油壓裝置自動(dòng)補(bǔ)氣邏輯的修改與完善

張 磊 磊

(雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610051)

0 前 言

調(diào)速器油壓裝置和筒閥油壓裝置因?yàn)榫植可倭柯?，均需設(shè)置自動(dòng)補(bǔ)氣功能。自動(dòng)補(bǔ)氣正常邏輯為油罐油位偏高，達(dá)到自動(dòng)補(bǔ)氣油位，同時(shí)系統(tǒng)壓力低于自動(dòng)補(bǔ)氣壓力定值，系統(tǒng)開始補(bǔ)氣，直至系統(tǒng)壓力達(dá)到停止補(bǔ)氣壓力或油罐液位降至停補(bǔ)氣油位。一般在設(shè)計(jì)自動(dòng)補(bǔ)氣功能時(shí)，停止補(bǔ)氣壓力略高于油泵停止壓力，且在油泵運(yùn)行時(shí)閉鎖自動(dòng)補(bǔ)氣功能。自動(dòng)補(bǔ)氣功能能夠正常運(yùn)行時(shí)，可以不用人為干預(yù)，能節(jié)省人力成本。本文通過對(duì)比某電站兩套油壓裝置自動(dòng)補(bǔ)氣控制邏輯差異，對(duì)調(diào)速器油壓裝置自動(dòng)補(bǔ)氣功能進(jìn)行了完善，最終保證了調(diào)速器油壓裝置自動(dòng)補(bǔ)氣功能的正常運(yùn)行。

1 系統(tǒng)組成

油壓裝置自動(dòng)補(bǔ)氣系統(tǒng)主要由油泵、壓力油罐、自動(dòng)補(bǔ)氣閥、壓力變送器、液位變送器以及控制系統(tǒng)等部分組成。壓力油罐因存在微量漏氣，在設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間后，壓力油罐液位會(huì)越來越高。控制系統(tǒng)通過采集壓力油罐的壓力、液位信號(hào)以及油泵運(yùn)行信號(hào)，控制自動(dòng)補(bǔ)氣閥開啟或關(guān)閉，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)氣功能，將壓力油罐液位壓至正常水平[1]。

2 調(diào)速器油壓裝置補(bǔ)氣邏輯

某電站機(jī)組調(diào)速器油壓裝置設(shè)計(jì)了自動(dòng)補(bǔ)氣功能，但不同機(jī)組在運(yùn)行過程中出現(xiàn)了不同的現(xiàn)象。其中一臺(tái)機(jī)組運(yùn)行一段時(shí)間后，壓力油罐油位不斷下降，其余機(jī)組壓力油罐的油位則不斷升高。所有機(jī)組的補(bǔ)氣控制邏輯和動(dòng)作都一樣，即壓力油罐液位較高時(shí)，自動(dòng)補(bǔ)氣功能能夠自動(dòng)投入。自動(dòng)補(bǔ)氣裝置投入運(yùn)行時(shí)間很短即復(fù)歸，復(fù)歸后短時(shí)間又投入，以上步驟一直重復(fù)，控制邏輯明顯存在問題。電站油壓裝置控制系統(tǒng)采用貝加萊PCC2005，程序如下：

IF W_yg_bq and bq_ctl and NOT P_yg_z and NOT P_yg_b and NOT Do_bqg and NOT P_yg_rate THEN

Y_QD:=1

TON-11(IN:=Y_QD ，PT:=T#20S)

Do_bq：=TON-11.Q

補(bǔ)氣投入的條件邏輯為：在自動(dòng)補(bǔ)氣投入的狀態(tài)下，當(dāng)油罐液位高于設(shè)定液位，油壓不大于額定壓力(6.3 MPa)，同時(shí)壓力未降到主泵及備泵啟動(dòng)壓力，自動(dòng)補(bǔ)氣投入。

停止補(bǔ)氣的程序如下：

IF P_yg_rate OR W_st_bq OR W_yg_d OR P_yg_z OR P_yg_b THEN

M1:=1

ENDIF

IF (M1 AND bq_ctl) OR FE( bq_ctl)AND Do_bq THEN

M2:=1

TON-12(IN:=M2 ，PT:=T#20S)

