大型抽水蓄能電站中控室獨立緊急按鈕系統的設計

劉鵬龍，張紅方，吳小鋒

（河南國網寶泉抽水蓄能有限公司，河南 新鄉 453636）

大型抽水蓄能電站中控室獨立緊急按鈕系統的設計

劉鵬龍，張紅方，吳小鋒

（河南國網寶泉抽水蓄能有限公司，河南 新鄉 453636）

論述了大型抽水蓄能電站中央控制室獨立于電站計算機監控系統的緊急按鈕系統的設計依據、設計原則、典型方案等內容。

抽水蓄能；緊急按鈕；安全控制

1 前言

大型抽水蓄能電站一般由上水庫、下水庫、輸水系統、地下廠房洞室群、地面開關站等建筑物組成，具有上、下水庫落差大，機組轉速高，設備分布區域廣泛等特點，為了保障電站主設備及地下洞室群安全，根據以下有關規程規范及反措要求，抽水蓄能電站應在中控室設置獨立于計算機監控系統的緊急按鈕系統，用于計算機監控系統失靈或其他緊急情況下，實現機組的安全控制和事故閘門的緊急落門操作，最大限度的保障主設備及地下洞室群的安全。

（1）能源行業標準NB/T 35004-2013《水力發電廠自動化設計技術規范》第3.1.1條：“……在中控室和機旁應設置獨立于監控系統的事故閘門緊急關閉按鈕及回路，并以硬接線（包括獨立光纖）的形式接至閘門的控制回路。對于有長尾水洞的抽水蓄能電站，需要遠方緊急關閉的事故閘門包括上水庫側和尾水側的事故閘門。”

（2）電力行業標準DL/T 5208-2005《抽水蓄能電站設計導則》第11.3.7條：應在中控室設置緊急停機和緊急關閉上、下水庫事故閘門的可靠措施。

（3）國家能源局發布的《防止電力生產事故的二十五項重點要求》第9.1.8條：機組應配備必要的、可靠的、獨立于分散控制系統的硬手操設備（如緊急停機停爐按鈕），以確保安全停機停爐。第9.5.1.4條：設置的緊急事故停機按鈕應能在現在控制單元失效的情況下完成事故停機功能，必要時可在遠方設置緊急事故停機按鈕。

（4）國家電網公司發布的《水電廠重大反事故措施》第3.1.1.2條：抽水蓄能電站中控室應配置緊急停機和緊急關閉上、下水庫事故閘門的可靠設施。

2 設計原則

本文涉及的緊急按鈕不包括電站計算機監控系統、繼電保護系統、火災等系統或設備中涉及的緊急按鈕以及在現地設置的緊急按鈕。

抽水蓄能電站獨立緊急按鈕系統設計一般按照以下原則：

（1）一般包括各機組緊急停機按鈕，各上庫事故閘門緊急落門按鈕，各尾水事故閘門緊急落門按鈕，水淹廠房按鈕等。

（2）完全獨立于電站計算機監控系統，和計算機監控系統形成冗余安全控制。

（3）控制回路應簡單可靠，宜采用220 V DC強電設計，無直流電源時應采用UPS交流電源。

（4）控制信號傳輸距離較遠時宜采用光纖傳輸。

（5）上庫事故閘門緊急落門應聯動同一引水道的相應機組停機，尾水事故閘門緊急落門應聯動相應機組停機，水淹廠房應聯動各上庫事故閘門落門、各尾水事故閘門落門和各機組停機，機組主軸密封供水取自主進水閥上游側壓力鋼管時，水淹廠房還應聯動關閉機組主軸密封供水閥門。聯動邏輯由硬布線或PLC編程實現。

（6）緊急按鈕一般安裝在運行監屏人員易于操作的位置，具有自鎖功能并配置防護蓋。

（7）各按鈕信號接入電站計算機監控系統LCU，用于監視各緊急按鈕的狀態并作為計算機監控系統安全控制邏輯的觸發條件。

3 緊急按鈕功能配置

以一個安裝有4臺機組的大型抽水蓄能電站為例，安裝在中央控制室獨立于電站計算機監控系統的緊急按鈕系統的功能配置及聯動關系見表1所示。

表1 緊急按鈕系統的功能配置及聯動關系

4 系統設計

4.1 方案一

此方案不用PLC設備，使用硬布線設計，緊急按鈕信號直接經開關量光端機遠傳至地下廠房和上庫，進而執行相應的緊急操作，控制回路簡潔明了，原理示意圖見圖1。

說明：

（2）SB5～SB8：分別為1～4號尾閘緊急落門按鈕

（3）SB11：水淹廠房按鈕

（4）上庫事故閘門緊急落門應聯動同一引水道的相應機組停機，尾水事故閘門緊急落門應聯動相應機組停機，水淹廠房應聯動各上庫事故閘門落門、各尾水事故閘門落門和各機組停機。聯動邏輯由硬布線實現。

