专利名称：晶闸管阀组密闭式循环纯水冷却装置控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力系统以及电力电子装置当中晶闸管阀组的冷却装置，特别是一种晶闸管阀组密闭式循环纯水冷却装置控制系统。
背景技术：
随着我国人民生活水平的日渐提高，越来越多的家用电器走入了寻常百姓家，这改变了我国过去以工业负荷为主的供用电格局，民用负荷所占的比例正日益增大。同时民用负荷也从过去的以照明负荷为主的有功消耗变成了以家用电器为主的无功消耗，供配电系统的无功功率已难以满足用户的需求，供配电网络无功补偿急需增容改造。且由于民用负荷的不确定性和随机性，系统的无功需求快速瞬变。传统的开关投切电容器补偿方式由于不能跟踪用户无功需求的变化以及开关投切响应慢等问题，已难以满足今天电网无功负荷快速变化的现状。
自美国研制成功第一台使用晶闸管的静止无功补偿器(SVC)以来，静止无功补偿器以其快速响应特性及优良的无功补偿性能迅速成为静止无功补偿领域的中流砥柱。静止无功补偿器通过改变晶闸管导通角，连续调节系统无功补偿容量来适应用户无功需求的快速变化，或利用晶闸管的快速开关特性投切电容器，快速响应用户无功需求变化，提高系统功率因数，改善系统电压质量。二十世纪八十代末，我国也研制成功了自己的静止无功补偿器，并在随后的十多年来迅速取代传统的开关投切电容器补偿方式，在高压输配电领域得到了广泛的应用，在我国电力系统的无功补偿中发挥了不可替代的作用。
静止无功补偿器的晶闸管阀容量大、效率高，但它自身的功率损耗也较大，发热较严重，如不能得到即时冷却，势必难以正常运行。晶闸管阀的冷却方式一般有空冷、油冷、水冷、沸腾冷却等类型。其中水冷方式以其冷却效率高、容量大、无噪声、免维护、晶闸管阀体占用空间小等优点为世界各国所采用。伴随静止无功补偿器的研制，我国也开始了晶闸管阀的冷却装置的研究。而由于晶闸管相控电抗器(TCR)技术会带来谐波污染及电磁干扰，要求水冷装置控制系统置身于强电磁干扰环境下能稳定可靠工作。
密闭式循环纯水冷却装置主要由主循环冷却回路、副循环水处理回路、氮气稳压系统及控制系统组成。密闭式循环纯水冷却装置简要工艺流程见图1。
主循环冷却回路中，冷却介质在主循环泵动力作用下源源不断流经晶闸管阀体带出热量，温升水经空气散热器与冷却空气进行热交换，散热后回至主循环泵进口实现连续冷却的功能。
主循环冷却回路上并联了副循环水处理回路。副循环水处理回路主要由混床离子交换器及相关附件组成。为适应大功率电力电子设备在高电压条件下的使用要求，防止在高电压环境下产生漏电流，冷却介质必须具备极高的电阻率。因此通过副循环水处理回路当中的混床离子交换器及相关附件对主循环回路的部分冷却介质进行纯化，不断脱除介质中离子，达到长期维持冷却介质高电阻率的目的。
在副循环水处理回路上串联有氮气稳压系统，由缓冲罐、氮气瓶及系列控制阀组成。缓冲罐顶部充有稳定压力的高纯氮气，当冷却水因少量外渗或电解、蒸发而损失时，氮气自动扩张，把冷却水压入循环管路系统，以保持管路的压力恒定和冷却水的充满。同时氮气使冷却水与空气隔绝，对管路中冷却介质的电阻率等指标的稳定起着重要的作用。
控制系统是密闭式循环纯水冷却装置的核心，担负着系统实时在线参数监控、报警信息上传、机电设备控制的重任。控制系统实时监测冷却介质温度、压力、流量、电阻率等各在线参数，根据系统操作指令及各在线参数值的变化，协调控制水冷装置各机电设备、电动阀、电磁阀的动作，使各在线参数稳定在设定范围内。同时对超出设定范围的参数报警并实时上传上位机。上位机根据报警严重程度采取预警、跳闸等措施，防止因水冷装置故障导致晶闸管阀的损坏，使事故范围扩大，保证整个系统的安全运行。
发明内容
