水電站調(diào)速器油泵控制方式與應(yīng)用研究

朱 彪

（廣東水電二局股份有限公司，廣州 511300）

修山水電站位于桃江縣境內(nèi)資水干流的下游，是資水干流倒數(shù)第二級，樞紐以發(fā)電為主，壩址以上控制流域面27000km2。電站為河床式廠房，安裝5臺13MW燈泡貫流式水輪發(fā)電機組。水電站調(diào)速器的生產(chǎn)廠家為武漢長江控制設(shè)備研究所。其主要由電氣控制部分、調(diào)速器油泵和壓油槽裝置等部分組成。1#—5#機組調(diào)速器壓力油槽在正常情況下，壓力罐上部充滿約2/3壓縮空氣，下部充滿約1/3透平油。壓油槽罐側(cè)壁上裝有多個機械壓力開關(guān)，用來控制2臺調(diào)速器油泵工作，維持壓油槽的正常工作壓力。機械壓力開關(guān)結(jié)構(gòu)是彈簧式，在日常運行中易出現(xiàn)整定壓力值漂移現(xiàn)象，經(jīng)常需要維護人員現(xiàn)地調(diào)整校驗。本文主要是通過研究并解決機械壓力開關(guān)定值漂移的問題，根據(jù)設(shè)計要求精準(zhǔn)控制調(diào)速器油泵的啟停，保證調(diào)速器系統(tǒng)可靠運行。

1 調(diào)速器油泵運行原理

上述調(diào)速器主配直徑為150 mm，正常工作壓力為6.3 MPa。在正常情況下，壓油槽上面是壓縮空氣，下部是透平油。壓縮空氣的排放可通過補氣裝置手動進行，使油氣比例正常。壓油槽壁上裝有多個壓力開關(guān)，用來控制2臺調(diào)速器油泵的工作。當(dāng)調(diào)速器系統(tǒng)需要供油使壓力下降到額定壓力的下限值時，第一個壓力開關(guān)動作發(fā)出信號，啟動工作油泵向壓力油罐供油。當(dāng)油壓上升到正常壓力的上限值時，第二個壓力開關(guān)動作又發(fā)出信號，停止油泵工作。如果調(diào)速器系統(tǒng)耗油過大，1臺油泵工作時油壓仍繼續(xù)下降到備用泵啟動值時，第三個壓力開關(guān)動作發(fā)出信號，啟動備用油泵，使之立即向壓力油罐供油。直至壓力升到正常壓力上限時，第四個壓力開關(guān)發(fā)出信號，停止油泵運行。假如壓力繼續(xù)下降時，第五個開關(guān)就會發(fā)出低油壓報警信號，待降至最低許可運行壓力下限時，第六個開關(guān)發(fā)出信號給機組控制系統(tǒng)，立即進行低油壓事故緊急停機。

2 調(diào)速器油泵運行中存在的問題分析

調(diào)速器壓油槽運行設(shè)計值為：啟主用油泵5.6 MPa，啟備用油泵5.4 MPa，停油泵6.3 MPa，壓力高報警6.7 MPa，事故低油壓5.0 MPa。但在實際運行中，中控室值班電腦不能實時監(jiān)控到調(diào)速器壓油槽實時壓力和壓油槽油位，如果調(diào)速器啟泵機械壓力開關(guān)出現(xiàn)過大的漂移（定值下降），油泵不能正常啟動打壓，壓油槽正常壓力將下降到5.6 Mpa以下，甚至下降到事故低油壓壓力值5.0 MPa，會導(dǎo)致事故低油壓引起機組緊急事故停機。如果壓力開關(guān)出現(xiàn)過大的漂移（定值上升），會導(dǎo)致調(diào)速器油泵軟啟動器因頻繁啟動過熱燒壞，同時調(diào)速器油泵功率較大，在日積月累的運行過程中，會大量消耗廠用電，上述情況已嚴(yán)重影響到發(fā)電機組的安全運行與經(jīng)濟效益。因此，需從調(diào)速器油泵控制方式入手，從根本上消除造成壓油槽壓力不穩(wěn)定的隱患，確保發(fā)電機組安全穩(wěn)定運行，為公司創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。

