炳靈水電站燈泡貫流式機組自動化系統(tǒng)改造

李 洋，王燕梨

（甘肅電投炳靈水電開發(fā)有限責任公司，甘肅永靖 731600）

炳靈水電站燈泡貫流式機組自動化系統(tǒng)改造

李 洋，王燕梨

（甘肅電投炳靈水電開發(fā)有限責任公司，甘肅永靖 731600）

由于炳靈水電站機組運行過程中，在自動化系統(tǒng)程序設(shè)計、控制系統(tǒng)設(shè)計、自動化元器件配置等方面存在一些問題，致使機組開停機動作可靠性較差，開機過程中風(fēng)閘誤投入等情況時有發(fā)生。高位油箱低油位報警信號、高位油箱過低油位停機保護均通過PLC開出，高壓油頂起泵、潤滑油泵無手動控制硬接線回路，給機組的安全可靠運行帶來較大的隱患。經(jīng)過對PLC控制程序的修改，外部控制回路的改造完善，很好的解決了以上問題，基本滿足了機組的安全可靠運行。

貫流式機組；自動化；系統(tǒng)；改造

0 電站概況

炳靈水電站位于甘肅省永靖縣與積石山縣交界處黃河干流寺溝峽峽谷進口以下12.5km處的塔坪村，上距大河家水電站29.5km，尾水與劉家峽水電廠水庫回水銜接；下距劉家峽水電廠44.5km。電站裝有5臺單機容量為48MW的燈泡貫流式機組，年設(shè)計發(fā)電量9.74億kW·h。

1 機組自動化系統(tǒng)組成

1.1 機組潤滑油系統(tǒng)

（1）軸承回油箱（低位油箱）

每臺機組各設(shè)軸承回油箱一個，布置在廠房底部?；赜拖溲b有磁記憶浮子液位計，當油位低于下限時發(fā)油位過低信號，當油位高于上限時發(fā)油位過高報警信號。此外，回油箱底部還裝有一個測溫電阻、兩個電加熱器、一個油混水信號器，電加熱器的投退由運行層的油系統(tǒng)輔助控制柜來完成，能同時實現(xiàn)手動和自動控制。

（2）軸承潤滑油泵

軸承潤滑油泵兩臺，安裝在軸承回油箱頂部，互為備用。機組啟動時，油系統(tǒng)輔助控制柜接到開機令后啟動主用潤滑油泵，向高位油箱供油，當高位油箱油位降至下限時啟動備用潤滑油泵補油，當高位油箱油位到達高限時，備用潤滑油泵停止運行，主用潤滑油泵繼續(xù)運行。當機組接到停機令且機組轉(zhuǎn)速小于1%時，延時停潤滑油泵。

（3）軸承潤滑油過濾器

在軸承潤滑油泵出口管路上裝有兩臺油過濾器，用來過濾潤滑油中的雜質(zhì)，兩臺油過濾器互為備用，當其中一臺堵塞時，可通過切換手柄切到另外一臺，同時對堵塞的油過濾器進行清理。

（4）軸承潤滑油冷卻器

在潤滑油過濾器后裝有兩臺油冷卻器，冷卻器內(nèi)有冷卻水管，潤滑油經(jīng)過冷卻器，由冷卻水將油中的部分熱量帶走。

（5）軸承高位油箱

每臺機組各設(shè)一臺軸承高位油箱，布置在運行層，軸承高位油箱裝有磁記憶浮子液位計，液位計裝有4個磁記憶開關(guān)和一個液位變送器，從上到下分別是：上限、下限、下下限、過低限。當油位到達上限時停備用泵，到達下限時啟動備用泵，到達下下限時告警，到達過低限時接通監(jiān)控水機保護回路停機。此外，軸承高位油箱底部還裝有一個測溫電阻、兩個電加熱器、一個油混水信號器，電加熱器的投退由同層的油系統(tǒng)輔助控制柜來完成。

（6）軸承高壓油頂起泵

軸承高壓油頂起泵兩臺，安裝在軸承回油箱上，機組啟動時，油系統(tǒng)輔助控制柜接收到開機令后啟動一臺高壓油頂起泵，當油壓力大于安裝在水導(dǎo)和發(fā)導(dǎo)的壓力開關(guān)整定值后，壓力開關(guān)接通，控制柜報頂起完成，如有壓力開關(guān)未接通，延時啟動備用高壓油頂起泵，如壓力開關(guān)全接通，報頂起成功，否則報頂起失敗。當機組轉(zhuǎn)速大于95%時，高壓油泵停止。當控制柜接收到停機令后啟動高壓油頂起泵，在機組轉(zhuǎn)速小于1%時，延時停高壓油頂起泵。在運行過程中，如果機組轉(zhuǎn)速在大于1%和小于95%的區(qū)間內(nèi)，高壓油頂起泵也啟動。