本发明的目的是提供一种晶闸管阀组的密闭式循环纯水冷却装置控制系统，能够实时采集水冷系统冷却介质温度、流量、压力、电阻率等在线参数，在冷却介质温度、流量、压力、电阻率等参数超出设定范围时报警并上传上位机；同时根据晶闸管阀负荷变化，控制水冷装置各机电设备协调运行，调节水冷装置散热量，使冷却介质温度稳定在设定温度范围内，使得晶闸管阀安全可靠运行。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是晶闸管阀组密闭式循环纯水冷却装置控制系统主要由供配电系统、采样测量系统、控制器及人机界面四大部分组成。
在供配电系统中，包括两台一用一备的主循环泵；补水泵；风机；电动三通阀；气路电磁阀；电加热器；电源切换装置等；电源切换装置具有两条动力电源进线；主循环泵，补水泵，电加热器分别与电源切换装置连接。
控制器自动控制主循环泵的启动、停止、切换，同时根据实际情况输出预警及跳闸信号。
补水泵在备用模式和工作模式时能通过自复式旋钮启动，缓冲罐液位达到停泵液位时自动停止。
风机的转速通过目标温度设定值及当前供水温度来控制，控制器根据当前供水温度与目标温度间偏差变化，进行PID运算后，输出一模拟量给变频器，变频器根据此信号的增大/减小来升频/降频，控制风机转速，从而改变系统散热量，准确控制供水温度。
电动三通阀的开闭通过电动三通阀的设定工作温度范围来控制，使供水温度稳定在电动三通阀工作温度范围内。温度控制按低温段、中温段、高温段分段控制，随温度的不同而开关电动三通阀，使供水温度稳定。
电加热器在供水温度低于设定限值时启动，以避免供水温度过低导致晶闸管阀体损坏；供水温度接近阀厅露点时，电加热器强制启动。电加热器的启动与主泵运行及冷却水流量超低值互锁，主泵停运或冷却水流量超低时电加热器禁止运行。
气路电磁阀由控制器控制，根据缓冲罐压力高低限值而自动开关，从而使缓冲罐的压力稳定在一定范围内，并保证整个水冷系统维持一定的静压。
水冷系统故障报警以报警信息和报警信号两种形式进行报警。报警信息以信息条形式在OP操作面板上进行报警。报警信号以声光报警的形式出现。报警信息和报警信号均可上传上位机，报警信息通过串口上传，报警信号以干接点上传。
系统设有泄漏保护，通过对缓冲罐液位值的连续采样，建立数据库进行分析，判断水冷系统泄漏性质以实现对系统的泄漏保护；以缓冲罐液面作为水冷系统泄漏的保护，由CPU建立数据库对液位值进行定时采样及比较，以液位下降的速率判断系统的泄漏，泄漏分为小渗漏和大泄漏两个等级，分别进行预警或跳闸。同时CPU对由于温度骤将造成的液位异常变动等情况进行比较和筛选，避免误报的发生。
系统的通信方式中，对实时性要求较高的远程控制信号和水冷系统报警信号采用开关量接点通信，对信息量较大的在线参数监测及水冷系统报警信息采用RS485串口通信，串口通信按双方约定通信协议进行。水冷系统与上位机间采用自由口通信协议，通信协议由通信双方约定。
采用双重节点确认水冷设备的远程启动及停止逻辑远程启动命令应为保持接点；停止水冷命令应为一延时断开接点，防止有干扰脉冲误停水冷。远程启动水冷命令和停止水冷命令同时有效时，水冷装置不停机。
控制系统电磁兼容设计采取了强弱电隔离屏蔽、控制电源滤波、变频器电源侧EMI滤波、电缆屏蔽接地、电缆末端吸收环吸收和系统接地等措施抑制电磁干扰，在软件逻辑上对不同的仪表特性和参数监控要求制定相应的延时方案。同时对开关量进行300-500ms的滤波。
水冷装置供电按二级负荷设计，水冷装置供电电源分为交流动力电源和直流控制电源，交流动力电源及直流控制电源均双回路进线。
交流动力电源双回路进线一用一备，保证水冷装置动力电源不间断供电。
直流控制电源双回路进线通过二极管耦合输出给控制回路，双回路进线互为热备。当一路进线电源丢失时，可无扰动切换至另一路电源进线，实现直流控制电源的不间断供电。
水冷装置供配电系统动力电源为三相五线制设计，即TN-S保护系统。
采样测量系统由温度、压力、流量、电阻率等测量仪表组成。采样测量系统对对水冷系统冷却介质温度、压力、流量、电阻率等在线参数实时采样，并将各在线参数转变为4～20mA标准模拟量信号或上下限开关量信号实时传送至控制器。