Do_bqg：=TON-12.Q

ENDIF

退出自動(dòng)補(bǔ)氣包括兩個(gè)條件：一是自動(dòng)補(bǔ)氣控制方式切換為手動(dòng)，系統(tǒng)延時(shí)20 s退出自動(dòng)補(bǔ)氣；二是在滿足以下條件之一停止補(bǔ)氣，即油罐達(dá)到額定壓力、油罐液位降至停補(bǔ)氣油位、油罐油位低、油罐壓力降至啟動(dòng)主泵壓力或備泵壓力。

程序主要變量如下：

W_yg_bq開始補(bǔ)氣油位bq_ctl自動(dòng)補(bǔ)氣方式P_yg_z啟主泵油壓(5.8 MPa)P_yg_b啟備泵油壓(5.6 MPa)Do_bq開補(bǔ)氣閥指令P_yg_rate大于等于額定壓力(6.3 MPa)W_st_bq停止補(bǔ)氣油位W_yg_d 油罐油位低Do_bqg停止補(bǔ)氣

3 自動(dòng)補(bǔ)氣存在的問題

本電站調(diào)速系統(tǒng)油泵為斷續(xù)運(yùn)行，當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到額定壓力油泵停止工作。首先分析大部分機(jī)組壓力油罐液位會(huì)越來越高的問題，后續(xù)再對(duì)某臺(tái)機(jī)組壓力油罐液位不斷下降的問題進(jìn)行分析。系統(tǒng)存在的問題首先從控制邏輯著手。此段自動(dòng)補(bǔ)氣邏輯主要考慮壓力油罐的液位。油罐液位達(dá)到補(bǔ)氣液位時(shí)開始補(bǔ)氣，壓力達(dá)到額定壓力6.3 MPa或液位過低、油罐壓力突降等特殊原因下停止補(bǔ)氣。自動(dòng)補(bǔ)氣停止信號(hào)進(jìn)行了20 s延時(shí)，正常情況下應(yīng)將油泵運(yùn)行和自動(dòng)補(bǔ)氣投入過程分開，避免同時(shí)打油和補(bǔ)氣，造成油罐壓力過高。

油位過高作為自動(dòng)補(bǔ)氣的主啟動(dòng)條件，只有在油泵運(yùn)行時(shí)才有可能發(fā)生。油泵停止?fàn)顟B(tài)下，油罐的油位只能下降。因此，當(dāng)油泵運(yùn)行，油罐壓力升高而壓力尚未達(dá)到6.1 MPa時(shí)，自動(dòng)補(bǔ)氣會(huì)投入。實(shí)際上主油泵從5.8 MPa啟動(dòng)，至6.3 MPa停止，運(yùn)行時(shí)間一般在30 s左右。自動(dòng)補(bǔ)氣從6.1 MPa投入，到油罐壓力達(dá)到6.3 MPa停止，時(shí)間非常短，一般就10 s左右。油罐壓力達(dá)到6.3 MPa，油泵和自動(dòng)補(bǔ)氣同時(shí)停止。短時(shí)間內(nèi)油壓將降至6.3 MPa以下，而此時(shí)油罐液位基本未變，仍處于高位，自動(dòng)補(bǔ)氣裝置再次投入。自動(dòng)補(bǔ)氣投入后，油壓將在短時(shí)間內(nèi)再次升至6.3 MPa，自動(dòng)補(bǔ)氣再次退出。退出后，油罐壓力再次降至6.3 MPa以下，自動(dòng)補(bǔ)氣裝置再次投入。這就造成自動(dòng)補(bǔ)氣裝置在不停地進(jìn)行投退，補(bǔ)氣目的并未達(dá)到，油罐液位也未能下降。