（7）發(fā)電機冷卻風(fēng)機

發(fā)電機冷卻風(fēng)機共6臺，布置在燈泡頭內(nèi)，用于冷卻發(fā)電機，機組啟動時，油系統(tǒng)輔助控制柜接到開機令后啟動風(fēng)機，當機組停機時，油系統(tǒng)輔助控制柜接到停機令且機組轉(zhuǎn)速小于1%時，延時停風(fēng)機。

（8）電動閥

電動閥共3個，分別是高位油箱注油電動閥、高位油箱軸承潤滑電動閥、油泵直接潤滑電動閥，當采用大循環(huán)時（即潤滑油泵先將油打至軸承高位油箱，軸承高位油箱的油依靠重力自流到各軸承，最后再經(jīng)回油管匯聚到軸承回油箱），高位油箱注油閥和高位油箱軸承潤滑電動閥打開，油泵直接潤滑電動閥關(guān)閉。當采用小循環(huán)時（即潤滑油泵將油直接打至各軸承，各軸承回油再流至軸承回油箱），油泵直接潤滑電動閥打開，高位油箱注油閥和高位油箱軸承潤滑電動閥關(guān)閉。

1.2 機組制動補氣系統(tǒng)

（1）制動器

制動器共有6臺，布置在燈泡頭內(nèi)靠近發(fā)電機轉(zhuǎn)子，呈圓環(huán)型布置。當制動補氣柜接到停機令且機組轉(zhuǎn)速小于20%時，制動器投入；待機組轉(zhuǎn)速小于1%時，延時撤出動器。

（2）主軸圍帶

主軸圍帶又稱檢修密封，機組停機時投入，用來止水。

1.3 機組自動化液壓系統(tǒng)

機組自動化液壓系統(tǒng)構(gòu)成如附件所示。

2 存在的問題

（1）在原機組油系統(tǒng)控制回路中，潤滑油泵、高壓油頂起泵、發(fā)電機冷卻風(fēng)機手動、自動控制都需經(jīng)PLC控制開出，沒有手動啟停控制硬連接回路，一旦PLC出問題，潤滑油泵、高壓油頂起泵、發(fā)電機冷卻風(fēng)機將失去控制。改造前控制回路如圖1所示。

圖1 改造前控制回路示意圖

（2）監(jiān)控軸承高位油箱油位低告警信號、停機信號均通過油系統(tǒng)輔助控制柜內(nèi)PLC開出，若油系統(tǒng)輔助控制柜內(nèi)PLC故障，告警信號無法送出，運行人員無法及時發(fā)現(xiàn)。同時，油位低停機信號也無法送出，不能及時停機，造成軸承過熱損壞事故。

（3）潤滑油泵、高壓油頂起泵、發(fā)電機冷卻風(fēng)機運行指示燈通過PLC開出點亮，當PLC故障時，不能點亮，影響運行人員判斷設(shè)備實際狀態(tài)。

（4）制動補氣系統(tǒng)控制程序中判制動器撤出，是根據(jù)6個制動器全部撤出信號滿足來判定。判制動器投入，也是根據(jù)6個制動器全部投入信號滿足來判定。由于新安裝的制動器磨損較小，制動器行程距離較短，加之反映制動器投入、撤出的行程開關(guān)動作、復(fù)歸有一定死區(qū)，制動器投入、撤出信號可能無法正常動作，導(dǎo)致機組不能正常開、停機。同時，制動器在開機過程中存在誤投入現(xiàn)象（由于在開機過程中停機令沒有及時退出一直保持）。

3 機組自動化系統(tǒng)改造

（1）在機組油系統(tǒng)輔助柜內(nèi)增加5個型號為RHK-411M(RHZ-21)雙線圈繼電器（生產(chǎn)廠家施耐德），修改潤滑油泵、高壓油頂起油泵、發(fā)電機冷卻風(fēng)機手動、自動回路接線，使?jié)櫥捅?、高壓頂起油泵、發(fā)電機冷卻風(fēng)機手動控制時不經(jīng)過PLC，直接通過雙線圈繼電器來控制。自動方式下，潤滑油泵、高壓頂起油泵、發(fā)電機冷卻風(fēng)機也由PLC開出經(jīng)此繼電器來控制。雙線圈繼電器無需長期帶電，只要線圈收到脈沖信號勵磁以后，就能自動保持該狀態(tài)，從而控制潤滑油泵、高壓頂起油泵、發(fā)電機冷卻風(fēng)機啟、停。這樣，即使PLC故障后，也能通過硬接線回路控制各設(shè)備的運行，改造后控制回路示意圖（如圖2所示）。