水冷系统供水温度、冷却水电阻率等重要参数监测设冗余仪表，互为热备，防止由于水冷系统仪表故障导致晶闸管阀停运。冗余仪表中任意一只仪表示值超过预警限值时即发预警报警，提醒运行人员及时处理；冗余仪表中两只仪表示值均超过跳闸限值时才发跳闸报警，防止误报。
控制器采用可编程控制器(PLC)，由CPU模块、接口模块、数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块和通讯模块组成。
系统CPU作冗余设计。由CPUA与CPUB组成，CPUA和CPUB之间通过组态实现软冗余。通常状况下，CPUA作为主控制器，CPUB与CPUA之间通过MPI总线传输数据，同时CPUB也从现场I/O模块上采集数据，但CPUB不输出控制命令。一旦CPUA发生故障，CPUB会立即接管水冷系统主控制器工作，系统无扰动地正常运行。CPUA在检修好后，自动进入备用状态。
接口模块用于连接S7-300的各个机架，此处主要用于CPU的冗余设计。
数字量输入模块用于采集各机电设备运行、故障状态和采样测量系统各上下限开关量信号以及操作指令。
数字量输出模块用于控制各机电设备的启停。
模拟量输入模块用于采集采样测量系统各在线参数的4～20mA标准模拟量信号。
模拟量输出模块用于将控制器的运算结果转换为标准模拟量信号，控制变频器的频率升降，从而改变空气散热器风机转速，改变系统散热量。
通讯模块用于将系统报警信号、设备运行状态及在线参数转换为串行数据，按双方约定通讯协议上传给上位机。
人机界面以图形方式显示系统各机电设备运行状态及各实时监测参数，接受操作人员操作指令。人机界面上设运行画面页面、参数设定页面、当前故障页面、历史记录页面、清空记录页面及帮助页面。
由于采用了上述的技术方案，本发明具有的有益效果是控制系统作为密闭式循环纯水冷却装置的核心，担负着系统实时在线参数监控、报警信息上传、机电设备控制的功能。控制系统实时监测冷却介质温度、压力、流量、电阻率等各在线参数，根据系统操作指令及各在线参数值的变化，协调控制水冷装置各机电设备、电动阀、电磁阀的动作，使各在线参数稳定在设定范围内。同时对超出设定范围的参数报警并实时上传上位机。上位机根据报警严重程度采取预警、跳闸等措施，防止因水冷装置故障导致晶闸管阀的损坏，使事故范围扩大，可保证整个系统的安全运行。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是密闭式循环纯水冷却装置工艺流程简图。
图2是密闭式循环纯水冷却装置系统组成原理框图。
图3是供配电系统简图。
图4是CPU冗余设计图。
图5是风机的控制原理框图。
具体实施例方式
参见附图，对本发明进行详细描述。
如图2，密闭式循环纯水冷却装置控制系统主要由供配电系统、采样测量系统、控制器及人机界面四大部分组成。
如图3，在供配电系统中，包括两台一用一备的主循环泵；补水泵；风机；电动三通阀；气路电磁阀；电加热器；电源切换装置等；电源切换装置具有两条动力电源进线；主循环泵，补水泵，电加热器分别与电源切换装置连接。
水冷装置供电按二级负荷设计，水冷装置供电电源分为交流动力电源和直流控制电源，交流动力电源及直流控制电源均双回路进线。
交流动力电源双回路进线一用一备，当一回路进线电源出现掉电、缺相等故障时，另一回路进线电源立即投入，保证水冷装置动力电源不间断供电。
为确保水冷装置不间断运行，防止水冷装置由于控制电源丢失使水冷系统停运，导致上位机跳闸停运。直流控制电源双回路进线通过二极管耦合输出给控制回路，双回路进线互为热备，当一路进线电源丢失时，可无扰动切换至另一路电源进线，实现直流控制电源的不间断供电，从而提高系统运行可靠性。
水冷装置供配电系统动力电源按三相五线制设计，即TN-S保护系统。
