水輪機溫度保護系統(tǒng)設計改進

水輪機溫度保護系統(tǒng)設計改進

1為機組重要非電量保護提供了更高的重視在水庫處理廠的監(jiān)測系統(tǒng)中，溫度是反映機器運營狀態(tài)的重要參數(shù)。精確、穩(wěn)定地監(jiān)視水輪機瓦溫、油溫、定子、轉(zhuǎn)子溫度等數(shù)據(jù)并正確動作,對保證水電廠的安全運行起著重要的作用。目前,與完備的水輪機電氣保護系統(tǒng)相比,作為機組重要非電量保護的溫度保護系統(tǒng),沒有得到應有的重視。從電站實際運行情況來看,由于溫度保護誤動或拒動引起的停機、甚至燒瓦等事故的實例較多,給電站帶來了極大的經(jīng)濟損失。隨著水電站控制向著“無人值班”(少人值守)方向的不斷推進,以及水輪機組向著大型機組、超大型機組、高度自動化方向的發(fā)展,對電站溫度保護系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性提出了更高的要求。本文根據(jù)目前水電站溫度保護系統(tǒng)的特點和功能要求,從系統(tǒng)構(gòu)架、控制邏輯方面出發(fā),進行了較深入的研究和分析,提出了水電廠溫度保護系統(tǒng)的設計和改進方法。2溫度保護系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的研究和改進2.1機組溫度數(shù)據(jù)的采集水輪機組測溫系統(tǒng)中,每臺機組測溫點數(shù)量非常之多,其中直接用于事故停機的測溫信號數(shù)量也十分龐大。隨著機組容量的增大,測溫點數(shù)更是成倍增加。以某水電站600MW機組為例,單臺機組各類溫度測點數(shù)量已超過400點。同時,隨著測控技術(shù)的進步,溫度數(shù)據(jù)的采集方式越來越多樣化。如溫度數(shù)據(jù)采集可以利用PLCRTD(ResistanceTemperatureDetector)測溫模件或者專用的溫度巡檢裝置等;數(shù)據(jù)傳輸可以硬接線方式或者以通信方式向電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)傳送相關(guān)數(shù)據(jù)。如何充分利用各種采集系統(tǒng)并合理規(guī)劃這些溫度測點(尤其是用于事故停機判斷的溫度測點),最大限度地實現(xiàn)風險的分散,對于提高水電站溫度保護系統(tǒng)的可靠性,具有重要意義。2.2主體結(jié)構(gòu)組成采集系統(tǒng)的分散,意味著從溫度數(shù)據(jù)采集端出發(fā),減少單一數(shù)據(jù)采集方式的弊端,實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的冗余控制,使得溫度數(shù)據(jù)的采集變得更加可靠。其基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。從圖1可以看出:(1)機組PLC和水機PLC分別采集溫度信號,并根據(jù)既定的邏輯判斷動作開出,確保一方故障時另一方仍能事故停機。(2)機組PLC直接通過RTD模件采集機組溫度數(shù)據(jù),另外,還接收來自機組測溫屏溫度數(shù)據(jù)和相關(guān)的報警/停機信號,同時,還會接收來自水機PLC的溫度報警/停機信號。結(jié)合機組實際情況經(jīng)過合理的數(shù)據(jù)選擇和邏輯判斷,產(chǎn)生最終的控制結(jié)果指導機組事故停機,保障機組的安全運行。2.3溫度模件的設置方式PLC溫度模件的故障可能引起溫度保護系統(tǒng)的誤動作或者拒動作。針對這種情況,在溫度量單點分布方式上,采取如圖2所示的設計方案。以PLC溫度模件上的各點分布為例,在同一塊溫度模件上,盡可能多地分布不同類型的溫度量。根據(jù)電站實際溫度點情況,結(jié)合各個模件上的同類型溫度點進行相應的邏輯判斷,避免因模件故障引起同一類型的溫度量多點誤動,有效防止溫度誤動引起機組事故停機。3合理控制合理的測溫控制邏輯為了提高溫度保護系統(tǒng)的可靠性,在水電廠溫度保護的控制邏輯中必須采用容錯機制,詳盡考慮測溫保護系統(tǒng)各環(huán)節(jié)在運行中容易出現(xiàn)的故障,并通過預先設置的邏輯來識別錯誤的溫度信號,以防保護系統(tǒng)誤動。