沙河抽水蓄能電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)典型故障分析與處理

龔翔峰，劉云鵬

（江蘇沙河抽水蓄能發(fā)電有限公司，江蘇 溧陽(yáng) 213333）

1 電站基本概況

江蘇沙河抽水蓄能電站（以下簡(jiǎn)稱沙河電站）是江蘇省首座抽水蓄能電站，位于江蘇省溧陽(yáng)市境內(nèi)，距溧陽(yáng)市區(qū)18 km，距常州103 km。電站以一回220 kV輸電線路接入江蘇省電網(wǎng)，承擔(dān)電網(wǎng)調(diào)峰、填谷任務(wù)，按日調(diào)節(jié)方式運(yùn)行。沙河電站設(shè)計(jì)年發(fā)電量1.82億kW·h，年抽水電量2.44億kW·h。主體工程于1998年9月開工建設(shè)，于2002年7月投產(chǎn)并網(wǎng)發(fā)電。

沙河電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在建設(shè)期就開始了國(guó)產(chǎn)化嘗試，采用南瑞自控公司的SSJ-3000型監(jiān)控系統(tǒng)，為分層分布式結(jié)構(gòu)。主要功能為：自動(dòng)采集水輪發(fā)電機(jī)組、水力機(jī)組輔助設(shè)備、主變壓器和開關(guān)站等的電氣、溫度、壓力、液位和流量等數(shù)據(jù)，并進(jìn)行顯示、分析和儲(chǔ)存。完成各種生產(chǎn)流程，包括開停機(jī)、分合開關(guān)等順序控制，機(jī)組有功功率和無功功率調(diào)節(jié)，自動(dòng)發(fā)電控制和自動(dòng)電壓控制。同時(shí)還具有人機(jī)交互、故障報(bào)警、防誤操作、事故處理以及歷史數(shù)據(jù)庫(kù)管理等功能。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

沙河電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)分為主控級(jí)和現(xiàn)地單元級(jí)。主控級(jí)設(shè)有2臺(tái)主數(shù)據(jù)服務(wù)器、2臺(tái)操作員工作站、1臺(tái)工程師工作站、2臺(tái)遠(yuǎn)動(dòng)通信服務(wù)器、1臺(tái)廠內(nèi)通信服務(wù)器、1臺(tái)語(yǔ)音工作站和1臺(tái)安防通信服務(wù)器。主控級(jí)對(duì)現(xiàn)地單元采集的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析處理，從而實(shí)現(xiàn)安全運(yùn)行監(jiān)視、設(shè)備運(yùn)行事件報(bào)警，同時(shí)主控級(jí)也可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)地單元完全控制、調(diào)節(jié)。2臺(tái)遠(yuǎn)動(dòng)通信服務(wù)器主要實(shí)現(xiàn)與省調(diào)通信，傳輸電站運(yùn)行基本運(yùn)行狀況信息。1臺(tái)廠內(nèi)通信服務(wù)器用于廠內(nèi)公用設(shè)備與上位機(jī)通信。

圖1 沙河電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

現(xiàn)地單元級(jí)共設(shè)有3個(gè)現(xiàn)地控制單元（LCU），即2套機(jī)組LCU和1套公用系統(tǒng)LCU，負(fù)責(zé)對(duì)1、2號(hào)機(jī)組、開關(guān)站和公用設(shè)備數(shù)據(jù)的采集和處理，能夠獨(dú)立或按主控級(jí)的命令完成對(duì)機(jī)組及其附屬設(shè)備、變電站、公用設(shè)備等的監(jiān)視和控制。

3 沙河電站監(jiān)控系統(tǒng)常見故障分析

沙河電站監(jiān)控系統(tǒng)采用HP DL388 GEN10服務(wù)器，下位機(jī)采用GE公司的9030系列PLC。該監(jiān)控系統(tǒng)在電站投入運(yùn)行后，運(yùn)行穩(wěn)定，基本實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)方案要求的功能，但經(jīng)過多年的運(yùn)行，也發(fā)現(xiàn)存在一些問題。

3.1 發(fā)電并網(wǎng)過程中同期故障

故障現(xiàn)象：

2019年6月15日16：00：22——上位機(jī)啟動(dòng)，G1至發(fā)電操作；

2019年6月15日16：03：28——同期故障，G1至發(fā)電操作；

2019年6月15日16：03：28——內(nèi)部啟動(dòng)，G1至停機(jī)操作；

2019年6月15日16：10：06——G1至停機(jī)操作成功；

2019年6月15日16：10：38——上位機(jī)啟動(dòng)，G1至發(fā)電操作；

2019年6月15日16：12：39——同期故障，G1至發(fā)電操作；

2019年6月15日16：12：39——內(nèi)部啟動(dòng)，G1至停機(jī)操作；

發(fā)生時(shí)間：2019年6月15日16：03：00

事故發(fā)生及處理經(jīng)過：

（1）運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)異常后監(jiān)視1號(hào)機(jī)正常停機(jī)，現(xiàn)地檢查1號(hào)機(jī)同期裝置，復(fù)歸信號(hào)，再次開機(jī)，同期成功并網(wǎng)無異常，隨后通知檢修部；

