CCS電站進(jìn)水球閥控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

金玉成，王曉瑜，毛羽波

（哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

1 引言

進(jìn)水閥是水電站廠房內(nèi)所有設(shè)備和人員的保護(hù)閥，其控制系統(tǒng)性能的優(yōu)劣直接影響著電站的安全運(yùn)行。球閥應(yīng)用水頭較高，密封性能較好，高水頭及抽水蓄能電站的進(jìn)水閥普遍采用球閥，哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司（以下簡稱哈電）從建廠伊始就著力于進(jìn)水球閥的開發(fā)和研究[1]。厄瓜多爾CCS電站球閥由哈電與安德里茲公司聯(lián)合設(shè)計(jì)制造，球閥外圓直徑3.6 m，單閥體重量達(dá)40 t，球閥液壓系統(tǒng)的操作油壓為6.3 MPa，采用雙接力器結(jié)構(gòu)。

2 球閥液壓控制系統(tǒng)

CCS項(xiàng)目球閥控制單元設(shè)置了球閥控制柜和密封控制柜，圖1為球閥機(jī)械液壓系統(tǒng)圖。系統(tǒng)圖上方虛框?yàn)榍蜷y控制柜閥組，其中電磁閥SV101，SV102與HV101采用組合閥體結(jié)構(gòu)，控制柜柜體設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)管件接口，密封可靠，便于現(xiàn)場安裝。液動(dòng)換向閥HV102安裝在球閥接力器主管路上，具有流量調(diào)節(jié)功能，可以現(xiàn)場整定開關(guān)機(jī)時(shí)間。正常開關(guān)球閥操作是通過電磁閥SV101控制各級液動(dòng)閥來操作主接力器開關(guān)球閥活門，電磁閥SV101采用博世力士樂工業(yè)閥，線圈A帶電為球閥開機(jī)位，線圈B帶電為球閥關(guān)機(jī)位。

機(jī)械液壓系統(tǒng)圖下方虛框內(nèi)為球閥密封控制閥組，全部安裝于球閥密封控制柜中，用于球閥工作密封及檢修密封的控制。球閥的工作密封位于球閥出水端，檢修密封位于球閥進(jìn)水端，二者均通過取自進(jìn)水管路的高壓水源控制密封元件的投退。正常開球閥操作時(shí)，工作密封及檢修密封應(yīng)處于打開狀態(tài)。球閥關(guān)閉后，工作密封應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)球閥需要檢修時(shí)，才可以投入檢修密封。工作密封通過電磁閥SV201操作，其中電磁閥的左位為工作密封投入位，右位為工作密封退出位。檢修密封通過手操閥MV201操作，其中手操閥的左位為工作密封投入位，右位為工作密封退出位。

密封控制系統(tǒng)設(shè)置了開閥密封退出的液壓閉鎖控制。當(dāng)球閥處于開啟狀態(tài)時(shí)，接力器開腔有壓，使密封控制柜的液動(dòng)換向閥HV201處于上為工作，工作密封及檢修密封的先導(dǎo)液控閥控制油失壓，使高壓水閥HV203與HV205均處于密封退出位，這樣保證了開機(jī)狀態(tài)下，檢修密封始終處于退出狀態(tài)，防止由于誤操作造成球閥密封的損壞。

為了保證電站系統(tǒng)安全運(yùn)行，除了正常關(guān)機(jī)操作外，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了掉電關(guān)閉球閥及機(jī)組過速關(guān)閉球閥作為反事故措施，如圖2球閥系統(tǒng)關(guān)機(jī)流程圖所示。

掉電關(guān)閥通過電磁閥SV102來實(shí)現(xiàn)，電磁閥SV102采用單線圈結(jié)構(gòu)，工作時(shí)長期帶電，如果控制系統(tǒng)電源故障，電磁閥線圈失電，閥芯在彈簧力的作用下復(fù)位，控制油切換方向，關(guān)閉球閥。

在機(jī)組過速裝置動(dòng)作后，為防止事故擴(kuò)大，需要盡快關(guān)閉球閥。機(jī)組過速關(guān)閉球閥通過液動(dòng)閥HV101實(shí)現(xiàn)。液動(dòng)閥HV101為單彈簧結(jié)構(gòu)，其中控制壓力油PX來自于機(jī)組過速保護(hù)裝置，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)為其帶壓狀態(tài)，當(dāng)機(jī)組過速時(shí)為失壓狀態(tài)。過速失壓時(shí)液動(dòng)閥HV101在彈簧力作用下切換油路，控制液動(dòng)換向閥HV102由左側(cè)開機(jī)位切換為右側(cè)關(guān)機(jī)位關(guān)閉球閥。

圖2 球閥系統(tǒng)關(guān)機(jī)流程圖

3 球閥電氣控制系統(tǒng)

球閥控制由球閥控制柜完成，按照無人值班少人值守原則設(shè)計(jì)，具備現(xiàn)地手動(dòng)及遠(yuǎn)方自動(dòng)兩種控制模式。

因CCS電站外部供電電源為127 V AC及125 VDC兩種電壓等級，控制柜內(nèi)采用雙電源冗余供電模塊將電源轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)24 V DC控制電源，提高了供電的可靠性，滿足柜內(nèi)可編程控制器及控制回路用電要求。

球閥控制柜內(nèi)可編程控制器采用施耐德M340，該系列PLC結(jié)構(gòu)緊湊，采用UnityPro編程軟件，可提供5種IEC編程語言并支持中文變量名[2]，是目前市場上性價(jià)比較高的一款可編程控制器?？删幊炭刂破髋渲萌缦拢弘娫茨KCPS2010一件，通訊模塊P34 1000一件，數(shù)字量輸入模塊DDI 1602一件，數(shù)字量輸入輸出混合模塊DDM16025一件。各模塊采用機(jī)架面板固定，方便現(xiàn)場調(diào)試。

可編程控制器接收監(jiān)控命令及現(xiàn)地傳感器反饋信號，根據(jù)灌入的操作程序，實(shí)時(shí)開出控制信號到各執(zhí)行元件。信號連接如圖3球閥控制柜接線原理圖所示，外部輸入信號采用繼電器隔離，由柜內(nèi)繼電器觸點(diǎn)以硬回路信號接入可編程控制器，防止外部短路損壞模塊。

由球閥控制柜接線原理圖可以看出，工作密封及檢修密封的信號輸入均為3組，在內(nèi)部編程時(shí)我們采用了同類信號3選2的控制邏輯，避免了因單個(gè)信號反饋裝置故障導(dǎo)致操作中斷，同時(shí)在內(nèi)部編程設(shè)置了程序自檢及關(guān)鍵點(diǎn)監(jiān)控功能，如發(fā)生操作故障，將開出報(bào)警信號到監(jiān)控系統(tǒng)。

圖3 球閥控制柜接線原理圖

4 結(jié)論

CCS電站作為我國海外電建項(xiàng)目中裝機(jī)容量最大的水電站，全部8臺機(jī)組目前均已順利投產(chǎn)發(fā)電，本項(xiàng)目球閥控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完全滿足現(xiàn)場工況需求，為機(jī)組安全運(yùn)行提供了技術(shù)保證，同時(shí)對后續(xù)項(xiàng)目的球閥系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有一定的借鑒意義。

[1]吳繼兵，樸春光.哈電水泵水輪機(jī)進(jìn)水球閥的技術(shù)進(jìn)步[J].大電機(jī)技術(shù),2014(3).

[2]施耐德電氣公司.Modicon M340編程手冊[Z]，2008.