圖2 改造后控制回路示意圖

（2）將潤滑油泵、高壓油頂起泵、發(fā)電機冷卻風(fēng)機運行指示信號改為由潤滑油泵、高壓油頂起泵的軟啟動器輔助接點和發(fā)電機冷卻風(fēng)機控制繼電器輔助接點來接通，各輔助接點都能真實反映設(shè)備的運行狀態(tài)，而與PLC的狀態(tài)無關(guān)。

（3）增加高位油箱油位低報警器，在軸承高位油箱液位計上增加1個磁記憶開關(guān)，此記憶開關(guān)置于油位下限磁記憶開關(guān)之下、油位下下限磁記憶開關(guān)之上。若油位到達下限時，備用泵未啟動或啟動后油位仍下降至此磁記憶開關(guān)位置后，報警回路接通（如圖3所示），報警器報警，提醒運行層值班人員前去查看。同時將下下限停機的磁記憶開關(guān)通過硬回路直接接入監(jiān)控的停機回路（如圖4所示），保證機組在潤滑油系統(tǒng)故障的情況下及時停機。通過以上的改造，有效地保證了潤滑油供油回路故障的預(yù)知預(yù)控。

圖3 低油位報警回路

圖4 油位過低停機回路

（4）修改油系統(tǒng)輔助控制柜PLC程序。將潤滑油泵、高壓油頂起泵、風(fēng)機手動控制程序從主程序中刪除，取消啟高壓油泵、潤滑油泵、軸流風(fēng)機的自保持回路程序，改為5s脈沖信號，自保持回路由增加的雙線圈繼電器實現(xiàn)。

（5）修改制動補氣柜程序。將判定制動器投入的條件由6個制動器信號全部投入才能判定制動器為投入位置，修改為只要有一個制動器投入信號就判定制動器投入，這樣就防止了因個別制動器投入故障或個別反映制動器投入的行程開關(guān)信號未上傳給監(jiān)控，造成制動器在投入的情況下開機。同時將制動器投入判據(jù)改為開機令發(fā)出后清除停機令（停機令發(fā)出后，同樣會清除開機令），這樣就可防止制動補氣柜流程未執(zhí)行完，然后開機過程中出現(xiàn)制動器誤投入現(xiàn)象。

4 改造后效果

油系統(tǒng)經(jīng)過各種故障狀態(tài)模擬試驗。當高位油箱油位下降到報警信號位置時，報警器報警；到下限位置時，備用泵能正常啟動；到下下限時能夠可靠實現(xiàn)低油位停機。到高限時，備用泵停止。當PLC死機時，潤滑油泵、高壓油頂起泵、發(fā)電機冷卻風(fēng)機均能保持原運行狀態(tài)；切換到手動方式，手動啟、停潤滑油泵、高壓油頂起泵、發(fā)電機冷卻風(fēng)機均正常。制動補氣系統(tǒng)經(jīng)過試驗，制動器投入、撤出動作及信號動作正常，解決了開機過程中制動器誤投入的問題。自2012年改造至今，油系統(tǒng)與制動補氣系統(tǒng)在機組開、停機過程、運行過程中均可靠穩(wěn)定，未發(fā)生過因PLC故障或油位降低、制動器誤投入等情況而造成的不安全事故。

審稿人：劉平安

Retrofit of the Bulb Tubular Unit Automation System of Bean Hydropower Station

LI Yang, WANG Yanli
(Gansu Electric Investment Bean Hydropower Development Co., LTD, Yongjing 731600, China)

During the operation of the Bean hydropower station, there are some problems with the program design, control system design and configuration of automatic components in the automation system, leading to unreliable operation of the unit start and stop, and mistake switching on of the pneumatic braking system happened occasionally. Low level alarms and extra low level stop protection of the high level oil tank were given by PLC. Because there are no manual control circuit for the high pressure oil jacking pump and lubricating oil pump, great hidden trouble exists for the operation of the unit. These problems are well solved by modification of the PLC control program and the improvement of the outer control circuit, ensuring safe operation of the unit.

tubular unit; automation; system; retrofit

附件：機組自動化液壓系統(tǒng)圖

TK730.4+1

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1000-3983(2016)02-0057-04

2015-12-20

李洋（1974-），1997年7月畢業(yè)于蘭州電力學(xué)校，2014年取得蘭州理工大學(xué)發(fā)電廠及電力系統(tǒng)專業(yè)的本科學(xué)歷。長期致力于水輪發(fā)電機組運行工作及水電站運行管理、檢修維護管理等工作，現(xiàn)為甘肅電投炳靈水電開發(fā)有限責任公司副總工程師兼發(fā)電技術(shù)部主任，工程師。