万家寨水电站主变冷却器控制系统改造.pdf

2 0 0 4年 第 1 9卷 第 4期 总第 6 9 期 电 力 学报 J OURNA L OF E L E CT RI C P OWER Vo 1 ． 1 9 No ． 4 2 0 0 4 S u m． 6 9 文章编号 1 0 0 5 6 5 4 8 2 0 0 4 0 4 0 3 5 5 0 2 万家寨水 电站主变冷却器控制 系统改造 李桂红 ， 蒋敬惠 1 ． 黄河万家寨水利枢纽有限公司， 山西 偏关0 3 6 4 1 2 Th e Re c o n s t r u c t o f t h e Co o l e r s Co n t r o l S y s t e m f o r t h e Ma i n T r a n s f o r me r i n Wanj i a z h a i Hy d r o p l a n t L I Gu i h o n g ， J I ANG J i n g h u i 1 ． Ye l lo w R iv e r Wa n j i a z h a i Wa t e r C o n t r o l C O． L t d ， P i a n g u a n 0 3 6 4 1 2 ， C h i n a 摘要 简单 阐述 了水 电站主 变冷却 器的重要 性 ， 对万家寨水电站新型主变冷却器控制系统的组 成及功能进行 了详细介绍 ， 并对一些实际问题和解 决情况进行 了分析讨论。 关键词 主变冷却器； 控制系统； P L C； 水电站 中图分类号 T V7 3 4 ． 3 文献标识码 B Ab s t r a c t Th e i mp o r t a n c e o f coo l e r s o f t h e ma i n t r a n s f o r me r i n t h e Hy d r o p l a n t i s b r i e fl y i n t r o d u c e d． Th e n o v e l c o o l e r s c o n t r o l s y s t e m f o r t h e ma i n t r an s f o rm e r i n Wa n i i a z h a i Hy d r o p l a n t i s g i v e n i n d e t a i l ， f u rth e rm o r e s o me p ro b l e ms a l o n g wi t h t h e i r so l u t i o n a r e a n a l y s e d a n d d i s c u s s e d ． Ke y W o r d s c o o l e r s o f t h e ma i n t r a n s f o rm e r ；co n t rol s y s t e m ；PLCh y d rop l a n t 主变冷却器是水 电站机组辅助设备 的重要组 成部分， 其运行 的可靠性 、 稳定性直接影响到主变 的安全稳定运行。主变冷却器的控制系统担负着 自动启停主变冷却器 、 冷却主变用油使其保持在允 许范围， 同时向上位机传送主变及冷却器信息的任 务。其能否正常可靠的工作 ， 决定了主变冷却器系 统的运行品质。万家寨水电厂机组采取单元接线 ， 共有 6台主变 ， 主变冷却器采用强迫油循环水冷却 方式， 每台变压器有 6台冷却器成组运行 ， 冷却器 采用防堵型双重管变压器冷却装置。原主变冷却 器控制系统以继电逻辑控制作为核心 ， 对于主变油 温、 油位 以及冷却水 的信 号的采集是通过机械表 计 、 流量开关等来实现的。