小湾电厂顶盖排水控制系统优化
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摘要：水电厂顶盖排水控制系统的可靠性，会直接影响机组的安全稳定运行。本文介绍了小湾水电厂投产初期顶盖排水控制系统的设计、自动化元件的配置及运行中存在的问题；目前针对存在的问题进行了分析、改造、优化。
关键词：顶盖排水；控制；可靠；小湾电厂
中图分类号：TM6文献标识码： A
1概述
小湾电厂位于云南省西部南涧县与风庆县交界的澜沧江中游河段，系澜沧江中下游河段规划的八个梯级中的第二级。小湾电厂以发电为主，兼有防洪、灌溉、拦沙及航运等综台利用效益，系澜沧江中下游河段的“龙头水库”。电厂地下厂房共装有6台立轴混流式水轮发电机组，单机容量700 MW，总装机容量4200 MW。
小湾电厂顶盖排水系统主要用于排出水轮机顶盖内主轴密封漏水和顶盖内其它渗漏水。每台机组顶盖排水系统由两台顶盖排水泵（2*12.8kW）、一台射流泵（电动球阀）、液位传感器、液位开关、控制柜以及其它附件组成。
2投产初期顶盖排水控制系统设计及存在问题
2.1控制系统自动化元件配置及控制逻辑
我厂顶盖排水系统采用的PLC可编程控制器品牌为光洋KOYO，模拟量水位计采用STS ASM/TI-1型投入式液位计，液位开关则采用浮球开关。通过浮球开关检测顶盖里水位的变化来控制水泵的启停，当水位上升到启泵水位时，启动主泵；如果主泵启动后顶盖水位还继续上升至高水位，则备用泵投入运行并报警；当两台泵同时启动，水位仍继续上升至过高水位，射流泵投入运行并报警，投入式液位计供监控显示监测顶盖水位。两台潜水泵按启动计数5次轮换。
2.2存在的问题
1、自机组投产以来，我厂1至6号机组顶盖水位计，由于本体结构、运行环境工况等问题多次出现示数不显示、跳变等故障，STS ASM/TI-1型投入式液位计存在的缺陷和问题已对我厂设备的安全稳定运行造成了很大程度的影响，频繁出现的缺陷增加了值班人员的维护工作量和劳动强度，加大了系统运行成本。
2、浮球开关是通过水的浮力控制开关节点动作，而顶盖内环境恶劣，水位波动较大，使浮球开关动作不可靠并且容易缠绕，导致水泵误启动或不启动。
3、单独靠浮球开关动作来控制启动水泵，没有冗余配置，给机组安全运行带来隐患。
4、控制系统使用的PLC品牌为光洋KOYO，产品比较落后，功能过于简单，目前已不能完全满足电厂自动化控制的要求，且我厂辅助设备系统中只在顶盖排水控制系统上使用光洋品牌的PLC，通用性较差，不好统一维护，稳定性较其他品牌略低。顶盖排水系统PLC没有模拟量模块，无法增加模拟量水位信号参与水泵控制形成冗余配置，模拟量仅作为监控显示。
5、顶盖排水控制柜内，一次电缆与二次电缆未进行分开敷设，布置不合理，容易造成强电串电、干扰信号等问题而导致误报信号、误开出命令的隐患。
6、顶盖排水系统至为重要，需要被监控的信号较多，如水位变化、启停泵、报警信号等，但目前工作人员无法直观的监测到这些数据信号，只能通过上位机历史曲线查询或监控简报得知，不利于及时发现问题和提前预警。
3解决方案分析
1、STS ASM/TI-1型投入式液位计无法用于顶盖内恶劣的环境下，拟采用PCWL GZHF.WQX-1型导压式液位计。与STS ASM/TI-1型投入式液位计相比，其压力传导方式原理类似，区别在于导压式液位计是把压力传导到仪器内部来测量，也就是在测量点的选取上有本质的不同，避免了传感器本体与水面直接接触，更宜适应恶劣的环境工况；且测量精度高，标准情况下可到±0.03%，低功耗设计上处于行业领先水平，降低了发热带来的一系列芯片工作异常、老化等问题。因此将顶盖液位传感器更换为PCWL GZHF.WQX-1型导压式液位计。
