水電廠通常利用比較穩定的壓力油供機組調速系統操作導水機構控制機組啟停、調節負荷或操作蝴蝶閥、液壓元件等.油壓裝置就是不斷產生壓力油的設備,運行中當壓力油突然大量消耗時,為了不使壓油槽的油壓下降很多,壓油槽內僅裝有40%容積的油,其餘約60%的容積是壓縮空氣,以保持壓油槽內較小的壓力波動,提供給系統較為穩定的壓力油源.壓油槽內的壓力一般靠油泵來維持,當儲氣量小於規定值時,向壓油槽內充氣,以保持規定的油氣比例.
下葦甸水電站裝有2×15MW的混流式水輪發電機組,每台機組與主閥共用一套油壓裝置,其控制系統中,自動化水平較低,兩台油泵的啟停運行由安裝於壓油槽上的電接點壓力表干簧接點控制繼電器邏輯控制迴路來實現,主、備用泵的運行狀態由運行人員定期手動切換,壓油槽的補氣及油麵調整由運行值班人員手動完成.由於電站在電力系統中起調峰作用,機組啟停特別頻繁,加上調速系統及主閥操作系統有滲漏現象,及調速器環噴式電液轉換器的耗油,油壓裝置氣密性不良,造成壓油泵的頻繁啟停和油麵調整及補氣的次數偏多,幾乎每值都要調整油麵並進行手動補氣,大大增加了運行值班人員的勞動強度. 由於監控系統的運行投入,基本實現了無人值班(少人值守)的運行條件,頻繁的人工調整油麵及手動補氣已不適應現代化微機監控的要求,加上所使用自動化元件落後,監控及報警信號不可靠,所以決定對油壓裝置控制系統進行改造.
一、控制系統改造
1．改造要求
(1)取消油泵繼電器邏輯控制迴路,用可編程控制器(以下簡稱PLC)作為油泵控制和實現壓油槽自動補氣的測控核心,將油泵控制系統改為計算機程序化控制,修改維護方便,可靠性高.改造后油泵的運行方式還可以實現自動和手動兩種運行方式,補氣裝置的控制也有自動和手動兩種方式.
採用新型的補氣閥組,將操作閥、逆止閥、手動補氣閥、手動排氣閥、空氣過濾器等集為一體,結構緊湊,安全氣密性能好,當自動控制部分發生故障時,仍可進行手動補氣.
(2)將油泵打油與壓油槽補氣功能使用一套PLC控制實現,要求油泵打油與自動補氣不能同時啟動,通過壓油槽壓力與補氣油麵的設置兩個條件來判定油泵與補氣裝置各自啟停控制.
(3)PLC能實現與計算機監控系統的通訊,運行人員能在上位機獲取油壓裝置的有關參數和油泵、補氣裝置的運行狀態、異常報警信號等.
這次改造要求PLC控制完成油泵打油與自動補氣兩項控制功能.油壓裝置額定工作壓力為2.5Mpa;主泵啟動條件為壓力≤2.3Mpa且油麵低於規定補氣值;備用泵啟動條件為壓力≤2.3Mpa且油麵低於規定補氣值;補氣裝置啟動條件為壓力≤2.33Mpa且油麵高於規定補氣值;停泵及停止補氣壓力為2.5Mpa.
2．改造后油壓裝置的控制流程
油壓裝置的控制流程如圖1所示.油壓裝置控制系統測控核心為PLC,其負責流程式控制制和各種數據的處理,並提供介面以便於其他設備進行數據交換.當壓油槽壓力降低到2.3MPa而油麵升高並達到補氣油位時,PLC輸出控制信號啟動補氣裝置進行補氣,到油壓達到額定壓力時停止補氣;當壓油槽壓力降低到2.3MPa而油麵未達到補氣油位時,PLC輸出控制信號啟動油泵打油,若油泵打油至補氣油位時,壓力還未達到停泵壓力2.5Mpa,則停止油泵打油,待滿足補氣條件時,則啟動補氣裝置補氣.主油泵連續啟動50次后,自動轉換至備用狀態,而備用泵轉換為主油泵.
3．控制系統電氣元件的組成
針對以上改造目標,我們選用了以下主要元件組成自動控制裝置.
(1)P111G系列可編程式控制制器,包括P111G-MC2主機,P111G-B編程器及P111G-K2擴展單元.採用主機與編程器分體結構,一台編程器可以對任意台主機編程,用宏指令編程,簡單易懂.主機有繼電器輸出、開關量輸入及兩路模擬量輸入,有RS232-9串列通訊口,用於主機與擴展單元之間的擴展或同計算機形成功能強大的工控系統.
(2)科普樂BMG系列側安裝雙法蘭磁翻柱液位開關變送器.測量解析度10mm,量程0~1000mm,能將實際液位轉換成4~20mA模擬信號輸出,用於壓油槽油麵監視或自動補氣油位模擬量信號提供,3個磁性記憶開關用於油麵異常報警及自動補氣油位開關量提供.
(3)UXJD-800型頂安裝單法蘭磁翻柱液位計,由液位計、2個磁性記憶開關及液位感測器組成.測量解析度10mm,量程0~800mm,液位感測器能將液位轉換成4~20mA模擬信號輸出.用於回油箱油麵異常報警及監視.
(4)YJS-2型油混水監視儀,由變送器及指示儀錶組成,測量範圍0~5%含水率可調,精度2.5%,動作較準確,用於回油箱油混水檢測報警.
(5)XTPl33壓力變送器,測量範圍0~4.0Mpa,精度0.25%FS,輸出4~20mA模擬信號.用於壓油槽壓力監視及控制信號的模擬量提供.
(6)QZB型球閥自動補氣裝置,額定壓力6.3Mpa,電壓AC220V,公稱通徑∮15mm,使用環境溫度0~40℃,相對濕度95%RH,由二位三通電動球閥、手動球閥、單向閥、安全閥、過濾器等組成,安裝在壓油槽手動補氣閥進口處,其工作原理如圖2所示,向壓油槽充氣時,電動球閥打開,壓力腔經單向閥與工作腔接通,位置開關輸出開閥信號,補氣結束時,工作腔與排氣口接通,排除裝置內存氣,同時位置開關輸出關閥信號,二位三通電動球閥的開關亦可在現場手動操作,此外,若電動球閥出現問題,也可操作手動球閥進行手動方式補氣.該裝置與油泵控制迴路相配合從而實現自動補氣功能,自動保持壓油槽內正常的油氣比例與規定的壓
二、運行情況
所改造5#機油壓裝置控制系統2006年8月份投入運行以來,工作正常可靠,運行良好,實現了油壓裝置壓力及油位的自動控制調整,再沒有進行過人工補氣調整油麵及壓油泵工作狀態的定期手動切換,提高了自動化監控水平,減輕了運行人員及維護人員的勞動強度,促進了安全生產,取得了明顯的效益,達到了預期目標.隨後,6#機油壓裝置控制系統也進行了同樣的改造.
近年來多數電廠進行的自動化控制系統改造中,大都選用性能優良、工作可靠、維護方便的進口元器件,此次改造選用的國產自動化元件較多,就目前運行情況看,還是比較穩定、正常可靠,未出現異常現象,其運行性能及工作可靠性還有待於進一步運行檢驗.
