水電站調速器油壓裝置控制系統設計的缺陷及優(yōu)化論文
1 概述
重慶江口水電站裝機 3×100 MW,位于重慶市武隆縣江口鎮，是芙蓉江梯級開(kāi)發(fā)的最后一級電站。江口水電站原調速器油壓裝置為 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)為空氣及汽輪機油，壓油箱容積類(lèi)別為Ⅱ、容積 2.5 m3,設計溫度50 ℃，設計壓力 4.6 MPa,最高工作壓力 4 MPa,耐壓試驗壓力為 5.8 MPa.
2 改造前油壓裝置控制系統弊端及常見(jiàn)故障
江口水電站原油壓裝置控制系統，經(jīng)過(guò)近 7 年的運行，存在以下弊端和常見(jiàn)故障 :油壓裝置為單一PLC 控制，若 PLC 故障，自動(dòng)系統即癱瘓，且其運行后期 PLC 經(jīng)常死機 ;控制系統無(wú)法顯示補氣閥是否動(dòng)作，無(wú)法電動(dòng)和手動(dòng)補氣 ;檢修期間，若斷開(kāi)油壓裝置系統電源，漏油泵將不能啟動(dòng)，常常造成漏油泵油箱油滿(mǎn)溢出 ;主控制室監控系統無(wú)法監視油壓裝置控制系統動(dòng)作情況。
3 改造后的油壓裝置控制系統
3.1 控制系統控制對象及檢測元件
控制對象 :壓油泵2臺，漏油泵1臺，卸載閥組2套，壓力油罐自動(dòng)補氣閥組 1 套。
檢測元件 :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(kāi)關(guān)（4 對）、回油箱油位報警開(kāi)關(guān)（開(kāi)關(guān)量 2 對）、漏油箱油位（模擬量 1 路）。
3.2 控制系統主要功能
控制系統的主要功能有以下幾點(diǎn)。（1）實(shí)現對各壓油泵的自動(dòng)啟停及補氣閥的自動(dòng)補氣，維持壓油罐壓力和油位在正常的工作范圍內。當漏油箱油位到達起泵、停泵條件時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)、停止漏油泵。（2）實(shí)時(shí)監測壓力油罐、回油箱、漏油箱油位。油位異常時(shí)，發(fā)出報警信號。（3）實(shí)時(shí)監控被控設備運行情況，并實(shí)現報警功能。（4）實(shí)時(shí)監測控制系統自身運行情況，并實(shí)現報警及切換功能。
3.3 控制系統的配置及特點(diǎn)
針對原系統單一PLC故障即導致系統癱瘓的問(wèn)題，改造后的調速器油壓裝置現地 LCU 控制裝置配置兩套獨立而又互為備用的 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地人機交換平臺，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)級交換機。PLC 的以太網(wǎng)通訊模塊、帶以太網(wǎng)接口的觸摸屏與 8 端口的交換機連接，通過(guò) 8 端口的交換機再與全廠(chǎng)的以太網(wǎng)連接至后臺監控計算機，如圖 1 所示。
控制屏設置 2 臺壓油泵、2 臺卸載閥組、1 臺漏油泵和 1 臺補氣閥組的“自動(dòng) / 切除 / 手動(dòng)”運行方式切換開(kāi)關(guān)。設置為“自動(dòng)”時(shí)，系統按自動(dòng)控制流程進(jìn)行控制�！笆謩�(dòng)”方式獨立于 PLC 控制回路，當 PLC失電或故障時(shí)，現地將操作開(kāi)關(guān)切至“手動(dòng)”以實(shí)現各被控設備的啟停�？刂破吝�設置電源指示燈、事故低油壓指示燈、各被控設備運行 / 故障指示燈。各信號均由通訊上傳至計算機監控系統，有效解決了無(wú)法在控制室監視油壓裝置運行情況的問(wèn)題。
系統運行狀態(tài)、參數、故障信息等均可通過(guò)觸摸屏顯示，并可通過(guò)觸摸屏對泵啟停參數、油壓及油位報警參數、傳感器參數進(jìn)行實(shí)時(shí)設置。
2 臺壓油泵采用 ATS48 系列軟啟動(dòng)器啟動(dòng)方式，以減少電動(dòng)機啟動(dòng)時(shí)對電網(wǎng)的沖擊，減少對某些敏感電子元件的干擾，減少電動(dòng)機對拖動(dòng)機械負載泵的沖擊，延長(cháng)泵的.使用壽命。
各電動(dòng)機控制回路電源即動(dòng)力電源、PLC 電源、I/O 電源、開(kāi)出回路電源等相互獨立，實(shí)現了壓油裝置檢修斷開(kāi)壓油泵電源后，PLC 能正常工作，漏油泵能正常運行。各電源回路均設置電源監視指示燈，方便監視，并通過(guò)電源監視繼電器將供電情況引入 PLC.壓力油罐油壓和油位信號、漏油箱油位信號（4 ~ 20 mA）分別通過(guò)一入二出信號隔離器進(jìn)入兩套PLC 的 AI 通道 ;全部開(kāi)關(guān)量輸入信號同時(shí)進(jìn)入兩套PLC 的開(kāi)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。
當程序判斷為壓力傳感器故障且壓力開(kāi)關(guān)正常后，使用壓力開(kāi)關(guān)進(jìn)行啟停泵控制。當需要啟泵時(shí)，經(jīng)泵輪換邏輯判斷，以確定需要啟動(dòng)哪臺泵打油。啟泵后，當達到停泵條件或泵不正�；蛐遁d閥故障，均會(huì )停泵，可以看出，當兩套 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(xiàn)來(lái)判斷主 PLC 是否還能正常工作。硬件接線(xiàn)上，A 套心跳開(kāi)出連接至 B 套心跳開(kāi)入，B 套心跳開(kāi)出連接至 A 套心跳開(kāi)入。%S5 為 PLC 系統位，它是由一個(gè)內部定時(shí)器調控該位的狀態(tài)變化，時(shí)基為 100 ms,該位對于 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 ;當備用套 PLC 也不能正常工作時(shí)，主 PLC 繼續運行，不做切換處理，此時(shí)給出相應的報警信號，切換原理如圖 3 所示。針對原系統補氣閥組問(wèn)題，新系統將補氣閥組全開(kāi)、全關(guān)位置信號擴展后送至兩套 PLC 及點(diǎn)亮控制屏補氣閥位置指示燈，以方便地監視補氣閥組位置，在對控制回路進(jìn)行更改后，可在油壓裝置控制屏上進(jìn)行電、手動(dòng)補氣。
4 結束語(yǔ)
調速器油壓裝置控制系統于 2010 年改造后至今運行穩定、可靠性高、運行維護操作方便，并且改進(jìn)了原控制系統的弊端，確保了機組安全可靠運行。
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