水冷装置各机电设备配电均设短路保护、过载保护及失压保护。失压保护由接触器或继电器实现；三相电机短路保护、过载保护由带短路、过载保护且额定电流可调的电动机断路器实现；单相电机短路保护由断路器实现，过载保护由热继电器实现。
采样测量系统对对水冷系统冷却介质温度、压力、流量、电阻率等在线参数实时采样，并将各在线参数转变为4～20mA标准模拟量信号或上下限开关量信号实时传送牟控制器。采样测量系统由温度、压力、流量、电阻率等测量仪表组成。
为确保系统安全稳定工作，防止由于水冷系统仪表故障导致晶闸管阀停运，对水冷系统供水温度、冷却水电阻率等重要参数监测设冗余仪表，互为热备。
冗余仪表中任意一只仪表示值超过预警限值时即发预警报警，提醒运行人员及时处理；冗余仪表中两只仪表示值均超过跳闸限值时才发跳闸报警，防止误报。
采样仪表功能及参数详见下表采样仪表一览表
控制器是整个控制系统的核心部件，由它实现控制系统的数据采集、实时报警、设备控制、数据上传功能。
控制器采用抗干扰能力强、可靠性高的可编程控制器(PLC)，由CPU模块、接口模块、数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块和通讯模块组成。
CPU模块又称中央处理单元，CPU是计算机的核心，也是PLC的核心。由它逐条读取并执行用户程序，完成用户程序所规定的逻辑运算、算术运算及数据处理等操作。为提高系统可靠性，本系统CPU作冗余设计。CPUA与CPUB之间通过组态实现软冗余，即当CPUA系统出现故障时，系统无扰动的切换到CPUB运行，同时发出报警信号。此时可以对CPUA进行检修。通常状况下，CPUA作为主控制器，负责现场数据采集、计算、判断、报警与控制的工作。CPUB与CPUA之间通过MPI总线传输数据，同时CPUB也从现场I/O模块上采集数据，也在进行计算和判断，但CPUB不输出控制命令。一旦CPUA发生故障，CPUB会立即接管水冷系统主控制器工作，系统无扰动地正常运行。CPUA在检修好后，自动进入备用状态。另CPUA、CPUB亦可通过手动方式切换主备工作状态。CPU冗余设计方案见图4。
接口模块用于连接S7-300的各个机架，此处主要用于CPU的冗余设计。
数字量输入模块用于采集各机电设备运行、故障状态和采样测量系统各上下限开关量信号以及操作指令。
数字量输出模块用于控制各机电设备的启停。通过控制各机电设备的接触器或继电器通断来控制设备的启停。
模拟量输入模块用于采集采样测量系统各在线参数的4～20mA标准模拟量信号。
模拟量输出模块用于将控制器的运算结果转换为标准模拟量信号控制变频器的频率升降，从而改变空气散热器风机转速，达到改变系统散热量的目的。
通讯模块用于将系统报警信号、设备运行状态及在线参数转换为串行数据，按双方约定通讯协议上传给上位机。
在人机界面中，人机界面以图形方式形象逼真的显示系统各机电设备运行状态及各实时监测参数，接受操作人员操作指令控制各机电设备运行，方便操作人员实时监控设备运行状态。是实现人机互动的桥梁。
人机界面上设运行画面页面、参数设页面、当前故障页面、历史记录页面、清空记录页面及帮助页面。
运行画面背景为系统工艺流程简图，在工艺流程简图上实时显示各在线测量参数，形象直观的显示系统当前运行状态。
参数设定页面可对各在线测量参数高低限报警限值进行设定，以方便操作人员进行维护调试。为防止操作人员误动，参数设定设密码保护。
当前故障页面记录系统当前存在的机电设备故障及在线参数超限报警信息，故障排除或在线参数恢复正常并经操作人员确认后，报警信息消失。
历史记录页面记录系统曾经发生的所有报警信息，详细记录有各报警发生时间及恢复时间，这些记录可停电保持，便于运行维护人员进行故障分析。
清空记录页面可对历史记录页面报警信息清空，清空记录设密码保护。
帮助页面详细记录有OP操作面板各功能键操作功能，方便运行维护人员操作维护。
