灘坑水電站數字缸筒形閥電液同步控制系統(tǒng)介紹

蘭春星（中國水利水電第十二工程局機電安裝分局，浙江 麗水 323000）

灘坑水電站數字缸筒形閥電液同步控制系統(tǒng)介紹

蘭春星
（中國水利水電第十二工程局機電安裝分局，浙江 麗水 323000）

摘要：灘坑水電站3號機組筒形閥采用了目前國內最先進的全數字集成式電液控制系統(tǒng)。文章就該系統(tǒng)的基本原理、性能參數、優(yōu)點等進行了介紹。

關鍵詞：灘坑水電站；數字缸筒形閥電液同步控制系統(tǒng)；介紹

0　引言

灘坑水電站位于浙江省青田縣境內的甌江支流小溪中游河段，是一座具有調峰、調頻、調相和事故備用功能，同時兼顧防洪及具有其他綜合利用效益的特大型水利水電樞紐工程。該電站裝設3臺200MW混流式機組及1臺4 000 kW生態(tài)小機組，電站年利用小時數1 705 h，年發(fā)電量10.23億kW·h。電站按無人值班要求設計,首臺機組于2008年8月投產發(fā)電，2009年8月全部機組投入運行。

灘坑水電站1號、2號機組筒形閥采用的同步方式為改進型機械同步控制系統(tǒng)，3號機組采用了目前國內最先進的數字缸－筒形閥電液同步控制系統(tǒng)。3臺200MW豎軸混流式水輪發(fā)電機組及筒形閥等設備由東方電機股份有限公司供貨。

1　數字缸--筒形閥電液同步控制系統(tǒng)概述

1.1筒形閥及控制系統(tǒng)參數

3號機組筒形閥設計最大工作水頭127m,最大升壓水頭160m；筒形閥正常開啟時間：≤90 s，筒形閥正常關閉時間：≤70 s，筒形閥動水關閉時間：≤60 s，筒形閥動水關閉時接力器下腔最大壓力（計算值）：15.0MPa，筒形閥失步的最大允許值：5.0mm。筒形閥筒體外徑：5 528mm，筒形閥操作接力器數量：5個，接力器缸內徑:280mm，接力器活塞桿直徑：125mm，接力器行程:1 128mm；接力器操作油壓：6.3MPa，事故操作最低油壓：4.4MPa；；數字缸型號：SZG-280/125-1128。

1.2數字缸--筒形閥電液同步控制系統(tǒng)組成

數字缸－筒形閥電液同步控制系統(tǒng)是由液壓控制系統(tǒng)和電氣控制系統(tǒng)兩部分組成的。液壓部分為數字液壓伺服控制裝置，數字液壓伺服控制裝置安裝在接力器的頂部（接力器上端蓋上），形成5套數字缸，這是筒形閥電液同步系統(tǒng)的核心部分。筒形閥電氣控制裝置由2個800mm×800mm×2 260mm標準屏柜組成，他們分別是數字缸筒形閥電液同步控制柜、數字缸筒形閥電液同步功率柜。

圖1

1.3液壓控制系統(tǒng)

（1）液壓控制系統(tǒng)的關鍵部件是數字缸。數字缸是一個高度集成的液壓控制元件，是液壓控制系統(tǒng)的關鍵部件，它由操作油缸（接力器）、智能數字液壓伺服控制裝置兩個主要部分組成。數字缸內，集成有高精度數字液壓伺服閥、高精度步進電機（也稱數字電機）、特殊高精度內置式機械位置傳感器、液控單向閥、單向閥、接力器位移變送器等。

（2）數字缸將原來復雜的速度控制盒位置閉環(huán)控制，變成了簡單的數字脈沖開環(huán)控制?？刂泼}沖與接力器位移完全成一一對應關系，一個脈沖對應一個當量值，這種對應關系由數字缸內部自動完成的PID調節(jié)過程來保證。

（3）數字缸活塞桿移動位移的實際誤差，是由設計、生產、裝配決定的。在活塞桿移動過程中，沒有累積誤差，只有一個基礎誤差。

1.4數字缸--筒形閥電液同步控制系統(tǒng)工作原理

1.4.1筒形閥開啟、關閉

筒形閥的開啟、關閉，由5只直缸接力器驅動；5只直缸接力器的控制，采用帶位置檢測盒輸出的新型數字缸完成。數字液壓伺服控制裝置安裝在筒形閥操作接力器的頂部，即操作接力器端蓋上，與操作接力器組成數字缸。在5只直缸接力器內，還集成有位移變送器；每個數字缸內部，集成有數字缸電-液轉換接口，一個小型步進電機。

筒形閥是通過步進電機控制的。正常工作時，由筒形閥電氣控制裝置按照編好的程序，向5個步進電機輸出速度和位置信號，筒形閥即可按給定的運行曲線高精度同步開啟、關閉，脈沖頻率代表接力器運行速度，脈沖總數代表行程，一一對應。這些功能的實現，依靠的是數字缸內部的傳感器自動檢測速度和位移，并與數字缸給定的速度指令和位置指令，在接力器內部時時比較和自動調節(jié)，并在接力器內實現了機械速度閉環(huán)和位置閉環(huán)。只要輸出給5只直缸接力器頂部的數字缸同規(guī)律的控制信號，5只直缸接力器就能始終保持高精度的速度同步和位置同步。

安裝于直缸接力器內的位移變送器，實時檢測各直缸接力器實際位置、行程，并將檢測信號實時送到筒形閥電氣控制裝置，電氣控制裝置接收接力器位移信號，并監(jiān)視、測量、分析、處理。

