能工作。PLC的工作电源可以是 AC220V或DC24V,采用 AC220V的PLC的电源模块，上面往往还带有 DC24V的输出，输出电流一般为1A或2A ,图4-6为PLC电源模块接 线，PLC的电源模块输出 DC24V ,主要是为了便于 PLC开关量输入模块、开

46、关量输出FLCMta一FIX电源模块PLC DC24V 精出PLC工作电源宿入模块的使用。当PLC开关量输 入输出模块点数少的时候，使 用PLC电源模块提供的 DC24V电源较方便和经济，但 是当PLC的输入、输出模块的即4-6 PLC .电源模块接线点数较多时，其提供的电流就不能满足使用要求。在水电站PLC控制系统中，开关量输入、输出点数相对较多，电源模块的输出电流不够使用， 因此需外部提供DC24V供开关量输入、输出模块使用，采用外部电源还可以带来提高 PLC电源模块工作可靠性的好处，因为PLC开关量输入、输出模块的外部引出线较长，引线到的地方有的较潮湿，外部引出线容易短路，使用外部DC2

47、4V电源可以避免影响PLC的电源模块的工作。机组交流电参数测量仪、机组温度巡检仪、部分电气量变送器和非电气量的变送 器的工作电源采用 AC220V ,为保证这些装置和设备的工作可靠性，便于设备的调试， 在屏柜中，这些设备和 PLC 一样均应有单独的电源分支回路。PLC的开关量输入、输出模块和部分非电气量变送器使用DC24V电源，DC24V电源可以通过交直流电源转换装置获得，也可以从直流蓄电池屏中引出。这些设备的 电源也应由单独的电源分支回路供电，以提高供电的可靠性，方便电站现场调试。水轮发电机组PLC控制系统电源接线如图 4-7所示。UI N1 U2 N2卷PLC至交it电参城常量也s:nd,

48、U3 N3 U4 N4 U5 N5至强送抵至祝厘趾值至交直流电僚变质器 FU14-SKN9 "X - SKNl(?r士 *1即?即-FU1341hCzwvLl + LI -L2 + L2-L3+L3-至户LC开美*至PLC升美城变遇器人模块输出模块(b)图4-7水轮发电机组PLC控制系统电源接线淤-2水轮发电机组PLC控制系统的调试维护4-2.1 调试水轮发电机组PLC控制系统调试分为 PLC及外部接线检查和模拟调试、单步运行调试、编程器高级调试等，其中编程器高级调试要求调试人员具有较多的计算机知识。(一)PLC及外部接线检查和模拟调试1 . PLC及外部接线检查(1) PLC模块检

49、查水轮发电机组计算机监控系统所使用的PLC, 一般情况下由多种模块组成，这些模块的数量和型号各异，全部安装在基板上，在设备进行调试前应首先进行检 查。在组成PLC控制系统的模块中，电源模块和CPU模块是不能缺少的，应首先检查安装在基板上电源模块和CPU模块的型号是否符合所选用的型号。其次检查开关量输入、输出模块是否符合设计所选用的型号和数量，检查每块开关量输入、输出模块的点数与图纸的一致。第四豆水轮发电机组PLC空制系统检查模拟量输入模块和其他模块的型号和数量，检查每块模块的点数与图纸的在检查完PLC模块的型号和数量正确后，检查PLC模块在基板上的安装要稳妥，接插件连接要可靠。(2) PLC电

50、源接线检查PLC电源模块的电源一般有 AC220V或AC110V或DC24V 3种，在接线时应核 对接入的电源电压，以避免接错电源损坏设备，电源接线应牢固可靠，保证PLC可靠工作。(3) PLC输入输出模块接线检查不同的开关量输入、输出模块对接入的电压有不同的要求，有的要求采用DC24V ,有的要求采用 DC110V ,还有的要求采用 AC110V或AC220V ,如果接错， 或使PLC输入、输出模块损坏，或使PLC模块不能工作，因此接完线后应仔细检 查接入的电源电压要与模块所要求的电压相一致，以保证PLC能正确可靠动作。除检查PLC输入、输出模块的接入电压要正确外，还应检查PLC输入、输出模

51、块各点的接入回路和引出回路的正确，由PLC组成的水轮发电机组控制系统是由硬件和软件构成的，编制的PLC控制软件与各个输入、 输出模块的触点相对应， 一旦当输入、输出模块的实际接线与图纸不符合；那么根据图纸接线编制的控制 软件在运行时，就不能保证水轮发电机组的控制顺序符合设计的顺序，对机组会 造成意外动作。2 .模拟调试水轮发电机组计算机监控系统模拟调试的目的是通过给PLC上电，来检查PLC各模块的故障情况，模块与基板连接情况，检查、调试模块与外部输入、输出回路的连 接情况等。PLC上电检查在模拟调试前应先给 PLC上电，合上PLC工作电源开关 SKN2,见图4-9(a), 检查PLC电源指示灯

52、应点亮。PLC上电后即自行对所有装在基板上的模块进行检查，若一旦发现某个模块有故障，PLC点亮CPU模块上的故障指示灯，有些型号的 PLC在每个模块上均有 故障指示灯，用于指明故障模块，上电检查发现故障模块后，应对其进行更换。当PLC中已装入水轮发电机组监控程序，PLC处于运行模式时，PLC CPU模块上的运行指示灯应点亮，表明PLC处于运行模式。(2)选择模拟调试方式将连续运行/单步运行/模拟调试选择开关SAH2拧在模拟调试位置，选择模拟调试方式(图4-1端子XI : 7) (3)模拟调试1) PLC开关量输入模块及其回路模拟调试合上PLC开关量输入模块电源开关 SKN8,见图4-1和图4-

53、9(b)。逐点调试检查开关量输入模块的输入回路情况，当某一开关量输入模块的外部触点接通时，则在开关量输入模块上可以看到相应的指示灯点亮，当触点断开时， 相应的指示灯熄灭，由此可以判断出开关量输入模块回路接线的情况。例如上导轴承冷却水示流信号器动合触点SFl闭合(图4-1端子X1 : 31),在开关量输入模块上表示该触点闭合的指示灯就点亮，当该触点断开时，指示灯就 熄灭。如果当外部触点闭合后，PLC开关量输入模块上相应的指示灯没有点亮，则可能有3种情况出现。一种是外部触点回路没有接通，这种问题较常见，也较容易 处理，通过查线或修改接线就可以解决；第二种情况是PLC开关量输入模块的输入触点损坏，这种情况出现后，最好应更换PLC的开关量输入模块，以保证使用可靠，但如果开关量输入模块上只是损坏了12点，其他的点都是完好的，也可以不更换模块，可以避开这12个损坏的点使用，若要这样使用，则需采用高级调试技术，修改水轮发电机组的监控程序，因程序的编制是与外部触点的接入密 切相关的；第三种情况是开关量输入模块上的输入指示灯损坏，