下面介绍本发明的操作模式水冷控制系统操作分为备用\停止\工作3种模式。
备用模式时水冷系统不由PLC自动控制，各机电设备只可手动操作，此模式一般在系统检修维护及调试时采用。备用模式时与上位机通讯停止。
停止模式禁止进行任何操作，与上位机通讯停止。
工作模式时，水冷系统既可使用OP操作面板上按键就地自动启动，也可由上位机远程启动。水冷系统自动启动后，主循环泵、电加热器、电动三通阀、电磁阀、及风机等由PLC根据实际工作条件进行自动控制。工作模式时与上位机通讯开通。
一、设备控制逻辑1)主循环泵两台主循环泵一用一备，PLC自动控制主循环泵的启动、停止、切换，同时根据实际情况输出预警及跳闸信号；当供水流量低、供水压力低、运行泵过载或运行泵过热时，PLC停止运行泵并切换至备用泵工作，同时输出“主泵已切换，请检修并确认！”报警信息条。
主循环泵连续运行168小时自动轮换。
1)补水泵备用模式和工作模式时补水泵均能通过自复式旋钮启动，缓冲罐液位达到停泵液位时自动停止。
2)风机风机的转速通过目标温度设定值及当前供水温度来控制，PLC根据当前供水温度与与目标温度间偏差变化，进行PID运算后，输出一模拟量给变频器，变频器根据此信号的增大/减小来升频/降频，控制风机转速，从而改变系统散热量，使供水温度逐渐逼近目标温度并最终稳定在目标温度附近，达到准确控制供水温度的目的。风机的控制原理框图如图53)电动三通阀电动三通阀的开闭通过电动三通阀的设定工作温度范围来控制。供水温度低于工作温度范围下限时电动三通阀关闭，供水温度高于电动三通阀工作温度范围上限时电动三通阀开启，供水温度介于工作温度范围上、下限之间时，PLC根据供水温度升/降趋势控制电动三通阀开/闭，改变系统散热量，力图使供水温度稳定在电动三通阀工作温度范围内。
4)电加热器供水温度低于设定限值时，电加热器启动以避免供水温度过低导致晶闸管阀体损坏。
供水温度接近阀厅露点时，电加热器强制启动。
电加热器的启动与主泵运行及冷却水流量超低值互锁，主泵停运或冷却水流量超低时电加热器禁止运行。
5)气路电磁阀PLC根据缓冲罐压力高低限值，自动开关气路电磁阀，从而使缓冲罐的压力稳定在一定范围内，并保证整个水冷系统维持一定的静压。
二、温度控制逻辑SVC装置通过改变晶闸管的导通角，连续调节系统无功补偿容量来适应用户无功需求的快速变化，晶闸管阀的导通角不同，流过晶闸管阀的电流有效值不同，晶闸管阀的发热量也不同。而晶闸管使用时要求供水温度基本稳定，严禁供水温度骤升骤降，因此要求水冷装置改变水冷散热量来跟踪晶闸管阀热负荷变化，使供水温度稳定在设定范围内。
温度控制按低温段、中温段、高温段分段控制。
低温段冬天室外环境温度极低，晶闸管阀低负荷运行，供水温度处于低温段时，此时电动三通阀全关，切除室外空气散热器冷却回路，使系统散热量最小。如此时供水温度继续下降，下降至设定值时，启动电加热器，防止供水温度过低导致晶闸管阀损坏；或供水温度下降至接近露点时，启动电加器，防止晶闸管阀体结露。
中温段供水温度处于中温段时，通过开/关电动三通阀改变冷却介质流经空气散热器流量，从而改变系统散热量，最终使供水温度稳定在电动三通阀工作温度范围内。
高温段夏天室外环境温度较高，晶闸管阀满负荷运行，供水温度处于高温段时，电动三通阀全开，冷却介质全部流经空气散热器冷却回路，系统散热量通过控制风机启动台数结合风机变频调速调节。
三、故障报警水冷系统故障报警以报警信息和报警信号两种形式进行报警，信息条报警伴以报警信号声光报警。
报警信息以信息条形式在OP操作面板上进行报警，它详细记录了故障原因、故障状态、故障发生时间等信息，便于运行维护人员追溯故障发生原因。
报警信号以声光报警的形式出现，提醒运行维护人员及时排除故障。报警信号根据水冷系统故障严重程度分为预警、跳闸两个等级。当水冷系统发生轻微故障，不影响晶闸管阀继续运行，此时水冷系统发出预警信号，提醒值班人员及时排除故障；当水冷系统发生严重故障，晶闸管阀继续运行有损坏危险时，水冷系统发出跳闸信号，上位机接收到此信号应立即将晶闸管阀停运。