（2）檢修部立即組織人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，監(jiān)視觀察1號(hào)機(jī)運(yùn)行情況，等待1號(hào)機(jī)停機(jī)；

（3）約20：00：00，1號(hào)機(jī)正常停機(jī)；

（4）過程中查閱相關(guān)并網(wǎng)過程曲線，1號(hào)機(jī)并網(wǎng)失敗前系統(tǒng)電壓為10.23 kV，機(jī)組電壓約為10.38 kV，系統(tǒng)電壓較額定電壓偏低；

（5）20：40：00在檢查未發(fā)現(xiàn)明顯異常后，經(jīng)當(dāng)值同意，拔掉1號(hào)機(jī)出口同期合閘繼電器，進(jìn)行1號(hào)機(jī)發(fā)電同期假并網(wǎng)試驗(yàn)，1號(hào)機(jī)正常啟動(dòng)，同期裝置在同期過程中采樣和調(diào)節(jié)正常，并根據(jù)同期條件正確發(fā)出同期合閘令；

（6）檢修人員記錄同期假并網(wǎng)過程，同期裝置采樣值和勵(lì)磁裝置采樣值，發(fā)現(xiàn)同期并網(wǎng)過程中機(jī)端電壓較低；

（7）試驗(yàn)結(jié)束后，檢修人員恢復(fù)同期出口同期合閘繼電器；

（8）根據(jù)檢修人員建議，當(dāng)值將1號(hào)主變分接頭由原來的6檔調(diào)節(jié)為8檔，主變低壓側(cè)電壓由原來的10.25 kV提升到10.5 kV左右；

（9）調(diào)整后機(jī)組恢復(fù)正常運(yùn)行。

原因分析：

（1）1號(hào)機(jī)同期裝置采樣故障或其他原因故障；

（2）1號(hào)機(jī)同期裝置未能在同期時(shí)間內(nèi)捕捉到同期點(diǎn)；

（3）系統(tǒng)側(cè)電壓偏低，導(dǎo)致同期捕捉失敗概率升高。

建議或措施：

（1）密切關(guān)注系統(tǒng)電壓，如系統(tǒng)電壓偏低或偏高，及時(shí)調(diào)整主變分接頭檔位，使得系統(tǒng)電壓運(yùn)行在較理想的工作范圍內(nèi)；

（2）對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的同期裝置進(jìn)行改造，使得其在更加苛刻的運(yùn)行條件下穩(wěn)定性更高，成功率更高。

3.2 背靠背流程中，機(jī)組配合故障

沙河電站的監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)3臺(tái)技術(shù)供水泵啟停和主備進(jìn)行控制。采用現(xiàn)地控制單元柜LCU，采用PLC是GE公司的Versamax，監(jiān)控的開出信號(hào)作為技術(shù)供水輔機(jī)柜的開入信號(hào)，來對(duì)水泵進(jìn)行控制。沙河電站技術(shù)供水系統(tǒng)控制圖如圖2：

圖2 技術(shù)供水系統(tǒng)控制圖

故障現(xiàn)象：

背靠背（BTB）啟動(dòng)方式，拖動(dòng)側(cè)機(jī)組（以1號(hào)機(jī)做拖動(dòng)機(jī)為例）將被拖動(dòng)側(cè)機(jī)組（2號(hào)機(jī)）拖動(dòng)到同步轉(zhuǎn)速并網(wǎng)抽水后，拖動(dòng)側(cè)機(jī)組（1號(hào)機(jī)）會(huì)正常轉(zhuǎn)停機(jī)。正常流程應(yīng)該是：1號(hào)機(jī)僅停掉自己的技術(shù)供水泵（1號(hào)泵）。但實(shí)際卻將正常運(yùn)行的2號(hào)機(jī)的主泵也停掉，導(dǎo)致本應(yīng)正常并網(wǎng)抽水的被拖動(dòng)機(jī)組（2號(hào)機(jī)）因冷卻水流量低而停機(jī)。

原因分析：

任何1臺(tái)機(jī)組的發(fā)電流程，或SFC抽水啟動(dòng)流程中，技術(shù)供水泵啟停均正常，這說明監(jiān)控系統(tǒng)LCU對(duì)水泵的啟停控制回路是正常的；但是BTB流程中卻不正常，試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)在進(jìn)行BTB流程時(shí)候，2臺(tái)機(jī)組的投入技術(shù)供水的開出時(shí)間離得比較近，幾乎為同時(shí)。因此分析可能是因?yàn)殚_出時(shí)間相隔相近，PLC無法分辨或程序處理的不夠完善，導(dǎo)致只開了1臺(tái)主泵。

