浅论溪洛渡电站计算机监控系统机组手动停机及落门控制的应用论文
引言
随着计算机、网络技术的发展，大型水电厂的监控主要依赖计算机系统及各种微机自动控制装置，这些智能装置的应用大大提高了水电站自动化程度，使水电厂逐步实现“无人值班”、“少人值守”。自动控制装置的可靠性相对较高，但从理论上讲均存在装置故障的风险，自动化系统设计时必须保留紧急情况下人工手动控制设备功能。
在所有的手动干预控制中，最后一道安全生产防线就是可靠的切断水流和电流，切断机组同外界的能量联系，即在发生可预知事故的情况下，工作人员在远方可以手动停止运行的机组，甚至关闭机组进水口闸门，保证人员和设备安全。某个大型水电站无法快速关闭进水口闸门导致事故进一步扩大，这些事故充分说明水电厂可靠关闭即机组进水口闸门的重要性。在《水电厂计算机监控系统基本技术条件(DL/T578-95)》中，明确要求监控系统需设置机组后备保护。一般来说，远方手动停机、落门按钮设置在电厂中央控制室，其动作信号均接入同计算机监控系统相对独立的后备保护系统中，水机后备保护可以采用常规继电器或者PLC(可编程逻辑控制器)实现。溪洛渡电站、三峡左右岸电站、葛洲坝电站等大型水电站均在多个地方设计了手动停机、落门按钮。
1溪洛渡电站手动停机、落门控制原理
1.1影响溪洛渡电站手动停机、落门设计的实际情况
溪洛渡电站引水发电建筑物和控制管理建筑物距离较远，这是影响溪洛渡电站监控系统设计的重要因素。电站永久性的控制管理楼位于大坝右侧(面向下游)岸边空地上，高程约870m，左右岸发电厂房均是地下厂房，发电机层的高程为376.5m，控制管理楼距右岸地下厂房垂直距离约500m。控制管理楼同右岸地下厂房通过两段出线竖井相连，控制电缆(或光缆)布置在出线竖井内。如果从控制管理楼铺设电缆到左岸进水口快速门的控制柜，电缆长度至少大于1.7km，且电缆铺设路径的环境比较复杂。
左右岸地下副厂房分别设置集中控制室，是溪洛渡电站的另一特点。在运行初期，机组运行在磨合期，有必要在地下厂房设立运行人员的监视控制中心。因此，溪洛渡电站总共有3个控制室，即控制管理楼中央控制室、左岸副厂房集控室、右岸副厂房集控室。从技术上要求左、右岸副厂房能够手动停止左、右岸运行机组、关闭左、右岸机组快速门，控制管理楼能够手动停止全厂运行机组、关闭全厂机组快速门。
1.2溪洛渡电站手动停机、落门控制原理
在溪洛渡右岸控制管理楼室、左岸地下厂房集控室、右岸地下副厂房集控室、机旁水机后备保护控制柜共4个值班点，均可实现机组停机和落门，同时在调速器液压系统控制柜上设有紧急停机按钮。任何一个按钮动作，其动作信号均能传送到三套PLC(可编程逻辑控制器，即三套施耐德Quantum系列控制系统)，分别是模拟屏驱动器、机组现地控制单元和机组后备保护系统。停机序列由机组现地控制单元(LCU)和水机后备保护系统完成，两套PLC冗余停机。落门命令由模拟屏进水口远程柜和机组进水口远程柜完成，两套开出(DO)命令冗余，共四个开出命令。
1.2.1模拟屏驱动器(LCU24)
模拟屏驱动器的作用是为右岸中控室设置的模拟屏提供实时生产数据，为了保证在计算机监控系统瘫痪的情况下模拟屏依然能够正常工作，模拟屏的重要信号量(全部的电气量和部分非电气量信号)直接从现场设备采集数据，与计算机监控系统相对独立。左右岸进水口远程柜(RIO4和RIO7)均能紧急关闭机组进水口闸门，且是两路冗余输出。
基于施耐德公司Quantum系列67261热备PLC控制系统的远程总线(S908)是通过同轴电缆和多模光纤作为通信介质。即CPU同远程采集单元是通过多模光缆进行通信，同一安装地点的各个采集机箱通过同轴电缆(RG6)进行通信。
1.2.2机组现地控制单元(LCU1-LCU18)
机组现地控制单元采用施耐德公司Quantum系列67261热备PLC，每台机组布置一套。采集单元和现场远程总线均采用施耐德成套设备140系列产品。机组现地控制单元完成机组的所有监视和控制功能，能够实现紧急停机。在机组进水口闸门控制柜旁布置远程采集单元(RIO3)，可直接控制快速门，RIO3通过两路冗余控制命令快速关闭快速门。
1.2.3机组水机后备保护系统(机旁PC5柜)
