紫坪鋪水力發電廠機組LCU技術改造

潘亮

(紫坪鋪水力發電廠，四川成都 610091)

紫坪鋪水力發電廠機組LCU技術改造

潘亮

(紫坪鋪水力發電廠，四川成都 610091)

簡要介紹了紫坪鋪水力發電廠技術改造后的機組LCU結構、功能，分析了本次技改的關鍵點，討論了本次技改可靠性、經濟性的平衡。

紫坪鋪水力發電廠；機組LCU；技術改造

紫坪鋪水力發電廠監控系統采用分布式設計，機組LCU采用NARIMB80雙套冗余模式，通過光纖中繼器連接站控層設備，經過多年運行，設備逐漸老化。為滿足安全生產需求，我廠于2014年決定對機組LCU進行技術改造，要求改造后的機組LCU能夠實現對水輪機、發電機、發電機出口斷路器、調速器及壓油裝置、勵磁系統設備、發電機保護裝置、進水口快速事故門控制系統、機組技術供水電動減壓開關閥、主供水管電動開關閥、主軸密封水電動開關閥、封閉母線測溫裝置等系統和外部自動化元器件的監測與控制，能夠對采集信號進行邏輯判斷并生成相應的綜合判斷信號，具備在收到事故信號后獨立動作水機保護相關流程的能力。

1 機組LCU主要技術改造項目

從現場實際出發，為滿足新的技術要求，我廠對原有機組LCU進行了以下改造:

(1)將現地控制單元所有PLC升級為由NARI公司生產的MB80E系列PLC。該PLC均配置為冗余雙CPU、雙網絡結構。雙機系統每個CPU插箱均配置了雙網卡，每個以太網卡配置為不同的以太網段，分別經現地交換機接入站控層交換機并按雙CPU、雙以太網接口進行配置。

本項升級保留了原系統的冗余設計且每個CPU增加了一個備用網口，避免了因單個電接口損壞而造成的通道故障，進一步提高了系統的可靠性。

(2)將CPU與上位機通信的原有光纖中繼器更換為赫斯曼MS20－0800SAAEHC模塊化交換機，配置2個光接口，4個電接口，使用交換機本身的光模塊，可在站控層網絡設備不作任何改動的情況下接入上位機系統。本項升級替換了之前頻繁損壞的光纖收發器。由于赫斯曼交換機平均無故障工作時間(MTBF)為54．7 a，因此，將大幅度提升機組LCU與上位機通信這一關鍵通道的穩定性，對提高整個監控系統的可靠性具有重要意義。

(3)對于直接影響機組運行的關鍵元器件，如功率變送器、紅相表、交流采樣表等更新為新一代產品。同期裝置更換為SJ－12D雙微機手自動同期裝置，增加了同期相位表、錄波功能及與上位機通訊的功能，同時增加了同步檢查繼電器，可有效防止非同期合閘。將功率變送器升級為SINEAX DME442可編程多功能電量變送器，模擬量輸出精度較原變送器0．5%的精度有較大程度地提升。由于機組無法在功率變送器故障的情況下發電運行(此前我廠多次因功率變送器故障將機組退出備用狀態)，故本項升級可有效改善這一情況。更高精度的功率變送器亦能縮小調節死區，改善機組調節能力。

(4)將下位機程序升級為南瑞公司目前使用的標準程序，并移植原程序中的所有功能。

升級后程序穩定性、兼容性得到提升，并保留了如閉鎖除手動調節之外的無功閉環調節等原程序具有的特殊功能。此外，將停機過程中投入風閘的轉速節點從機組額定轉速的15%修改為20%，停機后風閘持續投入，開機流程中增加了退出風閘這一節點，這一修改減少了機組停機過程中低轉速運行時間，非常有利于改善機組整體工況。

(5)機組LCU開關電源升級后集成度更高并新增了防雷保護裝置。我廠閘門LCU曾因雷電波入侵造成PLC背板損壞。本項升級后可提高電源的可靠性。

(6)將水機保護PLC數據引入上位機歷史數據庫，報警信息不進入簡報窗口，以免與主PLC告警信息混淆。上位機同步增加了機組水機保護數據庫。今后水機保護PLC動作流程、信號可被監視，事故追憶將有更加可靠的信息記錄。

(7)新增了模擬量輸出模件和模擬量隔離裝置，使機組LCU可對其他系統提供更多的支持，比如:將“凈水頭”信號送調速器電子調節柜，將“導葉開度”信號引入同步相量測量裝置(PMU)。

(8)對所有I/O模件均進行了優化升級，采用了新的CPU芯片并對內部電路進行了全面改進，同時，I/O模件與CPU模件的通訊增加了多重校驗機制，增強了系統抗干擾能力。熱電阻測溫模件采用全新的硬件電路原理，有效地解決了其通道易損壞及溫度測值跳變等問題，可有效避免溫度保護誤動。

