淺談水電廠瞬動信號分析及處理辦法

劉 宇，毛 琦，滿運濤

（1.五凌電力有限公司，湖南 衡陽 421127；2.北京中水科水電科技開有限公司，北京 100038）

水電站計算機監控系統作為電站重要的控制中心，如同人類的大腦中樞一樣，存儲著諸多信息同時又控制全廠設備正常運行，肩負著重要的工作，其性能優劣直接關系到各水電廠的安全生產。為保證全廠采集信息完整地展示，DL/T 822-2012《水電廠計算機監控系統試驗驗收規程》要求開展SOE分辨率試驗及雪崩試驗，以便證實在機組出現事故時，計算機監控系統能夠立即響應并完整記錄事件發生的詳細過程，同時檢驗報警事件排序、語音報警啟動、推出畫面等相關功能。但SOE分辨率試驗及雪崩試驗僅針對帶有時標的中斷量模塊，該模塊常常應用于較為重要的告警信號或保護跳閘信號。而對于普通的自動化元件節點或一般性設備報警而言，往往使用普通的開關量輸入模塊進行采集。普通的開關量輸入模塊分辨率精度不高，但恰恰這些測點又經常參與機組的邏輯控制程序，在現場實際運行中，這些測點的短時間動作，會導致意外的結果。

1 某電廠監控系統情況

某電廠計算機監控系統為開放式分層分布式設計，分為廠站控制層及現地控制層，網絡架構為雙星形。該系統全廠設1套衛星對時系統，廠站層主要包括3套數據采集及應用服務器，用于數據采集及處理，2臺操作員工作站，雙機熱備，用于全廠設備的監視與控制，現地層包括：3套機組LCU、1套開關站LCU、1套公用系統LCU。

該套計算機監控系統在投運前進行了開關量變位傳送時間、遙控/遙調的響應時間、畫面調用時間、畫面數據刷新時間、SOE 分辨率檢驗、雪崩檢驗以及系統負荷壓力檢驗，試驗結果均正常。

2 機組開機異常情況描述

運行人員根據電站負荷計劃于上午10：49：05.615在監控系統上位機下達2號機組開機至空轉令，機組開機僅過50 s左右，出現異常停機，導致機組開機不成功。

2.1 查看上位機時間列表及出現的異常情況

（1）10：49：37.929 2F分步開機第二步完成信號動作后，10：49：42.421出現：2F軸承交流高壓油泵停止令動作、2F軸承直流高壓油泵停止令動作、2F軸承油閥關閉令動作。

（2）10：49：53.844 2F水機保護正推油流過低動作，10：49：54.157出現：2F水機保護給LCU停機令機組停機。

2.2 現地檢查

（1）現場檢查，LCU下位機觸摸屏存在軸承油流異常、軸承油流過低信號動作，水機保護緊急停機動作，機組在停機過程中，導葉已全關。

（2）2號機組轉速上升到15%后緩慢下降至0%。

待機組停穩后，手動給快關閥進行勵磁，快關閥動作正常，調速器控制壓力過低跳閘復歸，多次手動勵磁、動作快關閥，快關閥均動作正常，機組開機至空轉試驗正常。

從上述情況描述可知，開機異常原因不明，上位機沒有相關動作信號記錄，對后續故障定位查找帶來困難，也可看出事件報警信息記錄完整對于事故分析的重要性。

3 異常情況分析及定位

3.1 關閉軸承油閥原因分析

如圖1，查看上位機事件列表，10：49：42.421前的開機過程中未出現開出停機令及分步停機第七步令，但開出了軸承油閥關閉令，由此可判斷為安全回路信號動作導致軸承油閥關閉令開出。

圖1 關閉軸承油閥邏輯圖

3.2 停直流高壓油泵原因分析

如圖2，查看上位機事件列表，10：49：42.421前的開機過程中未出現遠方、現地停直流高壓油泵令；有開機令但轉速未到95%，故開機停高壓油泵令無法開出；無停機令，故停機停高壓油泵令無法開出；由此可判斷為安全回路動作導致停直流高壓油泵令開出。

圖2 停直流高壓油泵邏輯圖

3.3 產生開機異常原因分析

如圖3，經現場實地設備檢查，并模擬信號動作時發現，由于風閘投入節點為4個風閘位置串聯產生，其中一個風閘位置由于頻繁動作產生接觸不良現象，導致該點信號在開機過程中出現抖動，引發現地控制單元程序中的安全回路啟動邏輯出現短時間的動作復歸，從而導致PLC程序相應程序執行，下達停軸承高壓油泵停泵命令、關閉軸承油閥令。由于軸承油流過低，繼而水機保護動作啟動停機流程。

圖3 安全回路邏輯圖

4 監控系統數據采集方式的分析及瞬動信號解決方法

以該電廠情況為例，該監控系統上下位機數據通信采用ModBus TCP協議，下位機PLC的數據根據不同的類型，將信息存儲在相應的寄存區內，上位機系統進行相應的讀取，從而達到數據通信的目的，但上位機數據采集周期與下位機的數據采集周期是存在差異的，下位機PLC掃描時間假定為m（一般為20 ms左右），監控系統上位機掃描時間假定為n（一般在100～200 ms）左右，若此時普通I/O模塊信號發生了變位，如風閘信號出現了抖動，動作時間假定為v，當m＜v＜n時，此時下位機數據存儲的寄存器雖發生了變位，但由于上位機采集掃描時間較長，該部分信號不會在上位機報警事件中出現，這是引起此次機組開機異常，但無法第一時間找到故障點的真正原因。為解決該問題，根據以上分析和工作經驗提出以下解決辦法供參考。

解決方法1：將計算機監控系統數據上送機制進行優化，所采集的數據不從數字量模塊內部的變位區直接上送至上下位機的數據交換區，而通過數據整合后進行遷移，在PLC內部進行事件存儲并記錄相應的指針變化，上位機根據指針變化的數值依次從事件存儲區進行數據采集，以保證數據的完整性。

解決方法2：在計算機監控系統現地控制單元程序中進行程序修改，在可能出現抖動節點的部位進行程序保持回路設計或脈沖形式的節點輸出，使上位機系統獲取足夠的采集時間，從而進行可靠的事件報警。

解決方法3：在計算機監控系統測點設計之時，對重要的元器件節點或參與流程控制的元器節點使用普通數字量輸入模塊進行采集，而改為使用分辨率更高的中斷量模塊進行采集，利用高精度且帶時標的事件報警，解決報警缺失問題，同時還能夠準確地啟動相應的流程控制。

5 結束語

目前我國水電廠計算機監控系統由于造價問題，無法完全采用高精度分辨率的硬件采集所有測點，如何多方面解決水電廠瞬動信號問題，文中提出了建議性解決問題的思路及辦法，最終還需要各電廠從實際出發，不斷完善設計、程序及數據采集機制，從而徹底解決該現象的發生。