溪洛渡电站水机后备保护系统采用施耐德公司Quantum系列65150安全PLC，每台机组一套。布置在地下主厂房376.5m高程的发电机层。数据采集单元采用施耐德成套设备140系列产品。与机组现地控制单元系统相对独立，两者之间主要通过继电器节点交换信息。水机后备保护系统可快速停止运行机组。水机后备保护系统不能直接动作快速门，需通过机组现地控制单元的进水口远程单元(RIO3)的两路冗余命令动作快速门。
1.2.4中控室停机按钮动作情况
该停机按钮动作后，由模拟屏驱动器(LCU24)采集该信号，由模拟屏驱动器远程柜转送该信号到机组现地控制单元(LCU)和水机后备保护系统，最终由LCU和后备保护系统完成停机。
1.2.5中控室落门按钮动作情况
该停机按钮动作后，由模拟屏驱动器(LCU24)采集该信号，然后将该信号送往进水口快速门闭门，同时送机组现地控制单元(LCU)。LCU将再次动作快速门闭门回路。
1.2.6地下副厂房集控室停机按钮动作情况
地下副厂房集控室控制停机按钮动作后，机组现地控制单元(LCU)和水机后备保护系统直接采集该信号，均要启动紧急停机序列，完成机组停机。同时，作为冗余信号，水机后备保护系统会输出停机信号到机组现地控制单元(LCU)。需注意，左岸地下副厂房集控室只能控制左岸机组，右岸副厂房只能控制右岸机组。
1.2.7地下副厂房集控室落门按钮动作情况
地下副厂房集控室控制停机按钮动作后，机组现地控制单元(LCU)和水机后备保护系统直接采集该信号，均将该信号转送模拟屏驱动器。机组现地控制单元的进水口远程柜和模拟屏的进水口远程柜均要动作快速门落门。
1.2.8机组水机后备保护柜停机按钮动作情况机组水机后备保护柜停机按钮动后的处理同对应机组地下副厂房停机按钮处理情况一致，两个按钮相当于并联。
1.2.9机组水机后备保护柜落门按钮动作情况机组水机后备保护柜落门按钮动后的处理同对应机组地下副厂房落门按钮处理情况一致，两个按钮相当于并联。
1.2.10调速器液压系统控制柜停机按钮动作情况调速器液压系统控制柜停机按钮动后的处理同对应机组地下副厂房停机按钮、机组水机后备保护柜停机按钮处理情况一致，三个按钮相当于并联。
2溪洛渡电站手动停机、落门控制特点
总体说来，溪洛渡电站手动停机、落门控制有以下五个特点：
1)利用光纤实现长距离手动停机、落门信号传送
控制管理楼中控室距离左岸机组控制柜、左岸机组快速门控制柜均超过1.7km，无法使用常规电缆有效传输控制信号。利用光纤来传输按钮动作信号，有效地解决远距离信号传输的问题。
2)控制回路冗余度高
(1)控制管理楼中控室落门或者停机按钮动作后，三套PLC均会会收到信号(对应机组现地控制柜PLC、对应机组后备保护PLC、模拟屏的驱动PLC)。各自独立运行控制逻辑。地下副厂房、对应机组水机后备保护盘按钮动作信号设计一致。
(2)紧急停机控制回路由两套PLC完成(对应机组现地控制柜PLC、对应机组后备保护PLC)。均能独立完成机组紧急停机。
(3)快速门控制柜接收两套远程I/O控制命令(对应机组LCU进水口远程I/O、模拟屏驱动器进水口远程I/O)，每套远程I/O有两路开出(DO)命令，共有四路落门控制命令送快速门控制柜;在紧急停机过程中，每个重要设备有四路控制命令到达相应设备控制柜。
3)采取有效技术措施防止系统风险为有效防止9台机组快速门同时误动落门，同时要保证落门的可靠性，模拟屏驱动器输出模块(DO)均分控制任务。即在模拟屏进水口远程I/O上配置3块开关量输出(DO)模块，每个输出模块承担3台机组的紧急落门控制。可有效防止输出模块误动造成9台机组停机的系统风险。
4)经济合理，未增加额外设备该设计有效利用了模拟屏显示的控制设备，实现长距离控制，没有变更监控系统合同设备。
5)控制可靠，避免重大安全事故该设计的高冗余性保证了控制命令的可靠动作，可有效避免重大安全事故。同时，采取均分负荷等办法避免系统风险,设计时既充分考虑了系统防误动，同时考虑了系统防拒动。
3结语
溪洛渡电站计算机监控系统手动停机、落门控制的应用，解决了电站运行值班室与控制设备距离较远，无法使用常规控制电缆实现手动控制的功能。该应用通过多路径和双系统模式，保证手动控制的可靠性。
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