这种传统的控制方式控 制功能简单、 整定困难、 整定点易漂移， 上送全厂监 控系统的信号少， 加之一些 自动化元件的可靠性问 题 ， 在实际运行 中暴露 出诸多问题 ， 已经远不能适 应水电厂自动化的要求 ， 更不能满足水 电厂“ 无人 值班、 少人值守” 的运行方式。为了解决上述问题 ， 该厂决定对主变冷却器控制系统进行改造。 1 新系统组成及功能 为提高冷却器的冷却效果和冷却效率 ， 减轻运 行人员的劳动强度 ， 使其可靠性 、 自动化程度能够 达到无人值班 、 少人值守 的要求 ， 新的主变冷却器 测控系统采用西门子 S 7 3 0 0型 P L C为核心控制 单元 ， 并配置新型可靠的压力、 温度、 液位传感器 、 流量开关以及人机界面 H MI 等部件 ， 实现对主变 冷却器的 自动启停 、 自动轮换、 信息采集及上送 ， 并 保证其安全、 可靠运行。系统主要功能如下 a ． 冷却器的自动启停 。各冷却器均具有 自动、 切除 、 手动 3种控 制方式 。在 自动方式下 的冷却 * 收稿 日 期 2 0 0 4 0 6 2 2 作者简介 李桂红 1 9 7 5 ， 男 ， 河北人， 黄河万家寨水利枢纽有限公司助理工程师 ， 从事水电站电气二次设备检修与维护工作 ； 蒋敬惠 1 9 7 6 一 ， 女 ， 河北人， 黄河万家寨水利枢纽有限公司助理工程师 ， 从事水电站电气二次设备检修与维护工作。 维普资讯 3 5 6 电 力 学报 2 0 0 4 年 器 ， 将由 P L C根据主变高低压侧合闸令控制冷却器 自动启停并轮换其工作／ 备用方式。当主变运行， 投入 3台冷却器运行 最初指定投入 l 、 2 a 、 6 a ， 定时轮换 ， 备用冷却器根据温度 自动投入， 成组循 环排列方式本着均衡 、 对称的原则分组， 冷却器故 障退出运行后， 备 用冷却器也按照该方式投入运 行。 b ． 供水总阀的自动开闭。供水总阀具有 自动、 手动 2种运行方式 ， 自动状态下将由 P L C根据主变 高低压侧合闸令进行 自动开启和关闭， 同时可根据 冷却水水压 自动调节阀门开度。 c ． 关键信号冗余配置。对作为控制依据 的变 压器油温检测 ， 采用 2套检测元件 温度开关和温 度变送器。2 种不同原理的测量元件输出信号均直 接接入 P L C不同模块 ， 由软件实现故障互检和互为 冗余测量。为保证 主变冷却器的事故停运动作可 靠 ， 采用了 3只温度 开关和 1只温度传感器， 对它 们的动作 ， 测控装置除了进行 自检与互检外， 还要 进行两者间的三选二关联动作 2只温度开关与 1 只温度传感器所测温度中， 必须有 2 个以上 的输出 量达到事故温度动作值 ， 才发出事故跳闸信号 ， 在 P L C故障隋况下依然可保证跳闸信号的正确远传。 d ． 状态记 录、 显示及上传。P L C根据各输入 开关量及模拟量进行冗余 、 容错的分析判断， 自动 存储冷却器、 总阀以及主变温度等信息 ， 在彩色液 晶触摸屏显示温度变化 曲线和以简洁直观的图形 显示各点工况 ， 并将重要信 息上送 至全厂监控 系 统 ， 为运行监视提供实时数据。 e ． 人机界面友好。人机界而采用西门子触摸 屏， 操作方便 ， 信息量大， 可通过按键 自由切换成系 统监视、 实时曲线和用户查询等状态。在实时监视 状态下， 以图形形式显示被控参数 温度、 油流等 、 设备运行状态和故障信息。在查询状态下 ， 用户可 以查询每台电机累计运行次数和运行时间， 以及主 变温度的历史记录。 f ． 电源双重化及监视。