水電站調速器油壓裝置控制系統設計的缺陷及優化論文

1 概述

重慶江口水電站裝機 3×100 MW,位於重慶市武隆縣江口鎮，是芙蓉江梯級開發的最後一級電站。江口水電站原調速器油壓裝置爲 YZ-2.5-4 型，額定壓力4 MPa,回油箱容積 4 m3,重量 6 噸，介質爲空氣及汽輪機油，壓油箱容積類別爲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,耐壓試驗壓力爲 5.8 MPa.

2 改造前油壓裝置控制系統弊端及常見故障

江口水電站原油壓裝置控制系統，經過近 7 年的執行，存在以下弊端和常見故障 :油壓裝置爲單一PLC 控制，若 PLC 故障，自動系統即癱瘓，且其執行後期 PLC 經常死機 ;控制系統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電源，漏油泵將不能啓動，常常造成漏油泵油箱油滿溢出 ;主控制室監控系統無法監視油壓裝置控制系統動作情況。

3 改造後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（4 對）、回油箱油位報警開關（開關量 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。（1）實現對各壓油泵的自動啓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範圍內。當漏油箱油位到達起泵、停泵條件時自動啓動、停止漏油泵。（2）實時監測壓力油罐、回油箱、漏油箱油位。油位異常時，發出報警信號。（3）實時監控被控設備執行情況，並實現報警功能。（4）實時監測控制系統自身執行情況，並實現報警及切換功能。

3.3 控制系統的配置及特點

針對原系統單一PLC故障即導致系統癱瘓的問題，改造後的調速器油壓裝置現地 LCU 控制裝置配置兩套獨立而又互爲備用的 Premium PLC,其中央處理器集成以太網接口 ;每套 PLC 配置控制壓油裝置所需的輸入 / 輸出模組 ;配置一套xian地人機交換平臺，採用帶以太網接口的觸摸屏 ;還配置有一套 8 端口的工業級交換機。PLC 的以太網通訊模組、帶以太網接口的觸摸屏與 8 端口的交換機連接，透過 8 端口的交換機再與全廠的.以太網連接至後臺監控計算機，如圖 1 所示。

控制屏設定 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”執行方式切換開關。設定爲“自動”時，系統按自動控制流程進行控制。“手動”方式獨立於 PLC 控制迴路，當 PLC失電或故障時，現地將操作開關切至“手動”以實現各被控設備的啓停。控制屏還設定電源指示燈、事故低油壓指示燈、各被控設備執行 / 故障指示燈。各信號均由通訊上傳至計算機監控系統，有效解決了無法在控制室監視油壓裝置執行情況的問題。

系統執行狀態、參數、故障資訊等均可透過觸摸屏顯示，並可透過觸摸屏對泵啓停參數、油壓及油位報警參數、傳感器參數進行實時設定。

2 臺壓油泵採用 ATS48 系列軟啓動器啓動方式，以減少電動機啓動時對電網的衝擊，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衝擊，延長泵的使用壽命。

各電動機控制迴路電源即動力電源、PLC 電源、I/O 電源、開出迴路電源等相互獨立，實現了壓油裝置檢修斷開壓油泵電源後，PLC 能正常工作，漏油泵能正常執行。各電源迴路均設定電源監視指示燈，方便監視，並透過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）分別透過一入二出信號隔離器進入兩套PLC 的 AI 通道 ;全部開關量輸入信號同時進入兩套PLC 的開關量輸入（DI）通道。

每套 PLC 控制輸出經“X 套 PLC 主用”閉鎖，即只有主用 PLC 才輸出控制實際設備，油泵控制動作邏輯如圖 2 所示。程序優先使用模擬量進行啓停泵控制。

當程序判斷爲壓力傳感器故障且壓力開關正常後，使用壓力開關進行啓停泵控制。當需要啓泵時，經泵輪換邏輯判斷，以確定需要啓動哪臺泵打油。啓泵後，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，不會啓動壓油泵打油。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 爲 PLC 系統位，它是由一個內部定時器調控該位的狀態變化，時基爲 100 ms,該位對於 PLC循環而言是異步的。一旦主 PLC 不能正常工作，而備用 PLC 可以正常工作，則備用 PLC 變爲主 PLC,原主PLC 變爲備用 PLC ;當備用套 PLC 也不能正常工作時，主 PLC 繼續執行，不做切換處理，此時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題，新系統將補氣閥組全開、全關位置信號擴展後送至兩套 PLC 及點亮控制屏補氣閥位置指示燈，以方便地監視補氣閥組位置，在對控制迴路進行更改後，可在油壓裝置控制屏上進行電、手動補氣。

4 結束語

調速器油壓裝置控制系統於 2010 年改造後至今執行穩定、可靠性高、執行維護操作方便，並且改進了原控制系統的弊端，確保了機組安全可靠執行。