水电站调速器油压装置控制系统设计的缺陷及优化论文

　　1 概述

　　重庆江口水电站装机 3×100 MW,位于重庆市武隆县江口镇，是芙蓉江梯级开发的最后一级电站。江口水电站原调速器油压装置为 YZ-2.5-4 型，额定压力4 MPa,回油箱容积 4 m3,重量 6 吨，介质为空气及汽轮机油，压油箱容积类别为Ⅱ、容积 2.5 m3,设计温度50 ℃，设计压力 4.6 MPa,最高工作压力 4 MPa,耐压试验压力为 5.8 MPa.

　　2 改造前油压装置控制系统弊端及常见故障

　　江口水电站原油压装置控制系统，经过近 7 年的运行，存在以下弊端和常见故障 :油压装置为单一PLC 控制，若 PLC 故障，自动系统即瘫痪，且其运行后期 PLC 经常死机 ;控制系统无法显示补气阀是否动作，无法电动和手动补气 ;检修期间，若断开油压装置系统电源，漏油泵将不能启动，常常造成漏油泵油箱油满溢出 ;主控制室监控系统无法监视油压装置控制系统动作情况。

　　3 改造后的油压装置控制系统

　　3.1 控制系统控制对象及检测元件

　　控制对象 :压油泵2台，漏油泵1台，卸载阀组2套，压力油罐自动补气阀组 1 套。

　　检测元件 :压力油罐压力（模拟量 1 路）、压力油罐油位（模拟量 1 路）、压力油罐压力开关（4 对）、回油箱油位报警开关（开关量 2 对）、漏油箱油位（模拟量 1 路）。

　　3.2 控制系统主要功能

　　控制系统的主要功能有以下几点。（1）实现对各压油泵的自动启停及补气阀的自动补气，维持压油罐压力和油位在正常的工作范围内。当漏油箱油位到达起泵、停泵条件时自动启动、停止漏油泵。（2）实时监测压力油罐、回油箱、漏油箱油位。油位异常时，发出报警信号。（3）实时监控被控设备运行情况，并实现报警功能。（4）实时监测控制系统自身运行情况，并实现报警及切换功能。

　　3.3 控制系统的配置及特点

　　针对原系统单一PLC故障即导致系统瘫痪的问题，改造后的调速器油压装置现地 LCU 控制装置配置两套独立而又互为备用的' Premium PLC,其中央处理器集成以太网接口 ;每套 PLC 配置控制压油装置所需的输入 / 输出模块 ;配置一套xian地人机交换平台，采用带以太网接口的触摸屏 ;还配置有一套 8 端口的工业级交换机。PLC 的以太网通讯模块、带以太网接口的触摸屏与 8 端口的交换机连接，通过 8 端口的交换机再与全厂的以太网连接至后台监控计算机，如图 1 所示。

　　控制屏设置 2 台压油泵、2 台卸载阀组、1 台漏油泵和 1 台补气阀组的“自动 / 切除 / 手动”运行方式切换开关。设置为“自动”时，系统按自动控制流程进行控制。“手动”方式独立于 PLC 控制回路，当 PLC失电或故障时，现地将操作开关切至“手动”以实现各被控设备的启停。控制屏还设置电源指示灯、事故低油压指示灯、各被控设备运行 / 故障指示灯。各信号均由通讯上传至计算机监控系统，有效解决了无法在控制室监视油压装置运行情况的问题。

　　系统运行状态、参数、故障信息等均可通过触摸屏显示，并可通过触摸屏对泵启停参数、油压及油位报警参数、传感器参数进行实时设置。

　　2 台压油泵采用 ATS48 系列软启动器启动方式，以减少电动机启动时对电网的冲击，减少对某些敏感电子元件的干扰，减少电动机对拖动机械负载泵的冲击，延长泵的使用寿命。

　　各电动机控制回路电源即动力电源、PLC 电源、I/O 电源、开出回路电源等相互独立，实现了压油装置检修断开压油泵电源后，PLC 能正常工作，漏油泵能正常运行。各电源回路均设置电源监视指示灯，方便监视，并通过电源监视继电器将供电情况引入 PLC.压力油罐油压和油位信号、漏油箱油位信号（4 ~ 20 mA）分别通过一入二出信号隔离器进入两套PLC 的 AI 通道 ;全部开关量输入信号同时进入两套PLC 的开关量输入（DI）通道。

　　每套 PLC 控制输出经“X 套 PLC 主用”闭锁，即只有主用 PLC 才输出控制实际设备，油泵控制动作逻辑如图 2 所示。程序优先使用模拟量进行启停泵控制。

　　当程序判断为压力传感器故障且压力开关正常后，使用压力开关进行启停泵控制。当需要启泵时，经泵轮换逻辑判断，以确定需要启动哪台泵打油。启泵后，当达到停泵条件或泵不正常或卸载阀故障，均会停泵，可以看出，当两套 PLC 均故障时，不会启动压油泵打油。两套 PLC 的主备切换原理是利用心跳线来判断主 PLC 是否还能正常工作。硬件接线上，A 套心跳开出连接至 B 套心跳开入，B 套心跳开出连接至 A 套心跳开入。%S5 为 PLC 系统位，它是由一个内部定时器调控该位的状态变化，时基为 100 ms,该位对于 PLC循环而言是异步的。一旦主 PLC 不能正常工作，而备用 PLC 可以正常工作，则备用 PLC 变为主 PLC,原主PLC 变为备用 PLC ;当备用套 PLC 也不能正常工作时，主 PLC 继续运行，不做切换处理，此时给出相应的报警信号，切换原理如图 3 所示。针对原系统补气阀组问题，新系统将补气阀组全开、全关位置信号扩展后送至两套 PLC 及点亮控制屏补气阀位置指示灯，以方便地监视补气阀组位置，在对控制回路进行更改后，可在油压装置控制屏上进行电、手动补气。

　　4 结束语

　　调速器油压装置控制系统于 2010 年改造后至今运行稳定、可靠性高、运行维护操作方便，并且改进了原控制系统的弊端，确保了机组安全可靠运行。

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