水電站調(diào)速器油壓裝置控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的缺陷及優(yōu)化論文
1 概述
重慶江口水電站裝機(jī) 3×100 MW,位于重慶市武隆縣江口鎮(zhèn)，是芙蓉江梯級(jí)開發(fā)的最后一級(jí)電站。江口水電站原調(diào)速器油壓裝置為 YZ-2.5-4 型，額定壓力4 MPa,回油箱容積 4 m3,重量 6 噸，介質(zhì)為空氣及汽輪機(jī)油，壓油箱容積類別為Ⅱ、容積 2.5 m3,設(shè)計(jì)溫度50 ℃，設(shè)計(jì)壓力 4.6 MPa,最高工作壓力 4 MPa,耐壓試驗(yàn)壓力為 5.8 MPa.
2 改造前油壓裝置控制系統(tǒng)弊端及常見故障
江口水電站原油壓裝置控制系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)近 7 年的運(yùn)行，存在以下弊端和常見故障 :油壓裝置為單一PLC 控制，若 PLC 故障，自動(dòng)系統(tǒng)即癱瘓，且其運(yùn)行后期 PLC 經(jīng)常死機(jī) ;控制系統(tǒng)無(wú)法顯示補(bǔ)氣閥是否動(dòng)作，無(wú)法電動(dòng)和手動(dòng)補(bǔ)氣 ;檢修期間，若斷開油壓裝置系統(tǒng)電源，漏油泵將不能啟動(dòng)，常常造成漏油泵油箱油滿溢出 ;主控制室監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)法監(jiān)視油壓裝置控制系統(tǒng)動(dòng)作情況。
3 改造后的油壓裝置控制系統(tǒng)
3.1 控制系統(tǒng)控制對(duì)象及檢測(cè)元件
控制對(duì)象 :壓油泵2臺(tái)，漏油泵1臺(tái)，卸載閥組2套，壓力油罐自動(dòng)補(bǔ)氣閥組 1 套。
檢測(cè)元件 :壓力油罐壓力（模擬量 1 路）、壓力油罐油位（模擬量 1 路）、壓力油罐壓力開關(guān)（4 對(duì)）、回油箱油位報(bào)警開關(guān)（開關(guān)量 2 對(duì)）、漏油箱油位（模擬量 1 路）。
3.2 控制系統(tǒng)主要功能
控制系統(tǒng)的主要功能有以下幾點(diǎn)。（1）實(shí)現(xiàn)對(duì)各壓油泵的自動(dòng)啟停及補(bǔ)氣閥的自動(dòng)補(bǔ)氣，維持壓油罐壓力和油位在正常的工作范圍內(nèi)。當(dāng)漏油箱油位到達(dá)起泵、停泵條件時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)、停止漏油泵。（2）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓力油罐、回油箱、漏油箱油位。油位異常時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。（3）實(shí)時(shí)監(jiān)控被控設(shè)備運(yùn)行情況，并實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。（4）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)自身運(yùn)行情況，并實(shí)現(xiàn)報(bào)警及切換功能。
3.3 控制系統(tǒng)的配置及特點(diǎn)
針對(duì)原系統(tǒng)單一PLC故障即導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓的問(wèn)題，改造后的調(diào)速器油壓裝置現(xiàn)地 LCU 控制裝置配置兩套獨(dú)立而又互為備用的 Premium PLC,其中央處理器集成以太網(wǎng)接口 ;每套 PLC 配置控制壓油裝置所需的輸入 / 輸出模塊 ;配置一套xian地人機(jī)交換平臺(tái)，采用帶以太網(wǎng)接口的觸摸屏 ;還配置有一套 8 端口的工業(yè)級(jí)交換機(jī)。PLC 的以太網(wǎng)通訊模塊、帶以太網(wǎng)接口的觸摸屏與 8 端口的交換機(jī)連接，通過(guò) 8 端口的交換機(jī)再與全廠的以太網(wǎng)連接至后臺(tái)監(jiān)控計(jì)算機(jī)，如圖 1 所示。