2、顶盖内水位波动较大，浮球式液位开关固定不方便，宜采用固定较方便，动作可靠的电极式液位开关，水位到达后，电极导通，延时开出命令控制水泵启停。
3、对顶盖排水控制系统增设模拟量参与控制，与开关量形成冗余配置。
4、将原有的光洋PLC更换为施耐德Modicon Premium系列PLC，保留原有控制功能，增加模拟量输入模块，将模拟量液位信号也参与系统控制，这样冗余控制安全系数更高。
5、拆除原有顶盖排水控制柜，更换空间更大的控制柜，对柜内电气元器件合理布置安装，标记清晰，接线规范，新控制柜内使用的元器件除继电器更换为欧姆龙品牌外其他均换为施耐德公司原装正品，保证系统稳定性和可靠性能。
6、保留原顶盖排水系统与监控硬接点的通讯线，另由新PLC控制系统提供1个串行接口与监控LCU通信（占用监控“备用12”串口），系统所有开关量、模拟量、报警信息、统计量、水位趋势等均可通过软信号方式上送监控LCU，与监控SJ30通讯，实现监控信号双保险。
顶盖排水系统意义重大，必须通过对顶盖排水系统的改造，优化提高控制系统的性能，为机组安全运行打下基础，有效较少缺陷发生，从而减少维护工作量，创造良好的经济效益。
4改造方案实施
4.1对投入式液位计及浮球开关进行更换
如图一所示，左侧为带显示器的PCWL GZHF.WQX-1型导压式液位计主机，固定于水机室上游侧进人门电缆桥架下方，只有一根气管通至顶盖内，避免了传感器本体与水面直接接触。图一右侧8KA相当于一个集成继电器，接收电极式液位开关送来的水位信号并送至PLC，替代浮球开关进行水泵启停的控制。T1为公共端，T2为停泵水位，T4为启主泵水位，T6为启备泵水位，T8为水位高报警并启动射流泵。
图一
4.2对原有顶盖排水控制柜进行整体更换
1、拆除原有控制箱、动力电缆及控制电缆，敷设新的动力电缆、控制电缆及通讯电缆和接地、保护线路；安装内部空间更大的控制柜，将新控制箱内部及外部一次、二次电缆分离，分别走单独线槽（桥架），防止信号干扰，新控制箱内元器件均更换为法国施耐德公司原装正品，元器件布置合理，标记清晰。
2、安装一面施耐德小型触摸屏，触摸屏上可显示电机启停/故障次数统计、报警信息、水位趋势等等信息，使日常巡检人员更加直观的监测到这些数据信号，判断顶盖排水系统的状况。
3、在不影响原逻辑控制功能条件下，将原系统的PLC更换为施耐德Premium P57 1634系列，增加模拟量输入模块，并将PCWL GZHF.WQX-1型导压式液位计采集的模拟量水位参与水泵启停控制；正常情况下优先由8KA电极式液位开关来控制水泵启停，模拟量控制作为备用控制。
4、由新PLC控制系统提供1个以太网接口与监控LCU通信，系统所有开关量、模拟量、报警信息、统计量、水位趋势等均可通过软信号方式上送监控LCU，与监控SJ30串口通讯。
5结束语
经过本次改造试验后，新的顶盖排水控制系统运行正常，情况良好，运行半年以来，基本上未出现过顶盖排水系统相关缺陷。不管是自动化元件，还是控制系统控制信号的冗余配置，都符合我厂现场实际情况的要求，符合现代自动控制系统的要求。为小湾电厂机组的安全、经济、稳定运行打下了基础，大大减少了维护工作量，减少了维护成本。
参 考 文 献
[1]电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工及验收规范GB50171-92
[2]水电厂自动化元件基本技术条件DLT 1107-2009
作者简介：
尹志丰（1987-），男，大学本科，助理工程师，从事水电厂运行维护工作。
刘志远（1983-），男，大学本科，助理工程师，从事水电厂运行维护工作。