其次，分析其中一臺(tái)機(jī)組調(diào)速器油壓裝置油位異常下降的特殊現(xiàn)象。因?yàn)樽詣?dòng)補(bǔ)氣動(dòng)作的不正常，所以問題分析從控制系統(tǒng)和補(bǔ)氣回路兩部分開展。要使調(diào)速器壓力油罐液位不斷下降只有一種可能，便是油罐一直在補(bǔ)氣。因?yàn)橹挥幸慌_(tái)機(jī)組出現(xiàn)此種情況，所以問題不可能是控制程序造成的。若要自動(dòng)補(bǔ)氣一直投入，有一種可能是控制器的輸出點(diǎn)粘死或者輸入的信號(hào)點(diǎn)粘死，導(dǎo)致自動(dòng)補(bǔ)氣條件一直滿足并投入運(yùn)行?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)控制器的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)全部進(jìn)行了檢查，所有信號(hào)均正常?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)自動(dòng)補(bǔ)氣閥帶電情況檢查，也沒有發(fā)現(xiàn)補(bǔ)氣閥一直帶電的情況，所以導(dǎo)致油罐一直補(bǔ)氣的問題不在控制系統(tǒng)。

另一種可能便是調(diào)速器油壓裝置自動(dòng)補(bǔ)氣管路存在漏氣。調(diào)速器油壓裝置自動(dòng)補(bǔ)氣管路包括自動(dòng)補(bǔ)氣回路和手動(dòng)補(bǔ)氣旁路，正常運(yùn)行時(shí)手動(dòng)補(bǔ)氣回路是關(guān)閉的，只有在自動(dòng)補(bǔ)氣功能退出后才會(huì)使用?，F(xiàn)場(chǎng)檢查手動(dòng)補(bǔ)氣旁路的閥門，發(fā)現(xiàn)閥門在全關(guān)位置，位置正確也無漏氣聲響。檢查自動(dòng)補(bǔ)氣閥，發(fā)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)氣閥存在輕微的漏氣聲音。將調(diào)速器油壓裝置補(bǔ)氣回路隔離后，拆解自動(dòng)補(bǔ)氣回路，檢查發(fā)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)氣閥在未達(dá)到全關(guān)位置時(shí)，閥門的全關(guān)位置信號(hào)已經(jīng)接通。即閥門實(shí)際未關(guān)嚴(yán)，但全關(guān)信號(hào)已經(jīng)到達(dá)，控制系統(tǒng)收到全關(guān)信號(hào)后，補(bǔ)氣閥斷電，閥門無法全關(guān)。更換此臺(tái)機(jī)組的自動(dòng)補(bǔ)氣閥后，故障消除。因問題只有一臺(tái)機(jī)組出現(xiàn)，不屬于通性問題，所以接下來需要處理的是通性問題，即補(bǔ)氣邏輯存在的不合理性。

4 筒閥油壓裝置控制邏輯

某電站筒閥油壓裝置控制系統(tǒng)采用施耐德PLC，控制程序如下：

(*補(bǔ)氣投入*)

IF(ZT_press<=610.0 and ZT_press>0.0) and ((ZT_LEVEL_ERR and DI_YWG_YLG) or INT_TO_REAL(LEVEL_TANK.value)>=640.0) and DI_QC_ZDBQ and DI_ZD THEN

cmd_bq_tr:=true；

cmd_bq_qc:=false；

END_IF；

if DI_TR_ZDBQ then

cmd_bq_tr:=false；

END_IF；

自動(dòng)補(bǔ)氣投入條件為油罐壓力低于6.1 MPa，油罐液位達(dá)到補(bǔ)氣液位640 mm，并且自動(dòng)補(bǔ)氣控制方式在自動(dòng)狀態(tài)，自動(dòng)補(bǔ)氣投入。此處自動(dòng)補(bǔ)氣考慮了油罐壓力問題，避免油罐壓力在6.3 MPa附近，自動(dòng)補(bǔ)氣裝置反復(fù)動(dòng)作，但其依舊未考慮油泵和自動(dòng)補(bǔ)氣同時(shí)運(yùn)行的情況，同樣存在不合理。

(* 補(bǔ)氣切除*)