报警信息和报警信号均可上传上位机，报警信息通过串口上传，报警信号以干接点上传。
四、泄漏逻辑针对密闭式循环水冷系统运行的特点，选择系统中的缓冲罐液面作为水冷系统泄漏的保护，由CPU建立数据库对液位值进行定时采样及比较，以液位下降的速率判断系统的泄漏，泄漏分为小渗漏和大泄漏两个等级，分别进行预警或跳闸。同时CPU对由于温度骤将造成的液位异常变动等情况进行比较和筛选，避免误报的发生。
系统的通信及通信协议对实时性要求较高的远程控制信号和水冷系统报警信号采用开关量接点通信，对信息量较大的在线参数监测及水冷系统报警信息采用RS485串口通信，串口通信按双方约定通信协议进行。
水冷系统与上位机间采用自由口通信协议，通信协议由通信双方约定。通信协议物理层遵从RS485串行通信接口标准，传输介质为屏蔽双绞线电缆。串口通信数据以帧为单位传送，每帧数据字节长度按需确定，所有字节均以ASCII码发送接收。每个字节以起始位、信息位、停止位、校验位的格式发送。水冷控制系统以固定周期连续对外发送，每个周期对外发送1帧数据。备用字符的每位均为0。每帧数据结构示例如下第1～36字节为水冷装置在线参数数据区，每个在线参数用3个字节表示，采用ASCII码方式。
第37～41字节为水冷装置报警信息数据区，每个字节的每一位对应一个报警信息。该位值为“1”即表示对应该位的报警信息有效，该位值为“0”即表示对应该位的报警信息无效。
第42字节为水冷装置机电设备运行状态数据区，每一位对应一台设备运行状态。该位值为“1”即表示对应该位的设备运行，该位值为“0”即表示对应该位的设备停运。
第43字节为校验和低8位。校验和为每帧数据所有信息字符的代数和。
第44～48字节为每帧数据结束标识字符。
采用双重节点确认水冷设备的远程启动及停止逻辑远程启动命令应为保持接点，即远程启动水冷后一直保持闭合，直到有停止水冷命令时断开；停止水冷命令应为一延时断开接点，延时时间宜为1秒钟，防止有干扰脉冲误停水冷。远程启动水冷命令和停止水冷命令同时有效时，水冷装置不停机。
密闭式循环纯水冷却装置的电磁兼容设计密闭式循环纯水冷却装置工作于强电磁干扰环境下，控制系统电磁兼容设计是保证水冷装置稳定可靠运行的关键。
水冷装置工作环境主要干扰源有高压线路电晕放电噪声、晶闸管阀开关过程中由于电流瞬变造成的电磁噪声、电抗器运行过程中产生的谐波污染及电磁噪声以及水冷装置控制系统内部使用PWM技术的变频器所产生谐波污染及噪声。
针对以上干扰源及电磁干扰传导、辐射耦合途径，控制系统电磁兼容设计中采取了强弱电隔离屏蔽、控制电源滤波、变频器电源侧EMI滤波、电缆屏蔽接地、电缆末端吸收环吸收和系统接地等措施抑制电磁干扰，在软件逻辑上对不同的仪表特性和参数监控要求制定相应的延时方案。同时对开关量进行300-500ms的滤波，顺利通过了电快速瞬变干扰试验、静电放电干扰试验及辐射电磁场干扰试验。电快速瞬变干扰试验严酷等级III级；静电放电干扰试验严酷等级III级。
权利要求
1.一种晶闸管阀组密闭式循环纯水冷却装置控制系统，其特征在于，主要由供配电系统、采样测量系统、控制器及人机界面四大部分组成；在供配电系统中，包括两台一用一备的主循环泵；补水泵；风机；电动三通阀；气路电磁阀；电加热器；电源切换装置等；电源切换装置具有两条动力电源进线；主循环泵，补水泵，电加热器分别与电源切换装置连接；控制器自动控制主循环泵的启动、停止、切换，同时根据实际情况输出预警及跳闸信号；补水泵在备用模式和工作模式时能通过自复式旋钮启动，缓冲罐液位达到停泵液位时自动停止；风机的转速通过目标温度设定值及当前供水温度来控制；电动三通阀的开闭通过电动三通阀的设定工作温度范围来控制，使供水温度稳定在电动三通阀工作温度范围内；电加热器调节