楊 秀 偉

（哈爾濱電機廠有限責任公司，哈爾濱 150040）

引言

油壓裝置是為水輪發(fā)電機組調(diào)速系統(tǒng)、進水閥操作系統(tǒng)、機組自動控制系統(tǒng)供給壓力能源的裝置，是控制和調(diào)速系統(tǒng)中的重要設備之一。

水輪機組油壓裝置的作用是為機組提供安全、可靠、穩(wěn)定的壓力油源，以實現(xiàn)水輪發(fā)電機組的開停機、頻率和負荷調(diào)節(jié)。水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)油壓裝置運行的可靠性、穩(wěn)定性直接關系到主設備的安全和發(fā)電的質量，油壓裝置自動化控制的可靠性是機組安全穩(wěn)定運行的保證。為保證機組完成自動化操作，油壓裝置進行自動控制就顯得尤為重要。本文主要講述油壓裝置控制系統(tǒng)的軟、硬件的構成及功能的實現(xiàn)等。

1 油壓裝置的結構及工作原理

1.1 油壓裝置的構成

本油壓裝置采用分離式結構，機械液壓系統(tǒng)圖如圖1所示，液壓系統(tǒng)由回油箱總裝、壓力罐總裝組成。

回油箱總裝由回油箱箱體、兩套電機泵組、組合閥、液位計、空氣濾清器、閥門和管路附件等組成。

壓力油罐總裝是由壓力油罐本體和安裝在罐體上的壓力表、壓力開關、壓力變送器、旁路磁翻柱液位計、空氣安全閥及自動補氣裝置等組成。

1.2 油壓裝置的工作原理

油壓裝置和用油設備組成一個封閉的循環(huán)油路。回油箱上有兩套相同的電機泵組，當機組在運行工況時，一臺油泵做連續(xù)或間斷運行，另一臺做為備用。主用油泵可根據(jù)壓力罐內(nèi)油壓及液位的變化啟動或停止，它們也可以輪換作為主、備用。在正常運行時，當壓力罐內(nèi)壓力降到6.1MPa時，啟動主用泵從回油箱清潔油區(qū)吸油送到壓力油罐，當壓力達到6.3MPa時停泵。當壓力罐輸出油量大于主用泵輸油量或主用泵未能在6.1MPa時啟動，致使罐內(nèi)壓力繼續(xù)下降，當降至5.8MPa時，啟動備用泵，當罐內(nèi)壓力升至6.3MPa時，停止主、備用泵。系統(tǒng)中的回油返回回油箱臟油區(qū)，通過過濾網(wǎng)過濾后進入箱內(nèi)凈油區(qū)，以備投入下一輪循環(huán)。

壓油罐內(nèi)的油氣體積比為1：2，為了保證壓力罐內(nèi)油氣比例，壓力油罐上裝有自動補氣裝置，當壓力油罐內(nèi)的油位達到上限，而壓力又降至6.0MPa以下，則自動補氣裝置動作向罐內(nèi)補氣，直到壓力達到6.4MPa或油位降至下限油位，停止補氣。

2 油壓裝置控制系統(tǒng)的設計

2.1 控制系統(tǒng)設計方案

本系統(tǒng)采用以油壓控制為主、油位控制為輔的方式。由PLC根據(jù)壓力油罐和回油箱自動化元件所提供的壓力、油位信號對油泵、組合閥、自動補氣裝置等進行控制，實現(xiàn)自動補氣控制以及油泵控制，從而使壓力油罐內(nèi)的油壓、油位保持在正常范圍內(nèi)，同時PLC根據(jù)回油箱自動化元件所提供的油位信號對自動添油裝置進行控制，保證回油箱油位正常，使整個水輪機組得以正常運行。

圖1 油壓裝置機械液壓系統(tǒng)圖

控制裝置采用現(xiàn)地自動控制為主，現(xiàn)地手動控制為輔的控制原則?？刂品绞接稍O在控制屏上的控制開關設定，控制開關設“自動”、“手動”兩個位置。

（1）控制開關在“自動”位置時，由PLC根據(jù)每臺設備的運行次數(shù)自動輪換其工作／備用方式；當設備發(fā)生故障時，PLC自動識別，切除故障并報警，同時由PLC控制啟動備用設備，維持系統(tǒng)正常工作。

（2）控制開關在“手動”位置時，可不經(jīng)PLC直接控制油泵的啟、停。只能由操作人員現(xiàn)地手動啟停對應油泵，便于設備調(diào)試及在特殊情況下的手動操作處理。

