水电站调速器油压装置控制系统设计的缺陷及优化论文

2020-06-27实用文

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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