供水的温度，避免水温过低；电加热器的启动与主泵运行及冷却水流量超低值互锁，主泵停运或冷却水流量超低时电加热器禁止运行；气路电磁阀由控制器控制，根据缓冲罐压力高低限值而自动开关，从而使缓冲罐的压力稳定在一定范围内，并保证整个水冷系统维持一定的静压；水冷系统故障报警可上传上位机；系统设有泄漏保护，通过对缓冲罐液位值的连续采样，建立数据库进行分析，判断水冷系统泄漏性质以实现对系统的泄漏保护；系统的通信方式中，对实时性要求较高的远程控制信号和水冷系统报警信号采用开关量接点通信，对信息量较大的在线参数监测及水冷系统报警信息采用RS485串口通信，串口通信按双方约定通信协议进行；水冷系统与上位机间采用自由口通信协议，通信协议由通信双方约定；采用双重节点确认水冷设备的远程启动及停止逻辑远程启动命令应为保持接点；停止水冷命令应为一延时断开接点，防止有干扰脉冲误停水冷；远程启动水冷命令和停止水冷命令同时有效时，水冷装置不停机。控制系统采用强弱电隔离屏蔽、控制电源滤波、变频器电源侧EMI滤波、电缆屏蔽接地、电缆末端吸收环吸收和系统接地等措施抑制电磁干扰，在软件逻辑上对不同的仪表特性和参数监控要求制定相应的延时方案；同时对开关量进行300-500ms的滤波；水冷装置供电按二级负荷设计，水冷装置供电电源分为交流动力电源和直流控制电源，交流动力电源及直流控制电源均双回路进线；交流动力电源双回路进线一用一备，保证水冷装置动力电源不间断供电；直流控制电源双回路进线通过二极管耦合输出给控制回路，双回路进线互为热备；当一路进线电源丢失时，可无扰动切换至另一路电源进线，实现直流控制电源的不间断供电；水冷装置供配电系统动力电源为三相五线制设计，即TN-S保护系统；采样测量系统由温度、压力、流量、电阻率等测量仪表组成，采样测量系统对对水冷系统冷却介质温度、压力、流量、电阻率等在线参数实时采样，并将各在线参数转变为4～20mA标准模拟量信号或上下限开关量信号实时传送至控制器；水冷系统供水温度、冷却水电阻率等重要参数监测设冗余仪表，互为热备，防止由于水冷系统仪表故障导致晶闸管阀停运；冗余仪表中任意一只仪表示值超过预警限值时即发预警报警，提醒运行人员及时处理；冗余仪表中两只仪表示值均超过跳闸限值时才发跳闸报警，防止误报；控制器采用可编程控制器(PLC)，由CPU模块、接口模块、数字量输入模块、数字量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块和通讯模块组成；系统控制器CPU作冗余设计；由CPU A与CPU B组成，CPU A和CPU B之间通过组态实现软冗余；通常状况下，CPU A作为主控制器，CPU B与CPU A之间通过MPI总线传输数据，同时CPU B也从现场I/O模块上采集数据，但CPU B不输出控制命令；一旦CPU A发生故障，CPU B会立即接管水冷系统主控制器工作，系统无扰动地正常运行；CPU A在检修好后，自动进入备用状态；接口模块用于连接S7-300的各个机架，主要用于CPU的冗余设计；数字量输入模块用于采集各机电设备运行、故障状态和采样测量系统各上下限开关量信号以及操作指令；数字量输出模块用于控制各机电设备的启停；模拟量输入模块用于采集采样测量系统各在线参数的4～20mA标准模拟量信号；模拟量输出模块用于将控制器的运算结果转换为标准模拟量信号，控制变频器的频率升降，从而改变空气散热器风机转速，改变系统散热量；通讯模块用于将系统报警信号、设备运行状态及在线参数转换为串行数据，按双方约定通讯协议上传给上位机；人机界面以图形方式显示系统各机电设备运行状态及各实时监测参数，接受操作人员操作指令；人机界面上设运行画面页面、参数设定页面、当前故障页面、历史记录页面、清空记录页面及帮助页面。
