水力发电机组电气事故停机流程可靠动作研究

刘献忠，尹利群，吴 辉，向 欢

（五凌电力有限公司三板溪水电厂，贵州 锦屏556700）

1 引言

可编程逻辑控制器PLC 是一种具有微处理器的用于自动化控制的数据运算控制器，可将控制指令随时载入内存进行存储与执行。PLC 由中央处理器（CPU）、指令及数据内存、输入/输出接口、电源、数字模拟转换等功能单元组成，PLC 的扫描周期通常为1～100ms。CPU 是PLC 的控制中枢，其性能决定PLC 的性能。本论文计算机监控系统下位机PLC 为国外知名品牌，保护装置是国内产品，保护动作时间通常为1～100ms。

2 问题概述

2019年9月16日，2号机开机调试过程中，进行“并网状态下发电机差动保护动作试验”（并网之前在2号发电机保护A 柜用专用短接线短接机端电流互感器二次侧A、B 相端子，模拟发电机AB 相间故障），当负荷缓慢增加至65MW 时，差动保护动作电流达到0.17A，发电机保护A 套跳发电机出口开关802，并灭磁，机组由发电转空转，监控系统未启动事故停机流程。

差动保护动作情况：

2019-09-1621：32：21.7762号机组A 套发电机差动保护动作，出口动作停机；

2019-09-1621：32：21.7972号机组GCB 开关802跳闸；

2019-09-1621：32：21.8432号机组灭磁开关跳闸；

2019-09-1621：32：21.844“三板溪2号机组A 套发电机保护动作停机”复归。

3 原因分析

（1）正常情况下监控系统电气事故停机流程

监控PLC 程序中断量“A 套发电机保护动作停机”X32_10动作，触发“电气事故停机”XD_08动作且自保持，随后“电气事故停机”DQSG_TJ 动作，进而触发事故停机流程，直至机组停机态动作（图1）。

图1 电气事故停机

（2）监控系统电气事故停机流程未启动原因

监控系统PLC 的CPU 扫描周期为85～121ms。此次A 套发电机保护动作信号持续时间为68ms，PLC 扫描周期大于保护动作持续时间，未扫描到A套发电机保护动作信号变位，导致电气事故停机流程未启动，机组保持在空转态。

4 试验验证

2019年9月17日，2号机组在停机状态下，试验人员通过继保测试仪给保护装置加电压电流量，再次对2号机组模拟差动保护动作试验4次，具体情况如下。

（1）15：24：16.521，上位机报“三板溪2号机组A套发电机保护动作停机”动作，15：24：16.579，上位机报“2号机组电气事故”动作。15：24：16.595，上位机报“三板溪2号机组A 套发电机保护动作停机”复归。动作到复归共68ms，电气事故停机流程正常启动（图2）。

图2 A套发电机保护动作68ms

（2）15：30：34.101，上位机报“三板溪2号机组A套发电机保护动作停机”动作，15：30：34.329，上位机报“2号机组电气事故”动作。15：30：3.196，上位机报“三板溪2号机组A 套发电机保护动作停机”复归。动作到复归共85ms，电气事故停机流程正常启动（图3）。

图3 A套发电机保护动作85ms

（3）15：32：34.597，上位机报“三板溪2号机组A套发电机保护动作停机”动作，15：32：34.671，上位机报“三板溪2号机组A 套发电机保护动作停机”复归。动作到复归共73ms，电气事故停机流程未启动（图4）。

图4 A套发电机保护动作73ms

（4）15：37：53.480，上位机报“三板溪2号机组A套发电机保护动作停机”动作，15：37：53.239，上位机报“2号机组电气事故”动作。15：37：53.555，上位机报“三板溪2号机组A 套发电机保护动作停机”复归。动作到复归共75ms，电气事故停机流程正常启动（图5）。

图5 A套发电机保护动作75ms

从以上实验结果可以看出，当发电机保护动作时间大于PLC 的CPU 当前扫描周期80ms 时，计算机监控系统下位机PLC 因能够扫描到发电机保护动作信号，从而能够正常启动电气事故停机流程，当发电机保护动作时间小于PLC 的CPU 当前扫描周期80ms 时，就可能会出现计算机监控系统因未能够扫描到发电机保护动作信号，而导致未能正常启动电气事故停机流程。

5 结束语

水电厂发电机及主变继电保护装置电气事故信号输出至监控系统，启动监控系统电气事故停机流程，是水电厂机组重要控制功能。实际上本文所研究的问题是“保护信号脉宽”与“PLC 扫描速度”的矛盾问题。解决办法有2种：①延长“保护信号脉宽”，“建议将保护装置停机出口继电器接点设置为具有延时返回功能”[2]，这种方法适用于已经运行的水电厂。②提高监控系统LCU“PLC 扫描速度”，则应采取相应的处理措施，如监控系统LCU 选择高速CPU，提高PLC 的扫描速度，尽量减少程序长度，尽可能优化程序，减少用户程序执行时间，这种方法适用于监控系统新建或更新改造。根据具体情况采用方法一或方法二，或者两者结合，确保计算机监控系统的PLC 能够正常实时的响应保护装置，保障机组的安全稳定运行。