淺析河口水電站潤(rùn)滑油控制系統(tǒng)技術(shù)改造
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李 洋，王燕梨
（甘肅電投炳靈水電公司，甘肅永靖731600）
[摘要] 闡述了河口水電站潤(rùn)滑油控制系統(tǒng)的特點(diǎn)、運(yùn)行方式和投運(yùn)以后發(fā)現(xiàn)的一些問題；對(duì)控制回路和PLC程序進(jìn)行了改造、優(yōu)化，提高了潤(rùn)滑油系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，四臺(tái)機(jī)組經(jīng)改造調(diào)試后運(yùn)行可靠。
[關(guān)鍵詞] 河口水電站；燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組；潤(rùn)滑油控制系統(tǒng)；改造
[中圖分類號(hào)] TK730.4+5 [文章編號(hào)]1000-3983(2016)03-0062-03
0概述
河口水電站位于甘肅省蘭州市西郊黃河干流上，是一座總裝機(jī)容量74MW的中型水電站，是黃河龍青段梯級(jí)第十七座水電站。河口水電站是以發(fā)電為主，兼有一定的灌溉、供水、發(fā)展旅游及改善環(huán)境等綜合利用效益，平均年發(fā)電量3.85億kW. h，設(shè)計(jì)安裝了4臺(tái)轉(zhuǎn)輪直徑國(guó)內(nèi)最大的三葉片式燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量18.5MW。
河口水電站潤(rùn)滑油系統(tǒng)采用擴(kuò)大閉式循環(huán)：用潤(rùn)滑油泵將潤(rùn)滑油從低位油箱打至高位油箱（與機(jī)組中心線高程落差22.4m），潤(rùn)滑油通過自流方式從高位油箱向發(fā)電機(jī)導(dǎo)軸承、正向推力軸承、反向推力軸承、水輪機(jī)導(dǎo)軸承四個(gè)位置供油，回油全部流回至低位油箱。這種設(shè)計(jì)的好處是：若潤(rùn)滑油泵發(fā)生故障，靠高位油箱供油可保持5min左右的供油，保證機(jī)組能夠正常停機(jī)，防止由于潤(rùn)滑油中斷發(fā)生燒瓦等設(shè)備事故。
潤(rùn)滑油控制系統(tǒng)PLC選用GE VersaMax系列，它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，模塊安裝，通用性強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。但由于潤(rùn)滑油控制系統(tǒng)在最初設(shè)計(jì)、安裝時(shí)考慮不夠周全，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)暴露出一些問題，有一定的安全隱患，為此我們結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行了一些改造。
1 問題的提出
1.1 電源接引
河口水電站每臺(tái)機(jī)組潤(rùn)滑油系統(tǒng)有2臺(tái)潤(rùn)滑油泵互為備用，2臺(tái)泵動(dòng)力電源( AC380V)分別由廠用I、II段單獨(dú)供電，控制電源(AC220V)取自機(jī)旁控制電源配電盤，動(dòng)力電源與控制電源相互獨(dú)立。
1.2液位采用液位開關(guān)送出的開關(guān)量控制，工作方式
開機(jī)時(shí)1臺(tái)泵（主用泵）運(yùn)行，若高位油箱油位下降至啟動(dòng)備用泵油位( 1000mm)，“啟備用泵”液位開關(guān)動(dòng)作，啟動(dòng)備用泵；高位油箱油位上升至停備用泵油位( 1350mm)，“停備用泵”液位開關(guān)動(dòng)作，備用泵停止運(yùn)行。若高位油箱油位持續(xù)降低至700mm，“油位過低”液位開關(guān)動(dòng)作，啟動(dòng)“高位油箱油位過低事故停機(jī)”水機(jī)保護(hù)回路。
2011年初，4號(hào)發(fā)電機(jī)組1號(hào)潤(rùn)滑油泵動(dòng)力電源開關(guān)跳開，電源消失，但PLC及盤柜指示燈仍然指示油泵在“運(yùn)行”狀態(tài)，油位下降至啟動(dòng)備用泵油位，啟備用泵液位開關(guān)未正常動(dòng)作，備用泵未啟動(dòng)；油位繼續(xù)下降，最終“高位油箱油位過低事故停機(jī)”水機(jī)保護(hù)回路動(dòng)作導(dǎo)致事故停機(jī)。
