應(yīng)急油泵備電控制裝置

許 濤，周云瑞，李典來(lái)，蔡愿平，劉桃宏

（上海船舶設(shè)備研究所，上海 200031）

0 引言

機(jī)旁控制屏配合汽輪發(fā)電機(jī)組，實(shí)現(xiàn)對(duì)啟動(dòng)電動(dòng)油泵、應(yīng)急油泵、電加熱器、凝水泵和循環(huán)水泵等的狀態(tài)控制和監(jiān)控；對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組的重要溫度和壓力參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，若相關(guān)參數(shù)指標(biāo)超出預(yù)定范圍，機(jī)旁控制屏則發(fā)出相應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作命令；同時(shí)，機(jī)旁控制屏通過(guò)控制水位調(diào)節(jié)器執(zhí)行機(jī)構(gòu)，保證冷凝器水位穩(wěn)定，與綜合顯控臺(tái)及二回路綜合控制柜等進(jìn)行信息通信。

某汽輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行汽輪機(jī)試驗(yàn)時(shí)發(fā)生全船失電問(wèn)題，導(dǎo)致汽輪發(fā)電機(jī)組機(jī)旁控制屏無(wú)法發(fā)出應(yīng)急油泵啟動(dòng)指令，應(yīng)急油泵無(wú)法運(yùn)行，機(jī)組出現(xiàn)斷油現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全可靠性。

1 應(yīng)急油泵啟停控制原理

在機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中，滑油壓力逐漸升高。當(dāng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)滑油壓力升高至1.1 MPa時(shí)，滑油壓力繼電器接通電動(dòng)油泵，而后電動(dòng)油泵停止工作，主油泵出口的高壓油頂開(kāi)前軸承座內(nèi)單向閥，向機(jī)組所有用油設(shè)備供油；同時(shí)，電動(dòng)油泵出口單向閥被堵住，防止高壓油倒灌至電動(dòng)油泵；在機(jī)組停機(jī)過(guò)程中，滑油壓力逐漸降低，當(dāng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的滑油壓力降低至0.8 MPa時(shí)，滑油壓力繼電器接通電動(dòng)油泵；電動(dòng)油泵開(kāi)始工作后，電動(dòng)油泵出口滑油頂開(kāi)止回閥；同時(shí)，電動(dòng)出口油壓堵住前軸承內(nèi)單向閥，向機(jī)組用油設(shè)備供油。圖1為機(jī)組滑油系統(tǒng)簡(jiǎn)圖。

圖1 滑油系統(tǒng)原理簡(jiǎn)圖

控制電動(dòng)油泵啟停的信號(hào)有2路：一路來(lái)自壓力傳感器，信號(hào)測(cè)點(diǎn)布置在主油泵出口管路，信號(hào)為“調(diào)節(jié)系統(tǒng)滑油壓力”；另一路來(lái)自于壓力繼電器，信號(hào)測(cè)點(diǎn)布置在主油泵出口管路，通過(guò)三通閥，連接2個(gè)壓力繼電器，分別控制電動(dòng)油泵的啟動(dòng)和停止。根據(jù)機(jī)旁控制屏邏輯程序控制（見(jiàn)圖2和圖3），調(diào)節(jié)系統(tǒng)滑油壓力通過(guò)壓力傳感器采集壓力信號(hào)，將采集到的4～20mA電信號(hào)傳送到PLC中，通過(guò)PLC[1-2]邏輯程序進(jìn)行判斷比較，當(dāng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)滑油壓力高于1.0MPa時(shí)，定時(shí)器T60延時(shí)5s觸發(fā)；若壓力繼續(xù)升高達(dá)到1.1MPa，程序中的電動(dòng)油泵則自動(dòng)停止位置位；當(dāng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)滑油壓力低于0.8MPa時(shí)，定時(shí)器T62延時(shí)2 s觸發(fā)，程序中電動(dòng)油泵自動(dòng)啟動(dòng)位置位，電動(dòng)油泵自動(dòng)停止位復(fù)位，電動(dòng)油泵工作。通過(guò)邏輯程序控制，實(shí)現(xiàn)壓力傳感器測(cè)點(diǎn)信號(hào)與壓力繼電器控制信號(hào)兩者信號(hào)互為備用的功能。

