摘要：目前，自动控制系统在水电厂的应用已经相当广泛，某些重要的自动控制系统直接影响到机组的安全稳定运行，其可靠性日益成为大家关注的重点。控制系统通常都是由PLC 和外围元件组成，外围元件又包括测量元件和执行元件。通过实践，发现控制系统测量元件和执行元件易受环境因素或者安装工艺影响而出现故障，而PLC 本身却很少出现故障。而采用容错设计的控制系统可以通过冗余的硬件配置和合理的元器件故障检测机制，剔除故障元件带来的错误数据，改变控制策略来确保控制系统控制功能正常。
关键词：水电厂自动控制系统容错技术应用；改进；
在水电厂的运行过程中应用自动控制系统，不仅能全面掌握水电厂的每一项操作，对每个细节做到实时监控，还能帮助工作人员及时发现机械设备运行过程中存在的问题，降低机械故障发生的可能性。自动控制系统被广泛应用于水电厂生产运行过程中，但在实际工作过程中水电厂的自动控制系统仍然存在诸多问题，极易引发水电厂的各种事故，对水电厂的安全稳定运行带来了巨大隐患。
一、水电厂自动控制系统容错技术应用的问题
1.负荷波动。调速器控制系统采用A 、B 套热备用配置， 控制方式为开度闭环控制。当导叶开度反馈信号故障时， 控制系统将自动由主用套切换至备用套，以保持机组负荷稳定。使传感器定位滑块无法跟随导叶开启方向， 导致机组出现明显的负荷波动和过负荷。当监控系统向调速器控制系统发增负荷命令时， 由于导叶开度传感器无法跟随开方向， 调速器控制系统收到的导叶开度反馈值一直不变， 所以调速器控制系统误判断为无法调节到位，一直进行增加导叶开度的控制， 直到监控系统检测到机组负荷超过目标值后才开出减负荷命令。但由于水流惯性等因素,机组负荷超过目标值很多, 最大甚至超过60MW , 并在监控系统进行减负荷过程中出现负荷波动, 对电网形成一定影响。如果考虑调速器导叶开启目标值与导叶开度反馈值间的延时跟随特性，将两者间跟随的延时值作为判断开度反馈和执行机构的故障条件之一，及时发现导叶开度传感器故障并可靠进行控制系统主备用套切换， 应当能够避免调速器控制系统持续的错误开出开启导叶命令的问题。
2.厂外排水泵误启动。一个水位变送器和一套水位开关共同控制水泵启停。当水位变送器和水位开关均正常时， 水位变送器和水位开关都能启停水泵， 当其中一种测量信号故障时另一个测量信号还能控制水泵启停。但此控制系统发生过水位变送器信号跳变导致水泵全部启动的现象， 因为水位变送器信号瞬间跳变到水位过高报警值， 已经满足启动备用水泵的条件。但误启动全部7 台水泵后， 又因为此时渗漏集水井实际水位在停泵水位附近， 水位开关送入的停泵水位信号到达，使水泵立即全部停止。这种异常启动和停止的问题对水泵寿命造成一定影响。渗漏集水井水位变送器送入控制系统4～20mA 模拟量信号， 系统采用断线和越限报警的方法来判断故障， 但外部因素导致水位变送器信号出现瞬间大幅度的跳变，没有超出4～20mA 电流信号范围，并不满足报警条件，控制系统将水位变送器错误的测量数据用作控制条件，导致误启动水泵。在此例中， 如果考虑水位变化的速率特性， 将此水位实际变化的最大值作为水位变送器信号值变化的限制值， 应当能够正确判断水位变送器跳变故障， 避免误启动水泵。