2 改造后的機組LCU結構

改造后的機組LCU結構功能框圖見圖1。

機組LCU由四面屏柜組成，采用廠用交流、直流互為備用的兩套電源系統供電。A1、A2、A3柜位于機旁，A4柜位于壩區機組進水口控制室。A1柜冗余配置主控CPU兩套、開關電源一套、附屬功能模件若干，A2、A3柜作為擴展柜配置若干功能模件并通過總線與A1柜CPU通信，實現機組信號的采集與控制，A3除作為擴展柜外還配有一套水機保護PLC，使用獨立的電源、程序及模件，A3柜與A4柜(遠程I/O柜)采用多模光纖收發器通信，A4柜采集壩區外部系統上送的信號。

圖1 改造后的機組LCU結構功能框圖

作為全廠計算機監控系統中機組的現地監控層，機組LCU通過交換機光接口模塊，使用以太網與上位機通信，主CPU通過總線與各個模件通信，實現信號的采集與控制，所有信息由機組LCU處理完畢上送上位機系統，上位機和機組LCU本身產生的控制信號經開出模件送至受控系統或設備。

3 改造后的機組LCU具有的功能

機組LCU既向電站級系統上送采集到的各種數據和事件信息，接受廠級系統的指令對設備進行控制，又能脫離電站級獨立工作。機組的數據采集和控制操作的主要功能均由機組LCU獨立完成。其它的功能如全廠運行監視、事件報警、AGC、AVC、與外部系統通訊、統計記錄等功能則由機組LCU配合上位機完成。

3．1 各種信號的處理

機組LCU采集包括保護、調速、勵磁系統及其它設備上送的SOE信號、開關量信號、模擬量信號、通訊量信號。機組LCU對采集到的各種數據進行分析、處理并上送上位機。

改造后的所有開關量狀態變化和監控系統自診斷故障等各種信息均能實時監視，并由上位機根據監視結果對事件順序進行記錄、報警處理等。

模擬量模件按掃描周期定時采集機組及輔助設備的模擬量數據，上送至上位機并存入歷史數據庫。由CPU模件對模擬量測值進行越限檢查與報警，記錄越限點號、發生時間，越限值上送上位機。將越限的實時值恢復正常時進行提示記錄，對越限值可在線整定。

3．2 邏輯判斷與執行

機組LCU的事件順序記錄功能可反映系統或設備狀態的離散變化順序記錄。記錄各個重要事件的動作順序、事件發生時間、事件名稱、事件性質。事件和報警上送并儲存在站控級計算機的數據庫內。對于因設備停運檢修、控制操作電源斷電等其它原因出現的故障，聯合上位機系統做出判斷并給出標志。

當下位機流程執行發生過程阻滯時，可在上位機顯示阻滯原因。

機組LCU能對機組功率進行監視，從而實現系統的靜態穩定。對被選定操作的斷路器、隔離開關能立即顯示與本開關操作連鎖有關的接線圖或邏輯表達式，當條件滿足時，給出允許操作標志，若不滿足，則指出閉鎖原因。

3．3 外部通信及自診斷功能

機組LCU系統通信規約基于TCP/IP協議，通過網絡與上位機通信，串口與其他系統進行通信。現地控制單元LCU應采用硬接線與外部GPS時鐘同步裝置時鐘信號進行時鐘同步，SOE模塊采用分脈沖對時，CPU系統時鐘采用網絡對時。

系統具備自診斷能力，在線運行時對系統內的硬件及其接口自檢，包括外圍設備、通信接口、各種功能模件等。當診斷出故障時，發出告警信號，對于冗余設備，能自動切換到備用設備。

4 改造后的機組LCU運行情況

改造完成后的機組LCU經過半年時間的運行檢驗，機組LCU以往的易發故障點情況良好，與調速、勵磁等外部系統通信正常；有功、無功調節準確、迅速，信號采集可靠，所有測點目前未發現故障；供電系統工作正常，開關電源溫度較之前大幅下降；各告警節點動作正常；機組LCU與上位機通信可靠，CPU主備切換正常，各模件工作正常；機組LCU流程無論在試驗中或是實際運行中均可靠執行，事故信號響應準確無誤。

綜上所述，機組LCU改造消除了設備隱患與缺陷，使系統可靠性得到了保障，在此基礎上提高了電廠設備的整體運行水平，達到了預期目標。

5 結語

行業公認:電力二次系統技術改造因為涉及其原有特殊功能的保留，以及與其他系統的對接、兼容性等原因往往比上馬一套新設備更為困難。在本次技術改造中，我廠機組LCU在保留原有功能的基礎上，提高了系統易用性和可靠性。本次技改并沒有對監控系統作結構性改變，而是根據近10 a的設備運行經驗，對關鍵、易損部位進行了強化，既能彌補之前設計上存在的漏洞，而且也降低了改造的技術風險，還兼顧了經濟性。在大幅強化某些關鍵節點和易損部件后，設備的可靠性將達到一個新的高度。由于系統總體結構的延用，大大減少了和其它系統聯調的工作量，也避免了在兼容性等方面的風險，在可靠性和經濟性、可行性等方面達到了一個較好的平衡，可為廠內其它下位機系統技改時提供借鑒。

TV7;TV734;TV738

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1001-2184(2015)05-0121-03

潘 亮(1983-)，男，四川遂寧人，工程師，從事水電廠自動化監控工作．

(責任編輯:李燕輝)

2015-05-05