控制屏設(shè)置 2 臺(tái)壓油泵、2 臺(tái)卸載閥組、1 臺(tái)漏油泵和 1 臺(tái)補(bǔ)氣閥組的“自動(dòng) / 切除 / 手動(dòng)”運(yùn)行方式切換開關(guān)。設(shè)置為“自動(dòng)”時(shí)，系統(tǒng)按自動(dòng)控制流程進(jìn)行控制。“手動(dòng)”方式獨(dú)立于 PLC 控制回路，當(dāng) PLC失電或故障時(shí)，現(xiàn)地將操作開關(guān)切至“手動(dòng)”以實(shí)現(xiàn)各被控設(shè)備的啟停。控制屏還設(shè)置電源指示燈、事故低油壓指示燈、各被控設(shè)備運(yùn)行 / 故障指示燈。各信號(hào)均由通訊上傳至計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，有效解決了無(wú)法在控制室監(jiān)視油壓裝置運(yùn)行情況的問(wèn)題。
系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、參數(shù)、故障信息等均可通過(guò)觸摸屏顯示，并可通過(guò)觸摸屏對(duì)泵啟停參數(shù)、油壓及油位報(bào)警參數(shù)、傳感器參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)設(shè)置。
2 臺(tái)壓油泵采用 ATS48 系列軟啟動(dòng)器啟動(dòng)方式，以減少電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊，減少對(duì)某些敏感電子元件的干擾，減少電動(dòng)機(jī)對(duì)拖動(dòng)機(jī)械負(fù)載泵的沖擊，延長(zhǎng)泵的.使用壽命。
各電動(dòng)機(jī)控制回路電源即動(dòng)力電源、PLC 電源、I/O 電源、開出回路電源等相互獨(dú)立，實(shí)現(xiàn)了壓油裝置檢修斷開壓油泵電源后，PLC 能正常工作，漏油泵能正常運(yùn)行。各電源回路均設(shè)置電源監(jiān)視指示燈，方便監(jiān)視，并通過(guò)電源監(jiān)視繼電器將供電情況引入 PLC.壓力油罐油壓和油位信號(hào)、漏油箱油位信號(hào)（4 ~ 20 mA）分別通過(guò)一入二出信號(hào)隔離器進(jìn)入兩套PLC 的 AI 通道 ;全部開關(guān)量輸入信號(hào)同時(shí)進(jìn)入兩套PLC 的開關(guān)量輸入（DI）通道。
每套 PLC 控制輸出經(jīng)“X 套 PLC 主用”閉鎖，即只有主用 PLC 才輸出控制實(shí)際設(shè)備，油泵控制動(dòng)作邏輯如圖 2 所示。程序優(yōu)先使用模擬量進(jìn)行啟停泵控制。
當(dāng)程序判斷為壓力傳感器故障且壓力開關(guān)正常后，使用壓力開關(guān)進(jìn)行啟停泵控制。當(dāng)需要啟泵時(shí)，經(jīng)泵輪換邏輯判斷，以確定需要啟動(dòng)哪臺(tái)泵打油。啟泵后，當(dāng)達(dá)到停泵條件或泵不正常或卸載閥故障，均會(huì)停泵，可以看出，當(dāng)兩套 PLC 均故障時(shí)，不會(huì)啟動(dòng)壓油泵打油。兩套 PLC 的主備切換原理是利用心跳線來(lái)判斷主 PLC 是否還能正常工作。硬件接線上，A 套心跳開出連接至 B 套心跳開入，B 套心跳開出連接至 A 套心跳開入。%S5 為 PLC 系統(tǒng)位，它是由一個(gè)內(nèi)部定時(shí)器調(diào)控該位的狀態(tài)變化，時(shí)基為 100 ms,該位對(duì)于 PLC循環(huán)而言是異步的。一旦主 PLC 不能正常工作，而備用 PLC 可以正常工作，則備用 PLC 變?yōu)橹?PLC,原主PLC 變?yōu)閭溆?PLC ;當(dāng)備用套 PLC 也不能正常工作時(shí)，主 PLC 繼續(xù)運(yùn)行，不做切換處理，此時(shí)給出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)，切換原理如圖 3 所示。針對(duì)原系統(tǒng)補(bǔ)氣閥組問(wèn)題，新系統(tǒng)將補(bǔ)氣閥組全開、全關(guān)位置信號(hào)擴(kuò)展后送至兩套 PLC 及點(diǎn)亮控制屏補(bǔ)氣閥位置指示燈，以方便地監(jiān)視補(bǔ)氣閥組位置，在對(duì)控制回路進(jìn)行更改后，可在油壓裝置控制屏上進(jìn)行電、手動(dòng)補(bǔ)氣。
4 結(jié)束語(yǔ)
調(diào)速器油壓裝置控制系統(tǒng)于 2010 年改造后至今運(yùn)行穩(wěn)定、可靠性高、運(yùn)行維護(hù)操作方便，并且改進(jìn)了原控制系統(tǒng)的弊端，確保了機(jī)組安全可靠運(yùn)行。
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