IF ZT_press>= 645.0 or ((ZT_LEVEL_ERR and DI_YWd_YLG) or (INT_TO_REAL(LEVEL_TANK.value)>10.0 and INT_TO_REAL(LEVEL_TANK.value)<550.0)) and DI_tr_ZDBQ and DI_ZD THEN

cmd_bq_qc:=true；

cmd_bq_tr:=false；

END_IF；

if DI_QC_ZDBQ then

cmd_bq_qc:=false；

end_if；

自動(dòng)補(bǔ)氣停止的判斷邏輯為油罐壓力達(dá)到6.45 MPa，或者油罐液位在補(bǔ)氣過程中不斷降低，低于補(bǔ)氣停止液位550 mm，自動(dòng)補(bǔ)氣退出。此處的自動(dòng)補(bǔ)氣退出邏輯明顯更加完善，首先其停止補(bǔ)氣的壓力為6.45 MPa而非6.3 MPa，有了足夠的緩沖空間，便不會(huì)因?yàn)橄麓螁⒈糜蛪哼_(dá)到6.3 MPa的同時(shí)液位過高。

此外，筒閥油壓裝置自動(dòng)補(bǔ)氣還對(duì)其投入和退出成功與否進(jìn)行了判斷，若發(fā)現(xiàn)存在問題，能夠及時(shí)提醒運(yùn)行人員進(jìn)行處理，具體程序如下：

(* 自動(dòng)補(bǔ)氣投入故障 *)

tmr_bqtr_fault(IN:=cmd_bq_tr ，PT:=T#30000MS)；

IF tmr_bqtr_fault.q and not DI_TR_ZDBQ THEN

zt_bqtr_fault:=true；

END_IF；

IF DI_TR_ZDBQ THEN

zt_bqtr_fault:=false；

END_IF；

(*自動(dòng)補(bǔ)氣停止故障*)

IF tmr_bqqc_fault.q and not DI_qc_ZDBQ THEN

zt_bqqc_fault:=true；

END_IF；

IF DI_qc_ZDBQ THEN

zt_bqqc_fault:=false；

END_IF；

當(dāng)自動(dòng)補(bǔ)氣投入或者自動(dòng)補(bǔ)氣退出信號(hào)開出，延時(shí)20 s，若自動(dòng)補(bǔ)氣閥位置信號(hào)未能正常反饋，則報(bào)自動(dòng)補(bǔ)氣開啟或停止故障[2]。

5 調(diào)速器油壓裝置自動(dòng)補(bǔ)氣邏輯修改

為保證調(diào)速器油壓裝置自動(dòng)補(bǔ)氣邏輯更加完善，對(duì)程序做如下方面的修改[3](見圖1)。

圖1 調(diào)速器油壓裝置自動(dòng)補(bǔ)氣邏輯程序修改示意

(1)為了實(shí)現(xiàn)油壓液位過高投入自動(dòng)補(bǔ)氣功能，同時(shí)避開自動(dòng)補(bǔ)氣和油泵同時(shí)運(yùn)行，應(yīng)該在自動(dòng)補(bǔ)氣投入程序中增加油泵運(yùn)行信號(hào)。

(2)若在自動(dòng)補(bǔ)氣過程中，油壓下降過快，則油泵應(yīng)正常啟動(dòng)，即油泵運(yùn)行信號(hào)閉鎖自動(dòng)補(bǔ)氣信號(hào)，但自動(dòng)補(bǔ)氣不閉鎖油泵啟動(dòng)信號(hào)。

(3)增加油泵啟動(dòng)時(shí)對(duì)油壓的判斷條件，并將停止補(bǔ)氣壓力調(diào)整為6.45 MPa，保證補(bǔ)氣過程的時(shí)間充足。

(4)若油泵運(yùn)行過程中，液位達(dá)到過高值，則程序檢測(cè)液位過高上升沿，在油罐壓力降至6.0 MPa時(shí)，投入自動(dòng)補(bǔ)氣。

自動(dòng)補(bǔ)氣投入分為兩個(gè)條件：一是油泵不在運(yùn)行，油罐油位處于高位，同時(shí)壓力低于6.0 MPa，自動(dòng)補(bǔ)氣投入運(yùn)行；二是油泵運(yùn)行時(shí)檢測(cè)到液位過高，當(dāng)油泵停止后，油罐壓力降至6.0 MPa，此時(shí)只要油罐液位未降至停補(bǔ)氣油位，自動(dòng)補(bǔ)氣裝置均開始補(bǔ)氣，直到壓力油罐壓力達(dá)到6.45 MPa。此邏輯能夠很好地避免補(bǔ)氣閥反復(fù)動(dòng)作。另外當(dāng)油罐壓力下降的同時(shí)油罐液位高信號(hào)復(fù)歸，補(bǔ)氣閥也能向油罐進(jìn)行補(bǔ)氣，提高了補(bǔ)氣效率。