2.根据权利要求1所述的晶闸管阀组密闭式循环纯水冷却装置控制系统，其特征在于水冷装置各机电设备配电均设短路保护、过载保护及失压保护；失压保护由接触器或继电器实现；三相电机短路保护、过载保护由带短路、过载保护且额定电流可调的电动机断路器实现；单相电机短路保护由断路器实现，过载保护由热继电器实现。
3.根据权利要求1所述的晶闸管阀组密闭式循环纯水冷却装置控制系统，其特征在于控制器根据当前供水温度与目标温度间偏差变化，进行PID运算后，输出一模拟量给变频器，变频器根据此信号的增大/减小来升频/降频，控制风机转速，从而改变系统散热量，准确控制供水温度
4.根据权利要求1所述的晶闸管阀组密闭式循环纯水冷却装置控制系统，其特征在于控制系统备用模式时与上位机通讯停止，工作模式时与上位机通讯开通。
5.根据权利要求1所述的晶闸管阀组密闭式循环纯水冷却装置控制系统，其特征在于系统的温度控制按低温段、中温段、高温段分段控制，并通过风机、变频器、电动三通阀以及电加热器等设备的联动实现调温；低温段供水温度处于低温段时，电动三通阀全关，切除室外空气散热器冷却回路，使系统散热量最小；如此时供水温度继续下降，下降至设定值时，启动电加热器，防止供水温度过低导致晶闸管阀损坏；或供水温度下降至接近露点时，启动电加器，防止晶闸管阀体结露；中温段供水温度处于中温段时，通过开/关电动三通阀改变冷却介质流经空气散热器流量，从而改变系统散热量，最终使供水温度稳定在电动三通阀工作温度范围内；高温段供水温度处于高温段时，电动三通阀全开，冷却介质全部流经空气散热器冷却回路，系统散热量通过控制风机启动台数结合风机变频调速调节。
6.根据权利要求1所述的晶闸管阀组密闭式循环纯水冷却装置控制系统，其特征在于通信协议物理层遵从RS485串行通信接口标准，传输介质为屏蔽双绞线电缆；串口通信数据以帧为单位传送，每帧数据字节长度按需确定，所有字节均以ASC II码发送接收；每个字节以起始位、信息位、停止位、校验位的格式发送；水冷控制系统以固定周期连续对外发送，每个周期对外发送1帧数据，备用字符的每位均为0。
7.根据权利要求1所述的晶闸管阀组密闭式循环纯水冷却装置控制系统，其特征在于系统以缓冲罐液面作为水冷系统泄漏的保护，由CPU建立数据库对液位值进行定时采样及比较，以液位下降的速率判断系统的泄漏，泄漏分为小渗漏和大泄漏两个等级，分别进行预警或跳闸；同时CPU对由于温度骤将造成的液位异常变动等情况进行比较和筛选，避免误报的发生。
8.根据权利要求1所述的晶闸管阀组密闭式循环纯水冷却装置控制系统，其特征在于电加热器在供水温度低于设定限值时启动，以避免供水温度过低导致晶闸管阀体损坏；供水温度接近阀厅露点时，电加热器强制启动。
9.根据权利要求1所述的晶闸管阀组密闭式循环纯水冷却装置控制系统，其特征在于水冷系统故障报警可上传上位机；以报警信息和报警信号两种形式进行报警；报警信息以信息条形式在人机界面的OP操作面板上进行报警；报警信号以声光报警的形式出现；报警信息和报警信号均可上传上位机，报警信息通过串口上传，报警信号以干接点上传。
全文摘要
一种晶闸管阀组密闭式循环纯水冷却装置控制系统，涉及电力系统以及电力电子装置当中晶闸管阀组的冷却装置。晶闸管阀组密闭式循环纯水冷却装置控制系统主要由供配电系统、采样测量系统、控制器及人机界面四大部分组成。系统中采用直流电源耦合设计，对CPU和关键仪表做冗余设计，分高中低三段进行温度控制，采用双重节点确认水冷设备的启停逻辑，可对缓冲罐分液位连续采样以实现系统的泄漏保护，还对系统采用电磁兼容设计。能够实时采集水冷系统冷却介质在线参数，可报警并上传上位机；同时根据晶闸管阀负荷变化，控制水冷装置各机电设备协调运行，使冷却介质温度稳定在设定温度范围内，使得晶闸管阀安全可靠运行。
文档编号G05B15/02GK1766768SQ20051010265
公开日2006年5月3日 申请日期2005年9月13日 优先权日2005年9月13日
发明者吴文伟, 柯情育, 任丕德, 张皎 申请人:中国电力科学研究院