水电厂通常利用比较稳定的压力油供机组调速系统操作导水机构控制机组启停、调节负荷或操作蝴蝶阀、液压元件等.油压装置就是不断产生压力油的设备,运行中当压力油突然大量消耗时,为了不使压油槽的油压下降很多,压油槽内仅装有40%容积的油,其余约60%的容积是压缩空气,以保持压油槽内较小的压力波动,提供给系统较为稳定的压力油源.压油槽内的压力一般靠油泵来维持,当储气量小于规定值时,向压油槽内充气,以保持规定的油气比例.
下苇甸水电站装有2×15MW的混流式水轮发电机组,每台机组与主阀共用一套油压装置,其控制系统中,自动化水平较低,两台油泵的启停运行由安装于压油槽上的电接点压力表干簧接点控制继电器逻辑控制回路来实现,主、备用泵的运行状态由运行人员定期手动切换,压油槽的补气及油面调整由运行值班人员手动完成.由于电站在电力系统中起调峰作用,机组启停特别频繁,加上调速系统及主阀操作系统有渗漏现象,及调速器环喷式电液转换器的耗油,油压装置气密性不良,造成压油泵的频繁启停和油面调整及补气的次数偏多,几乎每值都要调整油面并进行手动补气,大大增加了运行值班人员的劳动强度. 由于监控系统的运行投入,基本实现了无人值班(少人值守)的运行条件,频繁的人工调整油面及手动补气已不适应现代化微机监控的要求,加上所使用自动化元件落后,监控及报警信号不可靠,所以决定对油压装置控制系统进行改造.
一、控制系统改造
1．改造要求
(1)取消油泵继电器逻辑控制回路,用可编程控制器(以下简称PLC)作为油泵控制和实现压油槽自动补气的测控核心,将油泵控制系统改为计算机程序化控制,修改维护方便,可靠性高.改造后油泵的运行方式还可以实现自动和手动两种运行方式,补气装置的控制也有自动和手动两种方式.
采用新型的补气阀组,将操作阀、逆止阀、手动补气阀、手动排气阀、空气过滤器等集为一体,结构紧凑,安全气密性能好,当自动控制部分发生故障时,仍可进行手动补气.
(2)将油泵打油与压油槽补气功能使用一套PLC控制实现,要求油泵打油与自动补气不能同时启动,通过压油槽压力与补气油面的设置两个条件来判定油泵与补气装置各自启停控制.
(3)PLC能实现与计算机监控系统的通讯,运行人员能在上位机获取油压装置的有关参数和油泵、补气装置的运行状态、异常报警信号等. 这次改造要求PLC控制完成油泵打油与自动补气两项控制功能.油压装置额定工作压力为2.5Mpa;主泵启动条件为压力≤2.3Mpa且油面低于规定补气值;备用泵启动条件为压力≤2.3Mpa且油面低于规定补气值;补气装置启动条件为压力≤2.33Mpa且油面高于规定补气值;停泵及停止补气压力为2.5Mpa.
2．改造后油压装置的控制流程
油压装置的控制流程如图1所示.油压装置控制系统测控核心为PLC,其负责流程控制和各种数据的处理,并提供接口以便于其他设备进行数据交换.当压油槽压力降低到2.3MPa而油面升高并达到补气油位时,PLC输出控制信号启动补气装置进行补气,到油压达到额定压力时停止补气;当压油槽压力降低到2.3MPa而油面未达到补气油位时,PLC输出控制信号启动油泵打油,若油泵打油至补气油位时,压力还未达到停泵压力2.5Mpa,则停止油泵打油,待满足补气条件时,则启动补气装置补气.主油泵连续启动50次后,自动转换至备用状态,而备用泵转换为主油泵.
3．控制系统电气元件的组成
针对以上改造目标,我们选用了以下主要元件组成自动控制装置.
(1)P111G系列可编程控制器,包括P111G-MC2主机,P111G-B编程器及P111G-K2扩展单元.采用主机与编程器分体结构,一台编程器可以对任意台主机编程,用宏指令编程,简单易懂.主机有继电器输出、开关量输入及两路模拟量输入,有RS232-9串行通讯口,用于主机与扩展单元之间的扩展或同计算机形成功能强大的工控系统.
(2)科普乐BMG系列侧安装双法兰磁翻柱液位开关变送器.测量分辨率10mm,量程0~1000mm,能将实际液位转换成4~20mA模拟信号输出,用于压油槽油面监视或自动补气油位模拟量信号提供,3个磁性记忆开关用于油面异常报警及自动补气油位开关量提供.
(3)UXJD-800型顶安装单法兰磁翻柱液位计,由液位计、2个磁性记忆开关及液位传感器组成.测量分辨率10mm,量程0~800mm,液位传感器能将液位转换成4~20mA模拟信号输出.用于回油箱油面异常报警及监视.
(4)YJS-2型油混水监视仪,由变送器及指示仪表组成,测量范围0~5%含水率可调,精度2.5%,动作较准确,用于回油箱油混水检测报警.
(5)XTPl33压力变送器,测量范围0~4.0Mpa,精度0.25%FS,输出4~20mA模拟信号.用于压油槽压力监视及控制信号的模拟量提供.
(6)QZB型球阀自动补气装置,额定压力6.3Mpa,电压AC220V,公称通径∮15mm,使用环境温度0~40℃,相对湿度95%RH,由二位三通电动球阀、手动球阀、单向阀、安全阀、过滤器等组成,安装在压油槽手动补气阀进口处,其工作原理如图2所示,向压油槽充气时,电动球阀打开,压力腔经单向阀与工作腔接通,位置开关输出开阀信号,补气结束时,工作腔与排气口接通,排除装置内存气,同时位置开关输出关阀信号,二位三通电动球阀的开关亦可在现场手动操作,此外,若电动球阀出现问题,也可操作手动球阀进行手动方式补气.该装置与油泵控制回路相配合从而实现自动补气功能,自动保持压油槽内正常的油气比例与规定的压
 二、运行情况
所改造5#机油压装置控制系统2006年8月份投入运行以来,工作正常可靠,运行良好,实现了油压装置压力及油位的自动控制调整,再没有进行过人工补气调整油面及压油泵工作状态的定期手动切换,提高了自动化监控水平,减轻了运行人员及维护人员的劳动强度,促进了安全生产,取得了明显的效益,达到了预期目标.随后,6#机油压装置控制系统也进行了同样的改造.
近年来多数电厂进行的自动化控制系统改造中,大都选用性能优良、工作可靠、维护方便的进口元器件,此次改造选用的国产自动化元件较多,就目前运行情况看,还是比较稳定、正常可靠,未出现异常现象,其运行性能及工作可靠性还有待于进一步运行检验.
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