2 問題分析研究
2.1潤(rùn)滑油控制系統(tǒng)存在的問題
(1)油泵運(yùn)行時(shí)若動(dòng)力電源消失，盤柜指示燈、PLC開關(guān)量輸入狀態(tài)仍然指示“油泵運(yùn)行”，狀態(tài)指示與實(shí)際不符，對(duì)運(yùn)行人員判斷問題造成誤導(dǎo)；
(2)備用泵啟、停靠磁翻板液位計(jì)上的液位開關(guān)信號(hào)控制，但液位開關(guān)無法保證100%正常動(dòng)作，誤動(dòng)或拒動(dòng)都會(huì)引起一些問題，比如備用泵不啟動(dòng)、不停止等。
2.2后續(xù)檢查、試驗(yàn)、處理過程發(fā)現(xiàn)的問題
（1諾潤(rùn)滑油控制系統(tǒng)PLC死機(jī)或故障導(dǎo)致CPU停止運(yùn)行，PLC無法繼續(xù)發(fā)出啟動(dòng)潤(rùn)滑油泵的開關(guān)量輸出信號(hào)，潤(rùn)滑油泵會(huì)自動(dòng)停止，備用泵也不會(huì)啟動(dòng)，無法保證機(jī)組的潤(rùn)滑油供給，不利于機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行；
(2)由于“潤(rùn)滑油泵運(yùn)行／停止”等信號(hào)均通過485通訊方式送至監(jiān)控上位機(jī)，若潤(rùn)滑油控制系統(tǒng)PLC死機(jī)或故障，通訊送至上位機(jī)的狀態(tài)信號(hào)會(huì)保持死機(jī)或故障前的狀態(tài)，如PLC死機(jī)后潤(rùn)滑油泵停止運(yùn)行，但監(jiān)控信號(hào)仍然指示“潤(rùn)滑油泵運(yùn)行”，會(huì)對(duì)運(yùn)行人員造成誤導(dǎo)，無法做出正確的判斷和處理。
3改造方案
3.1 改造方案的確定
針對(duì)以上問題進(jìn)行仔細(xì)檢查、分析，最終確定如下方案：
(1)如圖1所示，現(xiàn)有油泵控制回路電源為柜內(nèi)交流220V，與油泵動(dòng)力電源互相獨(dú)立，因此只要有啟泵的開關(guān)量輸出信號(hào)存在，無論動(dòng)力電源是否有電，油泵接觸器就會(huì)一直保持吸合，并指示“油泵運(yùn)行”（“油泵運(yùn)行／停止”信號(hào)取自油泵接觸器輔助接點(diǎn)）。
圖1中粗實(shí)線及保險(xiǎn)（A-B線段）為修改后的控制電源接線，即將油泵控制回路電源改至該油泵電源斷路器下側(cè)，這樣若油泵動(dòng)力電源消失，控制回路也會(huì)失電，接觸器無法吸合，并送出“油泵停止”信號(hào)到柜體指示燈及PLC，正確、直觀的反映設(shè)備實(shí)際狀態(tài)，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)，有利于運(yùn)行人員做出正確的判斷、采取積極適當(dāng)?shù)奶幚泶胧?
(2)從機(jī)組監(jiān)控LCU柜取高位油箱油位模擬量信號(hào)送至潤(rùn)滑油控制柜PLC，在潤(rùn)滑油控制程序中做如下修改：根據(jù)潤(rùn)滑油泵啟、停液位開關(guān)量動(dòng)作定值設(shè)置模擬量判據(jù)（模擬量啟泵值略低于開關(guān)量啟泵值，停泵值略高于開關(guān)量停泵值，模擬量作為開關(guān)量信號(hào)的備用），輸出至中間繼電器，該中間繼電器與開關(guān)量信號(hào)并聯(lián)來控制潤(rùn)滑油備用泵的啟、停。只要開關(guān)量或模擬量中間繼電器任何一個(gè)動(dòng)作，都能控制備用泵啟、停，這樣就實(shí)現(xiàn)了潤(rùn)滑油泵的模擬量、開關(guān)量雙路控制，可提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，如圖2所示。
3.2修改接線
(1)修改所有油泵（兩臺(tái)潤(rùn)滑油泵、兩臺(tái)高壓油泵）控制電源接線改為如圖1粗實(shí)線所示，并加入1A的玻璃管保險(xiǎn)（圖1中FU1），方便需要時(shí)切斷控制電源及故障時(shí)互相隔離、保護(hù)。
(2)將所有“油泵運(yùn)行”信號(hào)從各自接觸器輔助接點(diǎn)引出，引至柜內(nèi)增加的端子排XBAK(如圖1所示)，重新敷設(shè)電纜，送至機(jī)組LCU開關(guān)量輸入端子，機(jī)組LCU增加開入量通道，在機(jī)組LCU、上位機(jī)畫面做修改，將有關(guān)潤(rùn)滑油泵運(yùn)行狀態(tài)的點(diǎn)全部重新做動(dòng)態(tài)鏈接到開關(guān)量，保證上位機(jī)也能準(zhǔn)確顯示潤(rùn)滑油泵工作狀態(tài)，方便運(yùn)行人員判斷。