3.通过在水电厂的一些重要控制系统中，都考虑了通过冗余的硬件配置来应对某个元件甚至单套控制系统故障的问题，以期实现备用容错的目的， 但实际应用中， 当某个元件处在特定的异常状态时，缺少一定的判断故障的逻辑，使得控制系统采用了错误的数据进行逻辑控制，导致整个控制系统处在异常的状态， 最终带来严重的后果。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆其实， 硬件冗余只是容错设计的第一步，全面合理的逻辑容错才是容错设计中的关键部分，只有控制系统可靠判断错误所在， 才能继续开展容错的控制。要想使水电厂自动控制系统发挥出最大的效用，更好地服务于水电厂生产运行工作，就必须要为水电厂自动控制系统配备相对完善的管理机制，只有如此，才能让水电厂自动控制系统得到良好的维护与管理。目前绝大多数的水电厂自动控制系统都缺乏一个完善的管理机制，后期的维护与管理工作不到位，使自动控制系统长期处于有问题的运行环境中，不仅无法发挥最大效用，还给其正常运行带来了巨大的安全隐患。
二、改进
1.通常，控制系统测量元件可以按信号类型分为模拟量和开关量元件， 在设计控制系统逻辑容错时应考虑：（ 1） 对于模拟量信号，不仅要考虑断线和越限报警，还应考虑被测量对象的变化特性并设定相应的报警逻辑，如变化速率是否过快或者过慢；同时， 可考虑增加控制目标值和测量反馈值间的跟随逻辑报警，此报警判断不仅能反映测量元件本身的问题， 还能反映整个控制闭环的故障， 比如执行元件故障使实际值不能跟随目标值。（2）对于开关量信号，通常不能单独判断故障，但可以通过逻辑相互矛盾和前提条件限制来判断报警，如启泵水位和停泵水位不能同时到达、停泵水位应先于水位过低到达等。（3）对于特别重要的控制系统， 在容错设计时可考虑方法, 但是目前大部分控制系统通常只采用双套模拟量测量元件或者一套模拟量和一套开关量测量元件组合的配置形式。在这样的情况下, 可以增加双套测量元件间的测量数值差值报警逻辑， 使运行人员及早发现问题并处理， 避免其中一种测量元件出现积累偏差使控制系统功能异常, 比如油压装置压力开关的动作值漂移、投入式液位变送器安装位置滑动等引起的测量不准。此方法只用于报警， 将人作为控制系统容错的一个要素，在不增加硬件配置的条件下实现控制系统容错能力的提升。
2.正确的选取和使用自动控制系统。在水电厂的自动控制系统中，系统软件存在于运作过程中的各个环节，所以，能否正常运行自动控制系统取决于能否正确选取软件。我们对关键、核心器件的质量要求一定要高，要严格，使用的程序也要科学、合理。同时，我们要高度重视机房等重地，为了使重要设备不至于被淹，一个有效的措施就是安装水位测报系统传感器，这样不但可以对水位变化及时掌握，同时还可以调度管理整个系统。
3.冗余控制实现方式大体分为：①处理器冗余；②网络通信冗余；③供电电源冗余。按照冗余的实现方式可分为：硬冗余和软冗余。硬冗余是指为增加系统的可靠性，而采取两套或两套以上相同、相对独立配置的设计。通过提供系统运行所需的所有关键组件的冗余的方法，达到容错能力的系统或者系统的结构，当系统发生故障时,冗余配置的部件介入并承担故障部件的工作,由此减少系统的故障时间。软冗余是通过编写软件实现，即两个功能相同但源程序不同的两个软件，当系统中设备出现故障时，通过程序实现切换。
随着水电厂大型机组应用的不断增加，对控制系统可靠性的要求也是与日俱增，容错设计作为提高控制系统可靠性的一个重要手段也得到广泛应用。通过对控制系统容错技术应用中的问题进行分析，并提出有针对性的改进方法，希望为控制系统容错设计提供参考。
参考文献：
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论文作者:王正伟
论文发表刊物:《电力设备》2019年第7期
论文发表时间:2019/9/18
标签：水电厂论文; 水位论文; 控制系统论文; 冗余论文; 元件论文; 自动控制系统论文; 调速器论文; 《电力设备》2019年第7期论文;