水電站調(diào)速器油壓裝置控制系統(tǒng)設(shè)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(zhèn)，是芙蓉江梯級開發(fā)的最后一級電站。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)為空氣及汽輪機油，壓油箱容積類別為Ⅱ、容積 2.5 m3,設(shè)計溫度50 ℃，設(shè)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(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)過近 7 年的運行，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，自動系統(tǒng)即癱瘓，且其運行后期 PLC 經(jīng)常死機 ;控制系統(tǒng)無法顯示補氣閥是否動作，無法電動和手動補氣 ;檢修期間，若斷開油壓裝置系統(tǒng)電源，漏油泵將不能啟動，常常造成漏油泵油箱油滿溢出 ;主控制室監(jiān)控系統(tǒng)無法監(jiān)視油壓裝置控制系統(tǒng)動作情況。
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）、壓力油罐壓力開關(guān)（4 對）、回油箱油位報警開關(guān)（開關(guān)量 2 對）、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。（1）實現(xiàn)對各壓油泵的自動啟停及補氣閥的自動補氣，維持壓油罐壓力和油位在正常的工作范圍內(nèi)。當漏油箱油位到達起泵、停泵條件時自動啟動、停止漏油泵。（2）實時監(jiān)測壓力油罐、回油箱、漏油箱油位。油位異常時，發(fā)出報警信號。（3）實時監(jiān)控被控設(shè)備運行情況，并實現(xiàn)報警功能。（4）實時監(jiān)測控制系統(tǒng)自身運行情況，并實現(xiàn)報警及切換功能。
3.3 控制系統(tǒng)的配置及特點
針對原系統(tǒng)單一PLC故障即導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓的問題，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 8 端口的交換機再與全廠的以太網(wǎng)連接至后臺監(jiān)控計算機，如圖 1 所示。
控制屏設(shè)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 / 切除 / 手動”運行方式切換開關(guān)。設(shè)置為“自動”時，系統(tǒng)按自動控制流程進行控制。“手動”方式獨立于 PLC 控制回路，當 PLC失電或故障時，現(xiàn)地將操作開關(guān)切至“手動”以實現(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)備運行 / 故障指示燈。各信號均由通訊上傳至計算機監(jiān)控系統(tǒng)，有效解決了無法在控制室監(jiān)視油壓裝置運行情況的問題。
系統(tǒng)運行狀態(tài)、參數(shù)、故障信息等均可通過觸摸屏顯示，并可通過觸摸屏對泵啟停參數(shù)、油壓及油位報警參數(shù)、傳感器參數(shù)進行實時設(shè)置。
2 臺壓油泵采用 ATS48 系列軟啟動器啟動方式，以減少電動機啟動時對電網(wǎng)的沖擊，減少對某些敏感電子元件的干擾，減少電動機對拖動機械負載泵的沖擊，延長泵的.使用壽命。
各電動機控制回路電源即動力電源、PLC 電源、I/O 電源、開出回路電源等相互獨立，實現(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、漏油箱油位信號（4 ~ 20 mA）分別通過一入二出信號隔離器進入兩套PLC 的 AI 通道 ;全部開關(guān)量輸入信號同時進入兩套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 才輸出控制實際設(shè)備，油泵控制動作邏輯如圖 2 所示。程序優(yōu)先使用模擬量進行啟停泵控制。
當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)進行啟停泵控制。當需要啟泵時，經(jīng)泵輪換邏輯判斷，以確定需要啟動哪臺泵打油。啟泵后，當達到停泵條件或泵不正常或卸載閥故障，均會停泵，可以看出，當兩套 PLC 均故障時，不會啟動壓油泵打油。兩套 PLC 的主備切換原理是利用心跳線來判斷主 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，它是由一個內(nèi)部定時器調(diào)控該位的狀態(tài)變化，時基為 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，主 PLC 繼續(xù)運行，不做切換處理，此時給出相應(yīng)的報警信號，切換原理如圖 3 所示。針對原系統(tǒng)補氣閥組問題，新系統(tǒng)將補氣閥組全開、全關(guān)位置信號擴展后送至兩套 PLC 及點亮控制屏補氣閥位置指示燈，以方便地監(jiān)視補氣閥組位置，在對控制回路進行更改后，可在油壓裝置控制屏上進行電、手動補氣。
4 結(jié)束語
調(diào)速器油壓裝置控制系統(tǒng)于 2010 年改造后至今運行穩(wěn)定、可靠性高、運行維護操作方便，并且改進了原控制系統(tǒng)的弊端，確保了機組安全可靠運行。
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