抽水蓄能电站现地控制单元控制安全设计

抽水蓄能电站现地控制单元控制安全设计

尤万方

（南京南瑞集团公司水利水电技术分公司江苏南京210000）

摘要：抽蓄电站本身控制负责又多是高水头、高转速机组，本身安全风险较大，所以其当地控制单元（现地LCU）在涉及设备控制各方面都需加强安全设计。本文从开出回路设计、机组控制流程、事故停机回路设计、独立落闸回路设计等几个方面描述了LCU安全设计需考虑的问题，为抽蓄电站监控系统的安全设计提供一定的参考。

关键字：现地控制单元；事故停机回路；PLC；抽水蓄能电站

一、引言

抽水蓄能电站用于现代电网在电力系统调峰填谷,在系统中担负调频、调相、负荷调整、旋转备用，提高电网运行的灵活性和可靠性,作用重大，近年建设较多。但抽蓄电站的设备及控制流程都比常规水电站复杂许多，许多抽蓄电站又是高水头、高转速机组，本身安全风险较大，所以抽蓄机组当地控制单元（现地LCU）在涉及设备控制各方面都需加强安全设计。

二、系统整体安全强化设计

对于现地LCU而言，加强安全设计并不是一个点的工作，而需全面系统考虑问题。从整个系统看，需从开出回路设计、机组控制流程、事故停机回路设计、独立落闸回路设计几个方面去落实强化安全设计的理念。

三、开出控制回路设计

PLC输出外部回路安全闭锁设计，为防止控制流程设计安全性不够，在整体设计时对于PLC输出控制的回路上往往有串接了大量的现场硬件闭锁节点，防止部分重要控制回路勿动。以GCB合闸回路为例，下图展示了再PLC合闸动作的回路上有大量的同期选择方式、现场无事故判断，机组运行方式等常规水电或抽蓄电站特有的安全闭锁设计

四、针对抽蓄机组特殊工况转换的控制流程安全设计

抽蓄电站设备繁多，又有SFC启动，背靠背启动等复杂性远超常规电站的控制流程，且这些流程都跨LCU执行，设备间控制协调及安全闭锁设计复杂，以SCP抽水调相流程为例。

机组静止工况转抽水过程分别经历静止工况，停机热备工况，SFC抽水调相工况，抽水调相工况，抽水工况这5个工况，分别调用：静止-停机热备，SFC抽水调相，抽水调相-抽水这几个顺控流程。

详细过程如下：机组初始工况为静止工况，调用静止-停机热备顺控。启动辅助设备，启动高顶，投技术供水，投主轴密封水，退锁定，退机械制动，启动油污吸收装置。机组进入停机热备工况。调用SFC抽水调相顺控。合电动工况PRD，合启动母线刀闸，合被拖动刀闸，设置保护、调速器、励磁SFC抽水调相启动模式，进行充气压水，启动SFC，合SFC输入边刀闸，启动励磁，等待机组额定转速和电压，条件满足和进行并网操作，并网后，停止SFC输出，分SFC输入输出开关，分启动母线刀闸，分被拖动刀闸。进组进入抽水调相工况。调用抽水调相-抽水顺控。开球阀，排气进水，造压成功后开启导叶。机组进入抽水工况。

此流程的安全考虑主要是在转换过程中如发生故障，必须设计PLC软件流程与外围硬件保护回路同时动作联跳SFC，硬件的动作时间优于软件，一方面保证SFC肯定跳开，一方面可以充分避免SFC过流动作。

五、机组LCU事故停机回路

为防止现地LCU的主PLC失灵，造成机组事故时无法紧急停机，为保障安全，需设计独立的机组LCU事故停机回路，增加整体安全可靠性，事故停机回路可由传统继电器逻辑回路组成，也可由PLC实现相关逻辑控制。传统的水机回路缺点较多，其可靠性、安全性不高；扩展性、灵活性差；维护性差；目前在新建电厂以及老电厂监控改造中已基本不再使用，主要采用基于PLC的水机系统来替代。

水机PLC保护系统的优点：基于PLC的水机保护回路，很好地避免了常规继电器回路所存在的问题和固有缺陷，大大提高了水机的可靠、易维护性。其具有以下优势：

(1)水机PLC由于仅负责水机保护的动作控制，其接入的信号的数量相对比较少，也就决定了采用中小型PLC即可满足要求。中小型PLC一般采用紧凑模式，空间占用小，无需使用单独的盘柜，安装方便。外部的信号、控制回路简单明了，便于检查维护。

(2)水机PLC可以通过总线方式、串口通讯或网络连接的通讯方式，将采集到的数据传输到主PLC当中，并传输到上位机平台进行报警、显示记录。当发生事故时运行维护人员通过信号记录，对事故进行的分析与处理。

(3)PLC可扩展型强，PLC模件可接入信号的类型不受限制，模拟量、温度量信号可任意扩展。

六、独立落闸回路设计

1、系统设置原因

根据电监安全[2010]2号“关于吸取俄罗斯萨扬水电站事故教训进一步加强水电站安全监督管理的意见”文件精神，为防止整个监控系统故障而造成全厂失控，抽蓄电站增设了PLC光纤硬布线紧急操作装置，独立于监控系统，在紧急情况下电厂运行人员看通过手动把手，远距离落闸，防止水淹厂房的恶性事故发生。

2、回路设计

因紧停按钮在厂房，而落闸回路在距离遥远的上池，普通的控制电缆无法拉如此长的距离，所以通过了光纤转接回路将按钮操作延伸到上池的一个独立的小PLC，实现落闸功能。

图：光纤中继回路设计

参考文献

[1]黄朝,张鹏等.基于PLC的水机保护功能在水电站应用[J].水电站机电技术,2012.(3).

[2]喻洋洋.响水涧抽水蓄能电站监控系背靠背抽水流程分析[J].信息系统工程.2014.(11).