3.1溫度量品質(zhì)判斷水電廠溫度信號輸入概括起來有三種方式。數(shù)值型,如PLC溫度量信號模件,模擬量信號模件等;通訊型,如溫度巡檢裝置等;接點型,如溫度表計或溫度保護裝置的接點輸出。不管是何種溫度信號,作為監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)視或事故啟動的數(shù)據(jù)源,必須對其有效性(即品質(zhì))進行判斷。針對測溫元件接線易出現(xiàn)斷線、接觸不良,測溫儀表損壞,溫度巡檢裝置通訊易受外界干擾等問題。溫度量品質(zhì)判斷主要有以下幾個方面:(1)測量值設置上、下限,當測量值超出限值范圍,置該點品質(zhì)為壞。1)數(shù)值型溫度輸入信號,須增加通道狀態(tài)判斷,當通道狀態(tài)異常,置改點品質(zhì)為壞。2)通訊型溫度輸入信號,須增加測溫裝置通訊狀態(tài)判斷,當裝置通訊中斷,置該測量值品質(zhì)為壞。(2)增加溫度信號的品質(zhì)判斷,對于保證溫度保護系統(tǒng)正確動作、避免誤動具有重要意義,大大提高水電站溫度保護系統(tǒng)的穩(wěn)定性。3.2停機前溫度點監(jiān)控好,運行人員合理水電站實際運行情況表明,水輪機組溫度保護誤動遠多于拒動。因此,溫度保護動作邏輯設計的重點就是在保證不發(fā)生拒動的基礎上避免系統(tǒng)誤動。針對這一問題,本文提出了應用于水輪機組的一種溫度保護系統(tǒng)動作邏輯的設計,其基本思路及方法如下:(1)停機溫度前設置報警溫度。正常情況下,溫度的上升是一個平緩的過程,在停機溫度之前設置合理的報警溫度并及時輸出報警信號,能有效地監(jiān)視當前溫度變化情況,警示運行人員。(2)同類型多點參與判斷。在判斷溫度過高時,應要求同類型相鄰兩點或任意兩點以上溫度點參與判斷。在水輪機組測溫系統(tǒng)中,上導、下導、推力、水導中同類型點至少兩點溫度達到停機值,才發(fā)出相應的“溫度過高停機”信號,并輸入機組LCU的PLC啟動事故停機流程;把上述幾個信號取“或”邏輯后再形成“軸承溫度過高總信號”,輸入水機PLC,啟動事故停機流程。(3)增加延時以消除信號抖動影響。延時時間的大小需根據(jù)實際情況合理調(diào)整。(4)增加梯度越限閉鎖。如果本次采集值與上次采集值之差大于設定梯度,則置該測點品質(zhì)為壞,該點此時不參與保護控制。如果該點測值恢復至正常值范圍,即本次采集值與上次記錄正常值之差小于設定梯度,并且在連續(xù)N(N可根據(jù)實際整定)個采樣周期內(nèi)穩(wěn)定無突變,則恢復該點品質(zhì)為好,使其參與保護控制;否則,不刷新該點測值和品質(zhì)位。根據(jù)上述邏輯,溫度保護系統(tǒng)邏輯圖如圖3所示。3.3常用的在線參數(shù)初始化和識別程序PLC程序的合理設計是溫度保護系統(tǒng)穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。根據(jù)以上邏輯圖,程序采用模塊化設計,具備較高可讀性、可維護性。其程序結(jié)構(gòu)見圖4。初始化程序段INIT():在PLC上電首次掃描時完成參數(shù)初始化,包括溫度量類型及點數(shù),各點上、下限定值,梯度保護定值等。原始值采集程序段RTD_Proc():采集各類型溫度量原始值,上下限判斷、品質(zhì)狀態(tài)處理。梯度判斷程序段RTD_Grad():溫度測值梯度判斷及相應的品質(zhì)處理。開出判斷程序段RTD_Judge():事故停機所使用的各種“溫度過高停機”開出信號生成。在進行邏輯判斷生成事故停機信號時,必須加上該點品質(zhì)狀態(tài)并采取“與”的邏輯,以防止誤出口。4不同測溫電阻阻值對比本節(jié)所用數(shù)據(jù)取自某水電站1號機組測溫系統(tǒng)水導瓦溫停機狀態(tài)下數(shù)據(jù),溫度上升過程通過增加測溫電阻阻值模擬,其實驗結(jié)果如表1所示。由表1可見,通過模擬機組溫度上升過程,驗證了控制邏輯輸出結(jié)果的正確性,適于于工程實現(xiàn)。5機組模擬機組測試結(jié)果為了解決現(xiàn)有水輪機組溫度保護系統(tǒng)頻繁