2路 动力 电源分别取 自厂用电 2 个开关 ， 并选用法国S c h n e i d e r 的配电产 品组成主变冷却器双 电源 的 自动投切 系统 ， 公用 A C 2 2 0 V控制电源分别取 自2路动力电源并 自动 切换。D C 2 4 V 控制 电源全部 采用双 电源冗余配 置， 无扰动 自动切换 L 取 自 I、 Ⅱ路动力 电源 的 2 路 A C 2 2 0 V控制电源经过继 电器互投后 ， 经 A C ／ D C变换成 2 4 V电源 ； 另一路电源取 自直流 2 2 0 V 经 D C ／ D C变换为 2 4 V 电源。直流 电源可确保动 力电源全失后 P L C的可靠报警和状态监视。开关 电源选用台湾 MW 公司产品， 确保交流电源浪涌冲 击不会影 响到控制元件。各个电源 回路均配置保 险 、 监视继 电器 ， 继电器带有指示灯便于观察 ， 其节 点信号接入 P L C并上送全厂监控系统。 2 程序编制考虑的重点 问题 a ． 此次改造的主变冷却器控制系统为 3 主变 的冷却器控制系统 ， 3 主变高低压侧均有断路器 ， 且低压侧带有厂用 电变压器 ， 当发 电机 组不发 电 时， 主变低压侧 机组 出 口断路 器 断开 ， 主变高压 侧断路器合闸由系统提供厂用电电源 ， 此时主变冷 却器依 旧需要运行。但 由于此时主变负荷较小 ， 因 此可以减少冷却器运行台数 。这样 ， 冷却器的运行 方式应分为 2 种 主变运行 、 发变组运行。 b ． 由于 6台冷却器分成 2组分别布置于主变 的 2 侧 ， 因此冷却器 的启动应本着均衡 、 对称 的原 则 ， 保证所启动冷却器分布于主变 2侧 ， 即使工作 冷却器故障退出运行后 ， 备用冷却器也按照该方式 投入运行 ， 以防止主变 2侧温度不均。 c ． 主变温度传感器与温度开关两者之间应相 互检验及闭锁。 d ．由于采用 了多达 l 0个传感器， 尤其是主变 温度传感器所测温度还用于事故判断 ， 因此必须考 虑模拟量采集的准确性 ， 在软件方面进行防干扰及 校正偏差等处理 。 3 存在 问题 由于 3 主变冷 却器控制 系统 改造是首 次进 行， 所以难免存在一些问题 ， 主要有以下几个方面 a ．由于整个控制系统采用 1 个控制柜 ， 油泵动 力线与二次接线布局不合理 ， 以致油泵启动时对二 次部分尤其是对模拟量采集 回路造成干扰 ， 受检修 工期及现场条件制约， 暂时采用软件方法进行抗干 扰处理 ， 待下一次主变检修时还应对 回路进一步处 理。建议其他机组主变冷却器控制系统改造时控 制柜内动力线与控制信号线分开布线 ， 可将动力线 部分走盘后 ， 控制信号线走盘前 ； 同时加强软件抗 干扰的处理 ， 可以采取延时躲避尖峰干扰和取多次 测量求取平均值 的方法来增加模拟量的准确性。 b ． 程序中对于模拟量的故障判断 下 转第3 5 9 页 维普资讯 第 4 期 刘铉 应用 S y mp h o n y系统实现报警数据的处理 3 5 9 操作员从 总体上 了解过程或 系统所 发生的状态。 画面中每 1行对应 1个报警 ， 并在左侧有确认 键 A C K 。如果出现 了 A 说明报警没有被确认 ； 如 果所有 的报警 均被显示 ， 则菜单棒上将 出现 F il t e r ； 如果在菜单棒上实现对报警的确认 ， 画面上会 得到另 1 个菜单来决定是按照优先级 、 区域确认还 是对全部的报警加以确认等。 实际上， 这些信息 已经 进入 了数据 库加 以保 存 ， 为分析系统 、 过程提供着数据和帮助。同时， 操 作员也能在这些画面上完成相应的操作。 3 ． 3 最小报警 窗 最小报警窗是 系统为报警 、 系统状态 、 操作信 息显示及相应的操作提供的最 直接 的界面。