可編程控制器在宣平溪二級電站電動蝶閥改造中的應用

摘要：簡要介紹了宣平溪二級水電站采用電動蝶閥在設(shè)備改造中的應用，其結(jié)構(gòu)，功能達到自動、保護效果好，運行穩(wěn)定、安全可靠、經(jīng)濟，實現(xiàn)電站操作自動化管理、取得了很好的效果。

關(guān)鍵詞：PLC控制；蝶閥改造；結(jié)構(gòu)；效果

1 工程概況

宣平溪二級水電站為引水式電站，1992年并網(wǎng)發(fā)電，電站裝機容量6400KW（2×3200 KW），多年平均發(fā)電量1828萬KWh。設(shè)計水頭83.5米，設(shè)計流量9.54m3/s。水庫為母子庫形式布置，總庫容為3675萬m3，集雨面積92.2Km2。其中：母庫內(nèi)庵水庫集雨面積57Km2，總庫容為2950萬m3；子庫青嶺水庫集雨面積35.2Km2，總庫容為725萬m3。母子庫間用連通隧洞貫通，連通隧洞長1648米，洞徑 2米。主要水工建筑物有：內(nèi)庵水庫大壩，青嶺水庫大壩，發(fā)電引水隧洞、水庫連通隧洞、引水隧洞進口閘門啟閉設(shè)備，攔污柵，發(fā)電廠房等。是一座以發(fā)電為主，兼顧防洪、灌溉、供水等綜合利用的水利工程。

2 存在問題

電站原在于1991年新建時裝有二臺水輪機進水口主閥型號為JZH00/￠1250×16空氣圍帶式蝴蝶閥，它采用常規(guī)繼電器控制電磁閥結(jié)構(gòu)的蝴蝶閥油壓控制系統(tǒng)，擔負著機組的后備保護及機組事故處理及互備檢修開啟和關(guān)閉水輪機進水閥任務(wù)，對機組的安全運行有著關(guān)鍵性的作用。二級電站1#、2#水輪機組進水蝴蝶閥于1992年11月投入運行，歷經(jīng)19年長期運行，使蝴蝶閥的控制操作機構(gòu)各電磁閥及主接力器磨損滲漏油嚴重，形響開關(guān)閥動作，有時就因活塞卡阻使蝴蝶閥不能開啟或關(guān)閉，現(xiàn)已達不到水電站微機自動化的控制要求，存在著一定的缺陷和安全隱患，影響著機組的安全運行，亟待更新改造。

原水輪機進水口主閥型號為JZH00/￠1250×16空氣圍帶式蝴蝶閥其控制原理如下圖所示：

蝴蝶閥控制操作系統(tǒng)采用常規(guī)繼電器和油壓控制，操作油壓為16KG/C㎡，配有專用液壓操作的油壓裝置，壓力油灌、油泵、電動機（7.5KW），液壓操作柜，接力器各兩臺，1.1 KG/C㎡空壓機、儲氣灌等操作系統(tǒng)。其控制操作過程復雜且故障多，與水電站實行自動化的要求差距較大，動作過程是，開閥；總供油閥開啟、操作操制開關(guān)50KA、51KA或41JQJ2發(fā)開閥令——開啟繼電器51HKJ勵磁動作——空氣圍帶放氣51DCFG勵磁動作、同時旁通閥開啟及鎖定撥出52DPK勵磁動作——蝸殼充滿水51YLX動作——四通滑閥及接力器開啟51DPK勵磁動作——蝶閥開啟、同時紅色指示燈HD亮——開啟繼電器51HKJ復歸——總供油閥、旁通閥關(guān)閉及鎖定投入52DPG 勵磁動作開閥結(jié)束。關(guān)閥：總供油閥開啟、操作操制開關(guān)50GA、51GA或41JTJ發(fā)關(guān)閥令——關(guān)閉繼電器51HGJ勵磁動作——旁通閥開啟及鎖定撥出51DPK勵磁動作、同時四通滑閥及接力器開啟51DPK勵磁動作——蝶閥關(guān)閉——同時綠色指示燈LD亮、空氣圍帶充氣51DCFK勵磁動作、關(guān)閉繼電器51HGJ復歸——總供油閥、旁通閥關(guān)閉及鎖定投入52DPG勵磁動作關(guān)閥結(jié)束。因此蝶閥控制操作較復雜且頻繁，其操作系統(tǒng)的繼電器回路工作量也大，且容易產(chǎn)生的故障點也較多，直接影響其檢修周期和使用壽命，液壓系統(tǒng)的油（透平油）損耗也較大，一旦繼電器失靈或操作失誤蝶閥空氣圍帶就會被拉破，空氣圍帶的使用壽命也有限（一般一至二年需更換），一套空氣圍帶成本就3000元，檢修費用較高、且調(diào)換的難度、工作量都很大，所以對進水蝴蝶閥的更造很有必要。