（5）機組主軸密封供水取自主進水閥上游側壓力鋼管時，水淹廠房還應聯動關閉機組主軸密封供水閥門（圖1中未體現此內容）。

（6）水淹廠房、尾水閘門和上庫閘門的聯動邏輯可在緊急按鈕輸入側搭建，也可在出口回路側搭建。

（7）落尾閘回路應考慮尾閘和主進水閥的安全閉鎖，即主進水閥全關且工作密封投入才允許落尾閘。

（8）緊急停機出口回路接至相應的發電電動機出口斷路器雙分閘線圈回路、發電電動機勵磁系統直流磁場斷路器分閘回路、水泵水輪機導葉事故配壓閥回路、機組主進水閥事故配壓閥回路，從電氣和水力上可靠的隔離機組。

又寫作“留幕”。《釋名·釋衣服》：“留幕，冀州所名，大褶下至膝者也。”這里“留幕”指的是冀州這個地方稱“大褶下至膝”這種服飾為“留幕”。也就是說，衣服的“大褶”覆蓋了膝蓋，蘊含了“覆蓋”這一義項。《駢雅訓纂·卷三》：“留幕，大褶衣也。”考其音韻地位：留，屬來母尤韻，“絡”，屬來母鐸韻。“留”“絡”一組詞的韻部聯系屬“旁對轉”，讀音同樣相近，因此可以判斷，二者為一組連綿詞。

（9）機組繼電保護設置有機組緊急停機安全控制回路時，緊急停機出口回路可接入繼電保護緊急停機回路。

（10）緊急落尾閘出口回路接至相應的尾閘控制柜接口端子排。

（11）緊急落上庫事故閘門出口回路接至相應的上庫事故閘門控制柜接口端子排。

（12）各按鈕信號接入電站計算機監控系統LCU，用于監視各緊急按鈕的狀態并作為計算機監控系統安全控制邏輯的觸發條件。

圖1 方案一原理示意圖

圖2 方案二原理示意圖

4.2 方案二

此方案配置PLC設備，結合硬布線設計，緊急按鈕信號直接接入PLC輸入，在PLC內進行邏輯編程，PLC輸出經開關量光端機遠傳至地下廠房和上庫，進而執行相應的緊急操作，原理示意圖見圖2。

說明：

（1）SB1～SB4：分別為1～4號機組緊急停機按鈕

（2）SB5～SB8：分別為1～4號尾閘緊急落門按鈕

（3）SB11：水淹廠房按鈕

（4）上庫事故閘門緊急落門應聯動同一引水道的相應機組停機，尾水事故閘門緊急落門應聯動相應機組停機，水淹廠房應聯動各上庫事故閘門落門、各尾水事故閘門落門和各機組停機。聯動邏輯由PLC編程實現。

（5）機組主軸密封供水取自主進水閥上游側壓力鋼管時，水淹廠房還應聯動關閉機組主軸密封供水閥門（圖2中未體現此內容）。

（6）落尾閘回路應考慮尾閘和主進水閥的安全閉鎖，即主進水閥全關且工作密封投入才允許落尾閘

（7）緊急停機出口回路接至相應的發電電動機出口斷路器雙分閘線圈回路、發電電動機勵磁系統直流磁場斷路器分閘回路、水泵水輪機導葉事故配壓閥回路、機組主進水閥事故配壓閥回路，從電氣和水力上可靠的隔離機組。

（8）機組繼電保護設置有機組緊急停機安全控制回路時，緊急停機出口回路可接入繼電保護緊急停機回路。

（9）緊急落尾閘出口回路接至相應的尾閘控制柜接口端子排。

（10）緊急落上庫事故閘門出口回路接至相應的上庫事故閘門控制柜接口端子排。

（11）各按鈕信號接入電站計算機監控系統LCU，用于監視各緊急按鈕的狀態并作為計算機監控系統安全控制邏輯的觸發條件。

5 提高可靠性的措施

緊急按鈕系統作為備用緊急安全控制設備，其重要性不言而喻，系統的設計既要保證安全性，也要保證可靠性，做到“不拒動、不誤動”，從以下幾個方面可提高系統的可靠性。

（1）控制電源采用直流強電，提高回路的抗干擾性能。

（2）遠距離傳輸信號采用光纖介質，提高回路的抗干擾性能。

（3）控制出口回路繼電器采用延時大功率繼電器并具有抑制過電壓措施（常為續流二極管或阻容回路），可有效提高回路的可靠性。

（4）遠距離傳輸信號使用的光傳輸設備應具有上電/失電抑制功能，防止設備上電/失電時誤出口動作。

（5）信號傳輸采用獨立的電纜和光纜，不與其他設備或系統共用或復用，電纜敷設和接地應規范。

（6）使用PLC時，PLC及其信號線應規范接地，PLC電源宜采用隔離電源。

（7）緊急按鈕采用動作后自鎖，需用專用鑰匙復歸的按鈕，并設置防護罩。

（8）設備具有良好的運行環境，溫濕度滿足自動化元件基本技術條件相關要求。

TV743

A

1672-5387（2017）01-0022-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.01.006

2016-03-30

劉鵬龍（1984-），男，高級工程師，從事抽水蓄能監控自動化運維工作。