圖2 調(diào)節(jié)系統(tǒng)滑油壓力邏輯控制程序

圖3 油泵啟、停邏輯控制程序

當(dāng)電動(dòng)油泵無(wú)法啟動(dòng)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)滑油壓力低時(shí)，機(jī)旁控制屏將給應(yīng)急油泵控制箱發(fā)出應(yīng)急油泵啟動(dòng)DO信號(hào)，啟動(dòng)應(yīng)急油泵。目前，2臺(tái)機(jī)旁控制屏分別從機(jī)組外部獲取2路動(dòng)力電和控制電，分別為1路三相AC380 V和1路單相220 V，如圖4所示。

圖4 應(yīng)急油泵現(xiàn)有供電關(guān)系圖

在此供電狀態(tài)下，若1號(hào)機(jī)旁控制屏和2號(hào)機(jī)旁控制屏的380 V或者220 V控制電源同時(shí)失電，則應(yīng)急油泵完全失去電源，無(wú)法在汽發(fā)機(jī)組低油壓事故工況下保證機(jī)組的安全停機(jī)。

在現(xiàn)場(chǎng)不具備配備獨(dú)立的UPS給應(yīng)急油泵供電情況下，在應(yīng)急油泵控制箱（簡(jiǎn)稱(chēng)“控制箱”）與應(yīng)急油泵之間新增1個(gè)應(yīng)急油泵備電控制裝置（簡(jiǎn)稱(chēng)“備電控制裝置”），從“市電”（由現(xiàn)場(chǎng)提供）取應(yīng)急油泵新增用動(dòng)力電。正常時(shí)，仍由外部電經(jīng)控制箱向應(yīng)急油泵供電。備電控制裝置通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)交流主配電板上機(jī)旁控制屏輸入電源狀態(tài)（判斷是否斷電）功能[3]，當(dāng)1號(hào)或/和2號(hào)機(jī)旁控制屏失電時(shí)，則將應(yīng)急油泵電源自動(dòng)切換到380 V市電向應(yīng)急油泵供電。

供電關(guān)系如圖5所示。

圖5 應(yīng)急油泵改進(jìn)方案示意圖

應(yīng)急油泵備電控制裝置具備功能如下：

1）接通電源和斷路器，備電控制裝置電源指示燈能夠指示電源狀態(tài)。

2）備電控制裝置具有投入/切除操作功能，且指示燈能顯示投入/切除狀態(tài)。

3）當(dāng)監(jiān)測(cè)的電源失電時(shí)，備電控制裝置上指示燈能正確指示失電狀態(tài)。

4）應(yīng)急油泵經(jīng)船電啟動(dòng)后，備電控制箱指示燈能顯示應(yīng)急油泵運(yùn)行狀態(tài)。

5）備電控制裝置在投入狀態(tài)下若監(jiān)測(cè)的電源發(fā)生失電，應(yīng)急油泵能自動(dòng)啟動(dòng)，指示燈能顯示應(yīng)急油泵失電運(yùn)行狀態(tài)。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，用于監(jiān)測(cè)1號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)組AC220 V、AC380 V電源狀態(tài)的接口從艙段內(nèi)的配電箱和交流配電板引出，用于監(jiān)測(cè)2#汽輪發(fā)電機(jī)組AC220 V、AC380 V電源狀態(tài)的接口從2號(hào)機(jī)旁控制屏引出。

根據(jù)功能特性要求，應(yīng)急油泵控制裝置需在船電發(fā)生斷電的情況下安全可靠地切換到市電電源啟動(dòng)應(yīng)急油泵，保證機(jī)組安全停機(jī)?？紤]到備電控制裝置的可靠性，若控制回路電源使用另外的外接電源，在外接電源發(fā)生斷電的情況下，備電控制裝置不能實(shí)現(xiàn)切換功能，因此，使用主回路的市電電源作為控制電源，在此方案下需保障市電的可靠供應(yīng)，備電控制裝置才能正常工作。