3 改造方案設(shè)計

隨著社會發(fā)展和水電站實現(xiàn)計算機監(jiān)控自動化、上等級上臺階要求、一些新技術(shù)新工藝新材料廣泛應用于水電站中。根據(jù)宣平溪二級水電站的實際情況，通過技術(shù)資詢和市場了解，目前市場上適應水電站使用的蝴蝶閥最先進的是金屬硬密封蝶閥，該閥為三維偏心金屬硬密封結(jié)構(gòu)，密封型式為金屬對金屬密封，可調(diào)換的金屬密封圈對金屬密封，不銹鋼板與石墨復合板密封圈對金屬密封。所以在高溫高壓工況下，仍具有穩(wěn)定的密封性能。驅(qū)動方式采用電動操作，同時旁通閥也采用三維偏心金屬硬密封結(jié)構(gòu)的電動蝶閥。閥門電氣控制箱選用與計算機接口互聯(lián)同步的PLC可編程控制器自動控制方式，為下一步電站實現(xiàn)微機自動化改造相配套。經(jīng)過多方調(diào)查分析、論證，決定采用電動式新型三偏心金屬硬密封的電動式蝴蝶閥，為此：由水電站自已提供生產(chǎn)圖紙，委托專業(yè)生產(chǎn)水電站的動水閥門生產(chǎn)廠家負責生產(chǎn)。其主閥型號確定為：D943H-16C 通徑￠1300MM，旁通閥確定型號為：D943H-16C 通徑￠150MM，蝴蝶閥的電動裝置采用楊州電力設(shè)備修造廠生產(chǎn)蝶閥用DZW350型和旁通閥用DQW60型兩種電動裝置。電氣控制柜采用西門子PLC可編程控制器控制，它具有遠/近控制切換，自動手動控制切換，過載保護，力矩保護，數(shù)椐傳輸?shù)裙δ?。與水電站微機監(jiān)控自動化系統(tǒng)的通信相配套。其主要控制方式為：由轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1可選擇遠程、本地、手動三種操作，由轉(zhuǎn)換開關(guān)SA2可選擇聯(lián)動、開主閥、開旁通閥三種控制方式，選擇遠程聯(lián)動則由微機監(jiān)控系統(tǒng)后臺發(fā)出開、關(guān)閥命令，選擇本地聯(lián)動則由本地一鍵發(fā)出開、關(guān)閥命令，選擇手動則由本地進行調(diào)試開、關(guān)主閥、旁通閥調(diào)試操作時用，它具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，保護可靠、動作靈敏，安全穩(wěn)定等特點。其控制動作邏輯和控制原理接線如下圖所示：

