汉江水电开发有限责任公司位于湖北省十堰市竹山县境内，下辖潘口、小漩两座水电站。潘口水电站项现安装2台250MW混流式机组，小漩水电站现安装3台16.67MW灯泡贯流式水轮发电机组。潘口、小漩水电站（下简称电站）辅助设备控制系统（调速器压油泵、检修、渗漏排水泵、高、低压气等系统）是将控制对象控制在一个特定工作区间内，我将其称之为区间控制系统。在设备维护时发现这些区间控制系统时有发生一些不安全运行现象，而这些区间控制系统直接或者间接影响电站发电机组正常运行，因此其安全可靠运行尤为重要。为了提高电站区间控制系统运行可靠性，进行本次优化及标准化工作。
表一 电站区间控制系统典型不安全运行现象记录表
通过表一及电站区间控制系统PLC控制逻辑进行分析，我发现存在以下问题：
1、控制元件故障或者泵故障导致泵长时间运行；
2、变送器故障或者卡死时导致控制不可控；
3、压力开关误动作时导致控制不可控。
找出以上问题后我以潘口调速器压油泵系统进行系统优化。潘口调速器压油泵系统由PLC、触摸屏、若干中间控制继电器、两台压油泵、4个压力开关、1个压力变送器、一个及油槽及一个压油罐构成。系统控制目标为将油压控制在6.0~6.3MPa区间内。
针对第1个问题，我启用了运行超时功能，通过对压油泵日常运行数据分析，单台压油泵每次将压力由6.0MPa打压至6.3MPa耗时41秒，结合机组调负荷及其他运行工况，我设定一台泵每次打油超过300s即为打压超时，打压超时后停泵并报警，有效的解决了泵长时间运行的问题。
针对第2、3个问题，我发现均为压力测量元件故障导致。在实际运行中压力开关定值会因环境变化产生定值漂移，因此压力开关控制精度低于压力变送器，但其动作可靠性高于压力变送器。怎样才能取长补短提高系统可靠性，同时又避免元件故障导致系统不可控。我采取了变送器与压力开关同时控制，并对两个控制信号在控制之前进行冗余处理，逻辑判断如下：
1、对4个压力开关进行动作逻辑判断，以压力开关不能跳位动作为判断依据，四个压力开关定义分别为压力过低启备泵（SI_BUFF[18]）、压力低启主泵（SI_BUFF[17]）、压力正常停泵（SI_BUFF[19]）、压力高报警（SI_BUFF[20]）程序判断逻辑见图1：
图1
2、对变送器故障进行判断，以变送器超过自身输出量程作为变送器故障判断条件，即PLC压力采集变量（AI0001）码值在6400~32000范围内，程序逻辑见图2：
3、对压力开关与变送器控制信号进行冗余判断，当开关量逻辑正常时若变送器启主泵信号（BOOL[01]）与开关量停泵信号（SI_BUFF[19]）同时动作或者变送器停泵信号（BOOL[04]）与开关量启主泵信号（SI_BUFF[17]）同时动作，判断为冗余故障，程序逻辑见图3：
4、对控制方式进行判断处理，当开关量逻辑故障时切除开关量控制（M00511）并报警，当变送器故障或者冗余故障时切除模拟量控制（M00510）并报警,当模拟量控制与开关量工作同时退出时报控制系统故障并停泵，程序逻辑见图4：
图4
5、经过冗余控制处理后，闭锁故障元件的控制功能（SI_BUFF[25]，SI_BUFF[28]为其他控制闭锁，与本次优化无关），程序逻辑见图5
6、随后在对压力开关定值调整时，扩大压力开关的控制区间，将压力开关控制区间调整为为5.98~6.32MPa，就可以实现6.0~6.3MPa区间内由变送器精准控制，又让压力开关为整个系统的可靠性做保证。
本次优化充分发挥出了变送器与压力开关优点，又通过两者冗余提高了控制系统可靠性，让控制的精准性与可靠性均有效提高。潘口调速器压油泵系统优化后，该系统一直控制精准、运行稳定，再未发生控制系统不可控现象。
图5
在水电行业控制系统均生命周期，怎么保证其他区间控制系统及设备更新后不再出现以上问题，我对电站区间控制系统进行了标准化。我对电站区间控制系统控制系统进行分析总结，结合实际总结出电站区间控制系统配置标准:
1、控制系统采用PLC控制，现地配备触摸屏；
2、具备模拟量与开关量双重控制功能，并可以手动切换；
3、具备开关量逻辑故障、变送器故障判断功能；
4、具备模拟量与开关量冗余判断功能；
5、具备开关量接点防抖功能；
6、系统正常运行时开关量与模拟量同时控制，当开关量逻辑故障时切除开关量控制并报警，当变送器故障或者冗余故障时切除模拟量控制并报警,当模拟量控制与开关量工作同时退出时报控制系统故障并停止系统运行；
7、具备控制系统本身特有启、停及保护闭锁功能；
8、具备启动失败、停止失败判断功能；
9、具备系统特有故障报警控制功能；
10、对运行时间固定的系统应具备运行超时报警功能；
11、多个启动控制对象时应具备轮换功能；
12、PLC程序变量规划合理清晰并留有足够备用；
13、PLC程序框架合理，程序段功能划分清晰；
14、具备通信传输功能，将相关控制信号上送；
15、现地具备显示、操作及定值、参数修改功能；
根据上述要求及各系统特性我完成了电站的其他区间控制控制系统优化工作，并编制了各自的标准化程序逻辑流程框图。标准化完成后，有效的提高了电站区间控制系的可靠性及控制精准性。电站所有区间控制系统使用一套控制逻辑，降低了设备维护难度，提高了设备维护管理的工作效率。
作者简介
董诗超，1986年10月，男，湖北宜昌，工程师，全日制本科，2009年7月-2010年10月 云南大盈江四级水电站做水电站设备维护工作；
2010年10月-至今 汉江水电开发有限责任公司做水电站设备维护工作。
论文作者:董诗超
论文发表刊物:《基层建设》2019年第16期
论文发表时间:2019/9/9
标签：区间论文; 控制系统论文; 故障论文; 电站论文; 变送器论文; 逻辑论文; 功能论文; 《基层建设》2019年第16期论文;