2.2 控制系統(tǒng)的硬件設計

油壓裝置控制系統(tǒng)由油壓裝置控制柜及油泵啟動柜組成。

油壓裝置控制柜主要負責各個子系統(tǒng)的控制，考慮到對輸入輸出的要求及系統(tǒng)模塊的擴展，油壓裝置控制柜選用 Schneider M340可編程控制器進行數(shù)據(jù)的處理，Schneider M340可編程控制器具有體積小、擴展模塊類型多、可實現(xiàn)modbus通訊等特點。該系統(tǒng)用了24個離散輸入點、4個模擬輸入點、24個離散輸出點，PLC硬件組態(tài)見表1。Schneider M340可編程控制器在實現(xiàn)油壓裝置的運行和管理的同時，還將運行結果反饋給PLC進行智能判斷，形成閉環(huán)控制。并將故障信息和相關的采樣數(shù)據(jù)等傳送到遠程LCU上，以便于系統(tǒng)分析、運行管理和維護。

表1 硬件組態(tài)表

油泵啟動柜主要由油泵的控制回路（手動和自動）和主回路組成，為了保證油壓裝置工作的可靠性，裝有2臺螺桿泵，1臺為工作油泵，另1臺為備用油泵，當機組在運行工況時，一套油泵做間斷運行，另一臺做為備用。為了延長油泵電機的使用壽命，油泵電機的啟?？刂撇捎檬┠偷鹿镜腁TS-48系列軟啟動器；當2臺壓油泵都設置為自動方式時，由PLC完成2臺泵的工作／備用方式設置和切換和啟?？刂啤?/p>

2.3 控制系統(tǒng)軟件設計

控制系統(tǒng)的軟件是基于Schneider的Unity Pro應用程序開發(fā)的。根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，本系統(tǒng)分為啟泵子程序、停泵子程序和補氣子程序，主用泵選擇子程序，自動添油子程序，故障處理子程序等五個功能子程序，系統(tǒng)控制流程如圖2所示。根據(jù)各個工況的 不同控制要求，主要完成以下幾項功能：

圖2 主程序流程圖

（1）壓力的控制：壓力罐內(nèi)的壓力應保持在6.1～6.3MPa之間，當壓力發(fā)生變化時，對油泵以及自動補氣裝置進行控制，以保持壓力罐內(nèi)的壓力在合理的范圍內(nèi)，保證機組的正常運行。

（2）自動補氣控制：壓油罐內(nèi)的油氣體積比為1：2，當壓力油罐內(nèi)的油位達到上限，而壓力又降至6.0MPa以下，則自動補氣裝置動作向罐內(nèi)補氣，直到壓力達到6.3MPa或油位降至下限油位，停止補氣。

（3）油泵的控制：為了保證壓力罐壓力正常，本系統(tǒng)設有兩臺油泵，互為主備用，且泵間歇運行，壓力<6.1MPa時，啟動主用油泵；壓力<5.8MPa時，啟動輔助泵；當壓力低于事故低油壓壓力時，發(fā)出事故停機信號。根據(jù)泵的運行時間，兩臺泵輪流作為主用泵啟動。

（4）回油箱油位控制：回油箱油位低時，油位低開關動作自動添油，當油量加到正常位置時，它的回油箱油位正常壓力開關接點閉合，關閉自動添油裝置。

3 結束語

本系統(tǒng)采用油壓、液位雙重控制方案，提高了系統(tǒng)的可靠性；實現(xiàn)定期自動“倒泵”，保證每臺油泵年運行小時數(shù)相等，避免了使用率不均而造成部分油泵過磨損或因長期不用而卡澀。采用軟啟動器，解決了由于油泵啟動沖擊而引起的電氣、機械故障等問題。

本系統(tǒng)是按照“無人值班，少人值守”的要求進行設計，因此對輔助設備的自動化程度要求較高，PLC和現(xiàn)場總線在水電廠控制系統(tǒng)中的應用提高了輔助設備控制系統(tǒng)的自動化程度。節(jié)省了投資費用，給電廠工作人員的運行、維護帶來了很大的方便。

該系統(tǒng)已用于安徽響水澗，云南功果橋等多個電站，實際應用證明該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，可靠性很高。

[1]Modicon M340編程手冊[S]．施奈德電氣公司．

[2]Unity Pro語言和程序結構[S]．施奈德電氣公司，2006（11）．