它的控制程序為：選擇遠程聯(lián)動操作，開閥由PC發(fā)開閥命令——檢查導葉是否全關(guān)位置——先開旁通閥——旁通閥全開——鍋殼沖水是否平壓——得到是平壓信號——發(fā)開主閥命令——主閥代全開位置——發(fā)關(guān)旁通閥命令——旁通閥全關(guān)位置——開閥結(jié)束，如果鍋殼沖水得不到是平壓信號——則等待300秒來判斷平壓信號——如否平壓——開閥失敗——發(fā)出故障報警。關(guān)閥由PC發(fā)關(guān)閥命令——先開旁通閥——旁通閥全開——發(fā)關(guān)主閥30秒命令——主閥停30秒主閥關(guān)至全關(guān)位置——發(fā)關(guān)旁通閥命令——旁通閥全關(guān)——關(guān)閥結(jié)束。本地聯(lián)動則由手動按鈕發(fā)出開閥或者關(guān)閥命令，操作程序與遠程相同。如果調(diào)試時操作，則把切換開關(guān)撥到主閥或旁通閥位置，按開主閥按鈕——先檢查鍋殼沖水是否平壓信號——開主閥命令——主閥全開位置——開閥結(jié)束。如果中途需要停等，則按停閥按鈕立即停。關(guān)閥操作也基本與開閥相同。同時與水電站微機監(jiān)控系統(tǒng)配有RS485的通信接口，與監(jiān)控系統(tǒng)后臺進行數(shù)據(jù)交換通信。這樣操作簡單又方便，大大減少了運行值班人員的勞動強度。

4. 施工安裝

整個進水蝴蝶閥及液壓控制系統(tǒng)的拆除，新電動蝶閥及電氣控制線路的安裝全部由本電站的技術(shù)及檢修人員承擔，從2008年11月24日開始到12月14日調(diào)試結(jié)束，一為電站節(jié)省了安裝費用，二也提高了電站的技術(shù)及檢修人員實際操作安裝技術(shù)水平。

4.1安裝的注意事項

4.1.1安裝環(huán)境

為了保證可編程控制器工作的可靠性，盡可能延長其使用壽命，在安裝時一定要注意周圍的環(huán)境，溫度在5——50度之間，相對溫度在35%——38%范圍之內(nèi)，周圍無易燃和腐蝕性氣體，無過量的灰塵和金屬微粒，避免過度的振動和沖擊。

4.1.2注意事項

除滿足以上環(huán)境條件外，安裝時還應注意以下幾點：

1可編程控制器的所有單元必須在斷電時安裝和拆卸。

2為防止靜電對可編程控制器主件的影響，在接觸可編程控制器前，先用手接觸某一接地的金屬物體，以釋放人體所帶靜電。

3注意可編程控制器機體周圍通風和散熱條件，切勿將導線頭，、鐵屑等雜物通過風窗落入機體內(nèi)。

在蝴蝶閥安裝中還應注意的是：

1、根據(jù)介質(zhì)流動方向進行安裝；蝶閥與管道的連接螺栓，安裝時應按對角對方向多次擰緊，不得單件一次擰緊，以防受力不均而造成法蘭連接處泄漏。

2、電動蝶閥出廠時已將控制機構(gòu)的啟閉行程調(diào)好，為防止電源接通時方向搞錯，用戶在第一次接通電源前，要先手動至關(guān)開位置的1/3初。并檢查指示盤方向與閥門開啟方向是否一致。

3、新裝的蝶閥必須在無水及無壓的情況下進行全開、全關(guān)，遠控，本地各方面的動作的調(diào)試，才可進入沖水情況下的各種試驗。

5 電動蝴蝶閥運行效果

這次電動蝴蝶閥改造共投入資金14萬元。其中電控箱兩臺0.8萬元，改造后進水電動蝶閥為西門子PLC可編程順序控制和常規(guī)手動控制相結(jié)合，與計算機監(jiān)控系統(tǒng)相配套，操作靈敏可靠，運行安全穩(wěn)定，無漏水。節(jié)省了用油用汽的運行成本，電動蝶閥操控性能也更為安全、經(jīng)濟、大大減輕運行人員的勞動強度。改造后蝶閥于2008年12月15日投入運行至今運行很好，無漏水，動作可靠，運行隱定，保證了水電站的運行安全。