3 調(diào)速器油泵控制方案研究

3.1 總體思路

根據(jù)設(shè)備運行時出現(xiàn)的隱患，參考其他同類型電站調(diào)速器油泵運行的情況，從設(shè)備的實際出發(fā)決定采用以下改造方案。

選取壓力控制變送器控制調(diào)速器油泵的啟停，該壓力變送器量程0～10 MPa，是集測量、顯示、控制和變送于一體，具有防躍變、失電閉鎖防誤動功能。采用帶隔離膜充油芯片壓力傳感器，具有高精度測量及低漂等特性，適用于油介質(zhì)，壓力表具有5組控制接點，同時具有4～20 mA模擬量輸出方式。經(jīng)過對調(diào)速器油泵控制原理圖紙的認(rèn)真分析和PLC（可編程邏輯控制器）控制程序的詳細(xì)掌握，制定出相應(yīng)的方案，可實現(xiàn)對調(diào)速器油泵的精準(zhǔn)控制，本次機組調(diào)速器油泵控制方式研究與應(yīng)用要達到以下要求。

（1）要求代替設(shè)備在壓油槽壓力長期來回變化的情況下，設(shè)定的啟停泵壓力值不能出現(xiàn)漂移的情況，能夠真實地反映出壓油槽實際壓力。

（2）控制設(shè)備改造完后，不能影響調(diào)速器油泵的正常運行，在達到啟停泵壓力時應(yīng)迅速進行可靠動作。

（3）將調(diào)速器壓油槽的實時壓力及壓油槽油位接入上位機，供值班人員監(jiān)盤，讓其了解設(shè)備運行狀況，減少監(jiān)控盲區(qū)，能夠進一步提高設(shè)備的自動化程度。

3.2 實施方案

3.2.1 安裝壓力變送器，調(diào)整參數(shù)，現(xiàn)地對信號線，接入壓力控制變送器

（1）正確選型。壓油槽正常運行壓力6.3 MPa，選擇0～10 MPa的壓力表。

（2）校驗壓力表。在標(biāo)準(zhǔn)的校驗壓力臺上校驗，由0 MPa依次上升至10 MPa，壓力表測量值與標(biāo)準(zhǔn)表誤差不超過0.01 MPa。設(shè)置壓力表參數(shù)，將5個控制接點的定值設(shè)置好，分別是啟主用油泵5.6 MPa，啟備用油泵5.4 MPa，停油泵6.3 MPa，壓力高報警6.7 MPa，事故低油壓5.0 MPa。在壓力臺上調(diào)整壓力，到達整定值壓力時應(yīng)進行可靠動作，與標(biāo)準(zhǔn)表壓力誤差應(yīng)不超過0.01 MPa。

（3）在機組停機狀態(tài)下，安裝壓力變送器。在壓油槽壁上安裝好壓力變送器，前面安裝截止閥，便于檢修，安裝壓力表接頭時應(yīng)無滲油現(xiàn)象。

（4）拆除機械壓力表上的信號控制線，重新校對好，依次接入壓力變送控制器，并套上號碼管進行標(biāo)記。

（5）試運行。將調(diào)速器壓油槽泄壓，觀察在不同壓力值動作接點是否可靠輸出。

（6）試驗正常，投入正常運行。

3.2.2 將壓力變送器上監(jiān)測的實時壓力送至現(xiàn)地PLC控制單元，再送至上位機監(jiān)控電腦，供值班人員監(jiān)控

（1）將壓力變送器上的4～20 mA信號，布線至調(diào)速器壓油槽PLC，如圖1所示，信號線可靠接地，防止信號干擾。

圖1 調(diào)速器壓油槽PLC

（2）調(diào)整壓力變送器內(nèi)的變送參數(shù)，修改調(diào)速器壓油槽PLC內(nèi)模擬量程與壓力變送器一致。

（3）將調(diào)速器壓油槽PLC內(nèi)模擬量程序進行修改，讀取壓力變送器內(nèi)實時壓力值。

（4）將調(diào)速器壓油槽PLC與相應(yīng)機組PLC用RS485通信協(xié)議進行通信，機組PLC單元讀取壓油槽實時壓力。圖2為調(diào)速器壓油槽PLC通信配置。