試驗(yàn)情況：

通過對(duì)泵進(jìn)行手動(dòng)開出試驗(yàn)找到原因，LCU對(duì)2臺(tái)機(jī)幾乎同時(shí)到達(dá)的起主泵命令沒有做出正確的處理，只起了1臺(tái)主泵；也就是BTB流程拖動(dòng)側(cè)起了主泵，但是被拖動(dòng)側(cè)沒有起主泵。分析原因是由于，拖動(dòng)側(cè)的冷卻水量低的信號(hào)更靈敏，所以就先起了備用泵，等到停機(jī)時(shí)，就停掉了所有的泵；導(dǎo)致被拖動(dòng)側(cè)無冷卻水跳機(jī)，有時(shí)被拖動(dòng)側(cè)的冷卻水量低的信號(hào)來的快，它就先起了備用泵，等到拖動(dòng)側(cè)停機(jī)時(shí)，被拖動(dòng)側(cè)就仍然還有1臺(tái)備用泵在運(yùn)行。因此可以看出問題所在，由于起泵開出到水泵到達(dá)運(yùn)行狀態(tài)（軟起全壓）需要一段時(shí)間，比如1號(hào)水泵為主泵時(shí)起1號(hào)水泵，同時(shí)由于1號(hào)水泵運(yùn)行（軟起全壓）建立需要時(shí)間，所以2號(hào)機(jī)會(huì)認(rèn)為1號(hào)泵滿足啟動(dòng)條件，同樣會(huì)起1號(hào)水泵，這樣就導(dǎo)致只開了1臺(tái)水泵（2號(hào)、3號(hào)為主泵時(shí)情況一樣）。

解決方案：

修改技術(shù)供水程序，對(duì)起泵程序處新加了一個(gè)閉鎖條件，也就是1號(hào)、2號(hào)機(jī)相互閉鎖，雖然該主泵未運(yùn)行，但已經(jīng)有其他機(jī)組開了這臺(tái)泵，則本機(jī)組就不開這臺(tái)泵，轉(zhuǎn)而開另外1臺(tái)主泵。重新試驗(yàn)，問題得到解決，水泵在機(jī)組所有流程中都啟停正常。

3.3 GCB控制箱回路故障故障

故障現(xiàn)象：機(jī)組出口開關(guān)合閘和分閘瞬間偶爾報(bào)“1號(hào)機(jī)組保護(hù)控制箱回路斷線”，1 s后恢復(fù)。

原因分析：

出口開關(guān)GCB設(shè)置跳合閘監(jiān)視回路，通過TWJ監(jiān)視合閘回路，HWJ監(jiān)視跳閘回路，通過TWJ和HWJ常閉輔助觸點(diǎn)串聯(lián)輸出控制箱回路斷線信號(hào)。當(dāng)在GCB分閘時(shí)，TWJ繼電器動(dòng)作，TWJ常閉輔助觸點(diǎn)打開，斷線信號(hào)無輸出；在開關(guān)合閘時(shí)，HWJ常閉輔助觸點(diǎn)打開，說明GCB開關(guān)跳閘回路正常，斷線信號(hào)也不輸出。但是GCB合閘過程中，分閘常閉接點(diǎn)先復(fù)歸，合閘常開接點(diǎn)再閉合，時(shí)間約20 ms，分閘常閉接點(diǎn)復(fù)歸后TWJ繼電器失磁，10 ms左右TWJ常閉接點(diǎn)由打開到閉合，之間有20 ms左右的時(shí)間TWJ和HWJ組成的回路處于導(dǎo)通狀態(tài)，如果此時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)PLC掃描到（PLC一個(gè)掃描周期約40～50 ms），將對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)輸出報(bào)警信號(hào)，動(dòng)作時(shí)序見圖3。

圖3 開關(guān)合分閘過程時(shí)序圖

解決方案：

控制箱回路斷線信號(hào)在合分閘過程中頻繁報(bào)出容易干擾運(yùn)行人員判斷。通過監(jiān)控系統(tǒng)軟件優(yōu)化信號(hào)報(bào)警，控制箱斷線信號(hào)增加機(jī)組出口開關(guān)GCB合位和分位閉鎖條件。實(shí)施后，有效解決信號(hào)頻繁動(dòng)作問題，又能在真實(shí)斷線時(shí)準(zhǔn)確發(fā)信報(bào)警。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在水電工程中的廣泛應(yīng)用，電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)以及與之相適應(yīng)的全廠綜合自動(dòng)化技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)水電廠“無人班、少人職守”運(yùn)行模式提供了可靠的保證。我們通過上述典型的故障分析，并對(duì)故障處理方法進(jìn)行歸納總結(jié)，提高了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。