3.3修改PLC程序
(1)設(shè)開關(guān)量啟動(dòng)備用泵油位為1000mm，將模擬量設(shè)置為984mm；開關(guān)量停止備用泵油位為1350mm，將模擬量設(shè)置為1360mm，模擬量動(dòng)作略滯后于開關(guān)量的動(dòng)作。以開關(guān)量控制為主，模擬量作為開關(guān)量的輔助參與控制。
(2)將開關(guān)量輸出模塊各通道狀態(tài)均改為“HoldLast”（即：若PLC死機(jī)，所有通道保持死機(jī)前狀態(tài)），即使PLC死機(jī)或故障停止運(yùn)行，開關(guān)量輸出仍然保持死機(jī)或故障前的狀態(tài)。
3.4模擬試驗(yàn)：
(1)切除所有油泵動(dòng)力電源，油泵控制方式置“手動(dòng)”，手動(dòng)啟動(dòng)油泵，接觸器不吸合，指示燈及上位機(jī)均指示“油泵停止”；油泵控制方式置“自動(dòng)”，遠(yuǎn)方發(fā)令啟動(dòng)油泵，指示燈及上位機(jī)均指示“油泵停止”。
試驗(yàn)結(jié)果：若油泵動(dòng)力電源失電，油泵接觸器不吸合，油泵運(yùn)行狀態(tài)指示正確。
(2)將備用泵啟、停開關(guān)量信號(hào)接線甩開，試驗(yàn)?zāi)M量是否可以控制備用泵啟、停。
兩臺(tái)油泵“自動(dòng)”，切除主用泵電源，模擬主用泵工作信號(hào)，打開潤(rùn)滑油電動(dòng)蝶閥使高位油箱油位下降，當(dāng)油位下降至模擬量啟動(dòng)備用泵油位時(shí)備用泵啟動(dòng)，高位油箱油位開始上升；當(dāng)油位上升至模擬量停止備用泵油位時(shí)備用泵停止。
試驗(yàn)結(jié)果：模擬量可以正常控制潤(rùn)滑油備用泵啟、停。
(3)將備用泵啟、停開關(guān)量信號(hào)接線重新接人，試驗(yàn)?zāi)M量、開關(guān)量動(dòng)作的先后順序。
用電腦連接CPU，在線觀察模擬量中間繼電器、開關(guān)量動(dòng)作情況。兩臺(tái)油泵“自動(dòng)”，切除主用泵電源并模擬主用泵工作信號(hào)，打開潤(rùn)滑油電動(dòng)蝶閥使高位油箱油位下降，當(dāng)油位下降至啟動(dòng)備用泵油位時(shí)開關(guān)量先動(dòng)作，模擬量中間繼電器無變化，備用泵啟動(dòng)，高位油箱油位開始上升；當(dāng)油位上升至停止備用泵油位時(shí)開關(guān)量先動(dòng)作，模擬量繼電器無變化，備用泵停止。
試驗(yàn)結(jié)果：開關(guān)量先于模擬量動(dòng)作，符合改造方案設(shè)計(jì)。
(4)模擬PLC死機(jī)或故障導(dǎo)致CPU停止運(yùn)行，檢查系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)：
手動(dòng)在PLC的CPU模塊將運(yùn)行開關(guān)從“RUN'’撥至“STOP'’，使CPU停止運(yùn)行，啟潤(rùn)滑油泵開關(guān)量輸出信號(hào)未消失，潤(rùn)滑油泵運(yùn)行正常，送至機(jī)組LCU和上位機(jī)的潤(rùn)滑油泵運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)正確。
4結(jié)論
本次改造及之后的試驗(yàn)結(jié)果符合方案預(yù)期要求，主要解決了以下問題：
(1)若油泵動(dòng)力電源消失，不會(huì)誤發(fā)“油泵運(yùn)行”信號(hào)，保證了潤(rùn)滑油系統(tǒng)運(yùn)行過程中指示信號(hào)、報(bào)警信號(hào)的準(zhǔn)確性，真實(shí)反映設(shè)備實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。
(2)模擬量信號(hào)作為開關(guān)量信號(hào)的備用，共同控制潤(rùn)滑油備用泵啟、停，潤(rùn)滑油控制系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性大大提高。
(3)若機(jī)組運(yùn)行時(shí)PLC死機(jī)或故障，潤(rùn)滑油泵可繼續(xù)保持運(yùn)行，即使高位油箱油位持續(xù)下降，也留出了足夠的時(shí)間進(jìn)行故障處理，增強(qiáng)了機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性。