圖2 調(diào)速器壓油槽PLC通信配置

（5）機組PLC再將采集數(shù)據(jù)上送至上位機監(jiān)控電腦，實時監(jiān)控各機組壓油槽壓力。圖3為調(diào)速器壓油槽PLC壓力采集程序。

圖3 調(diào)速器壓油槽PLC壓力采集程序

（6）選擇量程為1 m的液位變送器加裝在磁翻板液位計處，引信號線接入機組PLC模擬量模塊，配置好相應(yīng)量程。經(jīng)過歸一化處理，送至上位機顯示實時液位。

（7）現(xiàn)地壓油槽泄壓，模擬壓力和液位變化。上位機顯示壓力與現(xiàn)地壓力變送器顯示壓力實時進行比較，上位機顯示液位與現(xiàn)地液位，實時變化準(zhǔn)確則投入運行。

4 應(yīng)用效果分析

4.1 技術(shù)效果

（1）在通過調(diào)速器油泵控制方式研究后，機組檢修期間將5臺機組調(diào)速器壓油槽電子控制壓力表拆下，拿到標(biāo)準(zhǔn)檢驗臺進行校驗對比分析。檢查發(fā)現(xiàn)5臺機組的電子控制壓力表測量準(zhǔn)確，各節(jié)點均能進行可靠動作，模擬各個壓力值都能準(zhǔn)確顯示。進行壓油槽上泄壓試驗，控制啟主泵，啟備用泵，停泵，壓力高報警，壓力低停機接點均能進行可靠動作。圖4為1#發(fā)電機組壓油槽實時壓力（6.27 MPa）。

圖4 1#發(fā)電機組壓油槽實時壓力

（2）在上位機計算機監(jiān)控系統(tǒng)中，觀察上位監(jiān)控畫面中實時顯示的每臺機組壓油槽的壓力及油位。在檢修當(dāng)中，壓油槽現(xiàn)地泄壓、壓油和油位均會下降，現(xiàn)地動作人員與上位機值班人員聯(lián)系，比較現(xiàn)地報油位及油壓與上位機顯示的數(shù)值，均沒有較大誤差，而且變化非常及時，無延時的情況。圖5為上位機1#—5#機組壓油槽油位油壓監(jiān)控畫面。

圖5 上位機1#—5#機組壓油槽油位油壓監(jiān)控畫面

4.2 經(jīng)濟效益

本次研究應(yīng)用后，壓油槽相關(guān)定值沒有出現(xiàn)漂移的現(xiàn)象，減少了調(diào)速器油泵及軟啟動器啟動次數(shù)，提高了發(fā)電機組運行的可靠性，節(jié)約了人力資源，同時也降低了修山水電站廠用電率。修山水電站調(diào)速器油泵的單臺功率為55 kW，壓油槽建壓時間約為2 min，活動前調(diào)速器油泵每天啟動次數(shù)為60次，活動后調(diào)速器油泵每天啟動次數(shù)為40次，即每天可減少20次，按修山水電站現(xiàn)階段出售電價0.32元/kWh計算，每年可節(jié)省費用4 283元。當(dāng)1#—5#機組改造完成后，每年將給電站節(jié)省4 283元×5=21 415元的投入成本。此次調(diào)速器油泵控制方式研究與應(yīng)用保證了發(fā)電機組的安全可靠運行，經(jīng)濟價值非?？陀^。

5 結(jié)束語

針對調(diào)速器壓油槽機械是控制開關(guān)定值漂移導(dǎo)致壓油槽壓力不穩(wěn)定的問題，通過用電子式控制壓力表替代機械式壓力開關(guān)，將壓油槽油位、壓力表接入上位機，提高設(shè)備自動化水平，為其他電廠類似技術(shù)改造提供了寶貴的經(jīng)驗，同樣樹立了創(chuàng)新管理模式和創(chuàng)新管理理念的信心，為進一步做好水電站運營管理提供強大的動力支持。

此次方案不僅解決了發(fā)電機組嚴(yán)重的安全隱患，為公司創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟效益，同時也提高了廣大生產(chǎn)員工的創(chuàng)新思維，對實現(xiàn)公司打造一流運維團隊具有積極作用。