補(bǔ)氣閥退出的條件參考筒閥油壓裝置自動(dòng)補(bǔ)氣退出邏輯[4]。

6 結(jié)論與展望

自動(dòng)補(bǔ)氣邏輯看似簡單，但在實(shí)際運(yùn)行過程中很容易忽略油泵和補(bǔ)氣配合問題。既要做到油泵和補(bǔ)氣裝置不同時(shí)運(yùn)行，又要保證系統(tǒng)的補(bǔ)氣效率，所以設(shè)備運(yùn)行過程中應(yīng)加強(qiáng)關(guān)注，避免自動(dòng)補(bǔ)氣閥在油罐額定壓力附近反復(fù)動(dòng)作，起不到實(shí)際的補(bǔ)氣效果。

自動(dòng)補(bǔ)氣回路不僅可能導(dǎo)致壓力油罐液位不斷上升，也可能導(dǎo)致壓力油罐液位的不斷下降，其造成的原因是截然不同的。當(dāng)系統(tǒng)邏輯不正確，補(bǔ)氣功能不能正常投入，油罐油位將不斷上升。若系統(tǒng)存在漏氣，則油罐油位將不斷下降。若二者剛好平衡，則油罐油位將不發(fā)生變化，不過此種情況基本不可能發(fā)生。因此，問題分析過程中，要考慮所有的因素。

油壓裝置自動(dòng)補(bǔ)氣動(dòng)作實(shí)際是整個(gè)液壓系統(tǒng)存在漏氣造成的。若油壓裝置突然補(bǔ)氣頻繁，運(yùn)行維護(hù)人員首先應(yīng)先找到補(bǔ)氣功能頻繁動(dòng)作的原因，找到系統(tǒng)的漏點(diǎn)。若漏點(diǎn)消除，則自動(dòng)補(bǔ)氣必然能恢復(fù)正常。

自動(dòng)補(bǔ)氣功能正常與否，直接影響了油罐的油氣比例。當(dāng)油罐內(nèi)油位偏高，機(jī)組調(diào)節(jié)負(fù)荷時(shí)油罐油位將明顯下降。而油位的明顯下降必然造成油壓裝置壓力下降明顯，因?yàn)闅獾膲嚎s性能是遠(yuǎn)高于油的。所以只有合適的油氣比例，才能保證油壓裝置內(nèi)既有足夠的油，又能在機(jī)組調(diào)節(jié)負(fù)荷時(shí)減慢油罐壓力降低的速度，這個(gè)一個(gè)相互牽制的關(guān)系。

隨著自動(dòng)控制系統(tǒng)的發(fā)展，控制系統(tǒng)應(yīng)逐步具備大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析功能。如補(bǔ)氣系統(tǒng)的控制邏輯，不單單只是自身油壓、油位的判斷，應(yīng)該將其相關(guān)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。又如機(jī)組一段時(shí)間的運(yùn)行工況、每次補(bǔ)氣運(yùn)行的時(shí)間、每次補(bǔ)氣時(shí)間間隔、不同機(jī)組的補(bǔ)氣時(shí)間差別，應(yīng)通過對(duì)這些情況的具體分析判斷，針對(duì)不同運(yùn)行工況，自主判斷補(bǔ)氣功能動(dòng)作是否正常。當(dāng)補(bǔ)氣功能不正常時(shí)，能夠及時(shí)提醒運(yùn)行人員采取措施，避免異常發(fā)生。

本文通過兩套補(bǔ)氣裝置的程序?qū)Ρ?，?duì)調(diào)速器油壓裝置自動(dòng)補(bǔ)氣邏輯程序進(jìn)行了優(yōu)化，提高了自動(dòng)補(bǔ)氣的可靠性。