因市電電源與船電電源在振幅、相位和初始角都不相同。當(dāng)發(fā)生斷電故障時(shí)，應(yīng)急油泵經(jīng)市電合閘啟動(dòng)，若合閘時(shí)間間隔過(guò)短，會(huì)造成沖擊電流過(guò)大，從而對(duì)電機(jī)產(chǎn)生危害。因此，需要在切換到市電合閘時(shí)，設(shè)置時(shí)間繼電器進(jìn)行延時(shí)。根據(jù)應(yīng)急油泵實(shí)際停機(jī)時(shí)間和斷油時(shí)間對(duì)機(jī)組的影響，設(shè)置延時(shí)時(shí)間為1 s，以減輕斷電重合閘時(shí)沖擊電流對(duì)電機(jī)的危害。

2 應(yīng)急油泵備電控制裝置原理分析

機(jī)組開(kāi)機(jī)前，將備電控制裝置的投入切除按鈕SB1置于切除（斷開(kāi)）狀態(tài)。在2個(gè)機(jī)旁控制屏的電源和備電控制裝置市電電源正常供電后，合上斷路器Q1，備電控制裝置電源指示燈HL7亮，失電指示燈（HL2～HL5）應(yīng)全不亮，此時(shí)可以將備電控制裝置的投入切除按鈕SB1置于投入（閉合）狀態(tài)。在機(jī)組開(kāi)機(jī)運(yùn)行中，若調(diào)節(jié)系統(tǒng)滑油壓低，機(jī)旁控制屏?xí)詣?dòng)啟動(dòng)應(yīng)急油泵、動(dòng)力電經(jīng)控制箱至備電控制裝置接觸器KM1前。此時(shí)KM1的控制回路通電，KM1接觸器閉合，應(yīng)急油泵啟動(dòng)[4-6]。

繼電器KA3、KA4、KA5和KA6用來(lái)檢測(cè)2個(gè)機(jī)旁控制屏的380 V AC供電電源，若監(jiān)測(cè)電源供電正常，則繼電器常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)；若監(jiān)測(cè)電源發(fā)生失電，則繼電器常閉觸點(diǎn)閉合。2個(gè)繼電器KA1、KA2用來(lái)檢測(cè)2個(gè)機(jī)旁控制屏的220 V AC控制電源，控制電源正常則常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)；若220 V控制電源失電，則繼電器常閉觸點(diǎn)閉合。

若任意一路機(jī)旁控制屏380V或220V控制電源失電，KM1的控制回路失電，KM1斷開(kāi)，應(yīng)急油泵停止。監(jiān)測(cè)失電的繼電器觸點(diǎn)閉合，KT1吸合，KT1-1延時(shí)1s閉合，KM2通電吸合，KM2接觸器導(dǎo)通應(yīng)急油泵啟動(dòng)。

在應(yīng)急油泵經(jīng)由市電啟動(dòng)之后，如需手動(dòng)停止應(yīng)急油泵，則將投入切除按鈕切換至切除狀態(tài)。

應(yīng)急油泵備電控制裝置外形圖如圖6所示。

圖6 應(yīng)急油泵備電控制裝置外形圖（單位：mm）

3結(jié)論

通過(guò)對(duì)應(yīng)急油泵控制原理進(jìn)行詳細(xì)的分析，新型的應(yīng)急油泵備電控制裝置能夠通過(guò)監(jiān)測(cè)機(jī)組機(jī)旁控制屏輸入電源狀態(tài)，在機(jī)組機(jī)旁控制屏輸入電源發(fā)生斷電的情況下能自動(dòng)切換應(yīng)急油泵供電電源，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急油泵通過(guò)市電啟動(dòng)，保證機(jī)組安全停機(jī)。