1.4.2筒形閥的同步原理

5只直缸接力器是否同步，是通過5只直缸接力器位移信號來監(jiān)視、測量和判斷的，即通過接力器實際位移和位移基準量BM相比較后的超前（后）偏差量△BM與最大失步允許值△BMmax的對比，判斷是否需要糾偏以達到同步目的。5只直缸接力器的實際位置、行程，是由位移變送器、位移測量單元共同完成測量。

位移基準量的確定：在本控制系統(tǒng)中，位移基準量是以5只位移變送器的算術平均值BM來確定的。位移基準量BM=（BM01+BM02+BM03+BM04+BM05）/5；其中BM01∽BM05為5只接力器實際位移值。

超前位移偏差量：△BM=BM0i-BM；

超后位移偏差量：△BM=BM-BM0i；（i=1∽5）最大失步允許值△BMmax的確定：該值由筒形閥設計計算確定。

1.4.3筒形閥失步的糾偏

若筒形閥在開啟、關閉的過程中，5只直缸接力器中的任意一只接力器實際位移，通過與位移基準量BM相比較，該接力器超拖后 (超前)移量差值△BM，超過最大失步允許值△BMmax的20%且在最大失步允許值△BMmax的35%內時，電氣控制系統(tǒng)就發(fā)出筒形閥失步報警信號。此時電氣控制系統(tǒng)就向控制該接力器的步進電機，發(fā)出矯正控制信號，電氣控制系統(tǒng)就加速開啟（停止）相應數字缸步進電機的控制脈沖信號，這樣就會加速（停止）該接力器的移動速度，以盡快達到與位移基準量平衡一致。當筒形閥傾斜量達到最大失步允許值的20%以內，即20%△BMmax≤△BM，電氣控制系統(tǒng)的筒形閥失步報警信號就消失。

1.4.4數字缸--筒形閥電液同步控制系統(tǒng)的優(yōu)點

與機械同步控制系統(tǒng)相比，數字缸--筒形閥電液同步控制系統(tǒng)具有如下優(yōu)點：

（1）筒形閥在任何位置開啟、關閉操作，所有接力器都高精度同步，這是本系統(tǒng)最大的優(yōu)點。

（2）正常操作控制時，具有任意曲線開啟、關閉筒形閥的功能，功能全面。

（3）系統(tǒng)壓力油源消失，也可保持筒形閥位置長期鎖定不變。

（4）系統(tǒng)結構簡單、器件少，便于安裝和調試，大大減少了工地安裝、調試時間。

（5）操作方便、簡單，有利于電站維護。

2　出現的問題及處理方案

（1）2號傳感器故障

在灘坑水電站3號機組第一次充水后的動作試驗過程中，發(fā)現2號傳感器故障。拆開傳感器后發(fā)現里面有大量積水，經風干處理，故障仍然存在，判定2號傳感器不能工作。同時檢查所有傳感器，其余傳感器沒有積水、結露、潮濕等現象。

解決方案：更換新的傳感器。更換后重新設定零點，系統(tǒng)工作正常。

（2）2號步進電機軸發(fā)卡

在灘坑水電站3號機組第一次充水后筒形閥調試過程中，觀察2號接力器步進電機，發(fā)現步進電機軸沒有旋轉，經過仔細的排查，判定2號步進電機軸卡死。

解決方案：將2號步進電機取下，在電機軸上加入潤滑油，經處理后電機工作正常。

（3）1號接力器數字缸行程反饋傳動軸卡澀抱死及2號步進電機卡死

在3號機組投產后第二年進行的A修工作結束后進行筒閥無水開啟試驗時（調試模式），1號接力器發(fā)“卡阻”信號，筒閥無法開啟?，F場A修技術人員采用千斤頂對筒閥進行機械調平后，筒閥開啟約10mm后再次報“卡阻”信號。后在東電廠家專業(yè)人員指導下，經檢查發(fā)現1號接力器數字缸行程反饋傳動軸卡澀抱死。

解決方案：現場打磨處理后傳動軸能靈活轉動，但試驗過程中1號接力器反饋的行程數字不變，控制系統(tǒng)仍然報“卡阻”信號，拆除接力器油缸上端蓋板后發(fā)現傳動絲杠與油缸活塞間固定相對位置的固定裝置4顆螺釘被剪切，傳動絲杠處于自由狀態(tài)，無法真實反映活塞的運動，經處理后正常。處理好1號接力器卡阻故障進行啟閉試驗時又發(fā)現2號接力器出現卡阻故障，經檢查發(fā)現2號接力器步進電機定子因進水銹蝕抱死，從而導致接力器數字缸內活塞與傳動絲杠間的聯(lián)軸插銷斷裂，后經更換步進電機以及加工聯(lián)軸插銷后正常。

3　結語

1993年，國內首個安裝筒形閥的云南漫灣一期水電站投入商業(yè)運行以來，先后有云南大朝山、陜西石泉、云南漫灣、四川瀑布溝、浙江灘坑等采用筒形閥的水電站成功投入運行。

目前，筒形閥同步方式廣泛采用的有兩種：機械同步和電液同步。改進型的電液同步控制系統(tǒng)－全數字集成式電液同步控制系統(tǒng)在灘坑水電站3號機組上的成功運用，充分證明了此系統(tǒng)具有運行可靠、操作簡單、同步精度高、系統(tǒng)結構簡單等優(yōu)點，滿足了大尺寸、大容量、大重量、大行程的筒形閥同步控制的需要。

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[4]謝俊，權君宗.灘坑水電站數字缸筒形閥電液同步控制系統(tǒng)說明書[Z].

中圖分類號：TV732.7

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）02-0052-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.02.014

收稿日期：2014-09-15

作者簡介：蘭春星（1967-），男，工程師，從事水電站機電設備安裝調試及技術管理工作。