可以 说该窗 口是报警信息和进行报警处理的专业结构。 同系统 窗 口一样， 最小报警 窗 口在 系统 启动 时， 会 自动出现在显示 画面上。该 窗 口不能最大 化 、 最小化关闭和修改尺寸 ， 也就是说 ， 它不能被任 何画面所覆盖， 这样保证 了报警信息有较高的优先 级 。该窗 口可显示 2个过程报警行 ， 1 个事件和 1 个操作员信息行。 过程报警显示 区 可显示 2个过程报警 ， 每 1 报警显示如下字段 发生报警具有的优先级 、 区域 、 时间、 日期 、 报警标签、 状态 、 说明等。 每一报警行的左侧显示报警优先级的颜色， 以 及报警是否被确认 。若报警未被确认 ， 将在优先级 色块上标 A ， 其确认操作是点击鼠标的左键。 确认键的左侧是标有 V 的矢量键。若该键被 组态 ， 点击此键时 ， 定义的画面就会显示在操作员 窗口内， 若没有定义， 它将显示该报警的点画面。 系统事件显示 区 该显示区 占 1 个信息行 ， 主 要用于显示系统事件的发生； 当操作员调用数据库 和服务器离线等时都有 1 则信息被显示。 操作员信息显示区 该显示 占 1 个信息行 ， 主 要向所有操作员通报操作信息 ， 该功能提供了不同 用户间的在线通讯。 4 结束语 在漳山发 电厂 3 0 0 MW 机组上的运行实践表 明， 上述方案数据层次结构合理 ， 现场控制单元 I ／ 3 信息、 报警信息安全可靠。在应用 中 C o n d u c t o r 运 行在 Wi n d o w s 2 0 0 0环境下， 充分发挥 了人一机联 系窗 口的优势 ， 获得了良好的效果。 [ 责任编辑 王琨 ] 上 接第3 5 6 页 不够严密， 且没有区分主变的 2种运行 状态， 需要进一步完善。建议增加模拟量的梯度越 限报警及模拟量与开关量 的相互校验。另外 ， 当主 变仅带厂用电运行 时， 基本相当于空载， 发热较小 ， 所以应当区别于发变组带载运行时的状态， 同时考 虑冷却的对称性 ， 建议启动 2台冷却器， 主变 2边各 1台。 c ． 冷却水水压及水温传感器 ， 由于冷却水水压 传感器安装位置不合理， 不但靠近总阀且靠近弯管， 以致冷却水水压在总阀开启时波动较大根本无法用 于控制阀门的开启 ， 而水温传感器由于感温棒太长， 加之安装位置也不合理致使在调试过程中感温棒被 冷却水冲断。对于水压的问题 ， 建议尽量将传感器 安装位置远离阀门及变管 ， 同时在软件中增加延时， 另外建议传感器的感温棒短一些 ， 可以采取侧装的 方式，但从可靠性方面讲 ， 笔者认为模拟量易受环 境影响如电磁干扰等 ， 经常测值不准 ， 因此不宜单独 使用模拟量进行控制。 4 结束语 万家寨水电站改造后 的 3 主变冷却器控制系 统已投运 ， 运行情况 良好 ， 大大方便 了运行人员对 3 主变及其冷却器的操作与监视， 减轻 了维护人员 的工作量。但因新系统运行时间较短 ， 其性能还有 待进一步运行验证 。但可以肯定 ， 以 P L C为主控元 件并配以高精度高可靠性的自动化元器件及人机界 面组成的新型自动测控系统正成为水电站主变冷却 器控制方式的主流 ， 使得主变冷却器的控制实现真 正意义上的自动化 、 智能化 ， 满足水电厂“ 无人值班 、 少人值守” 的运行方式。 参考文献 [ 1 ] 黄献生 ． 可编程控制器在变压器冷却器控制中的应用 探讨 [ J ] ． 广西电力 ， 2 0 0 2 3 ． [ 2 ] 李桂红 ． 万家寨水 电站机组油压装置控制 系统改造 [ J ] ． 水电厂 自动化 ， 2 0 0 4 3 ． [ 责任编辑 王琨 ] 维普资讯