【摘要】丹江口水電站壓油裝置采用的是北京碩宇新技術(shù)研究所研制的交流電機固態(tài)控制器SGK-100AL，設(shè)備的控制部分由主監(jiān)控系統(tǒng)承擔(dān)。由于元器件嚴(yán)重老化且相關(guān)備件已停產(chǎn)，嚴(yán)重威脅到機組的安全穩(wěn)定運行，于是進行改造，改造后的壓油裝置現(xiàn)地控制設(shè)備采用西門子S7-200型PLC為控制核心，不僅解決了傳統(tǒng)油泵電機控制回路存在的安全隱患而且實現(xiàn)了自動補氣功能。

【關(guān)鍵詞】S7-200；PLC；油壓；油位；補氣

1.引言

丹江口水電站位于湖北省丹江口市漢江與其支流丹江匯合口下游800m處，擔(dān)負(fù)著防洪、發(fā)電、航運三大職能，因水質(zhì)優(yōu)良而成為南水北調(diào)中線工程的水源地。丹江口水電站裝設(shè)有6臺15萬kW混流式水輪發(fā)電機組，總?cè)萘繛?0萬kW，年平均發(fā)電量38.3億kW·h。自1968年第一臺機組投產(chǎn)發(fā)電以來，就擔(dān)負(fù)著華中電網(wǎng)的調(diào)峰、調(diào)頻、事故備用任務(wù)，現(xiàn)由湖北電網(wǎng)調(diào)度。從1992年開始，丹江口水電站著手實施6臺機組的增容改造，截止2013年4月已完成6臺機組增容，改造后的機組總裝機容量將達到105萬kW。

壓油裝置是水電站水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)中不可缺少的重要輔助設(shè)備，由它產(chǎn)生并貯存高壓油，提供調(diào)速器操作所需要的壓力油，是機組啟動、停機、調(diào)節(jié)負(fù)荷的動力能源。壓油裝置的可靠運行是機組實現(xiàn)自動控制的必備條件，是發(fā)電機組安全穩(wěn)定運行的保證。

PLC全稱可編程控制器，它將傳統(tǒng)的繼電器控制技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)融為一體，因其功能強、可靠性高、體積小、維護方便，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制領(lǐng)域。本文主要討論S7-200型PLC在丹江口水電站壓油裝置中的應(yīng)用。

2.改造前設(shè)備概況

2.1 設(shè)備概況

丹江口水電站壓油裝置控制系統(tǒng)原為北京碩宇新技術(shù)研究所研制的交流電機固態(tài)控制器SGK-100AL，受控設(shè)備為2臺油泵，2個卸載閥。工作過程為監(jiān)控現(xiàn)地控制單元（LCU）接收壓油罐電接點壓力表的起泵和停泵信號，經(jīng)過內(nèi)部控制流程分析判斷，通過繼電器開出來控制固態(tài)控制器（SGK）中可控硅的通斷，由此來啟動或停止油泵電機，使壓油罐壓力恒定，壓油罐油位保持正常。當(dāng)現(xiàn)地控制單元故障時，油泵控制權(quán)自動切換到機組順控裝置（PLC），由PLC來完成油泵的起?？刂?。

2.2 改造原因

（1）設(shè)備已運行17年，SGK元器件嚴(yán)重老化，相關(guān)備品備件已經(jīng)不再生產(chǎn)。

（2）近年來設(shè)備故障頻繁且呈上升趨勢，維護工作量大。

（3）部分壓力表接點粘連造成信號動作或復(fù)歸時接點抖動，影響I/O模件正常工作。

（4）監(jiān)控系統(tǒng)承擔(dān)著設(shè)備的控制任務(wù)，一旦監(jiān)控系統(tǒng)癱瘓，壓油裝置將無法正常工作。

（5）不具備遠方監(jiān)視油壓、油位測量值功能。

（6）不具備自動補氣功能，需運行人員手動進行補氣。

綜合以上原因廠里決定在機組檢修期間對壓油裝置進行更新改造，鑒于PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用和良好的用戶口碑，新的壓油裝置采用西門子S7-200型可編程控制器，改造后的壓油裝置與電站主監(jiān)控分離擁有自己獨立的控制系統(tǒng)。

3.S7-200型PLC壓油裝置控制系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（如圖1所示）

改造后的壓油裝置現(xiàn)地控制設(shè)備采用西門子S7-200型PLC為控制核心，通過2臺ABB軟啟動器實現(xiàn)電機的啟動和停止。自動化采集元件由油壓變送器、油位變送器、壓力開關(guān)和液位開關(guān)組成，模擬量與開關(guān)量雙路控制，這種并聯(lián)冗余配置提高了檢測信號的可靠性。自動化采集元件將油壓和油位信息送至PLC，由PLC對采集到的數(shù)據(jù)進行計算和處理，根據(jù)控制程序中所設(shè)定的參數(shù)實現(xiàn)壓油裝置的自動控制，同時將運行結(jié)果反饋給PLC進行智能判斷，形成閉環(huán)控制。壓油裝置裝設(shè)有2臺電機，1臺為主用泵，1臺為備用泵，PLC自動進行主備輪換的判斷，并將泵的主用值、設(shè)備的運行狀態(tài)和報警信息顯示在壓油裝置現(xiàn)地控制設(shè)備的觸摸屏上，授權(quán)用戶可在觸摸屏上對相應(yīng)定值進行設(shè)定。

設(shè)備運行過程中有故障信號，現(xiàn)地控制單元對應(yīng)的報警燈會點亮，同時PLC將故障信號送至監(jiān)控LCU，通過監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)將壓油裝置的運行情況送至中央控制室，實現(xiàn)設(shè)備的遠程監(jiān)視。同時在監(jiān)控LCU的觸摸屏上也能觀察到設(shè)備的運行情況。

圖1 壓油裝置控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.2 系統(tǒng)自動化元件配置及工作原理

（1）壓力變送器

型號：PTSS11-21

電源：24VDC

量程：0～4Mpa

輸出：4～20mA

精度：0.2

（2）油位變送器

型號：PDT21-10-TV

電源：24VDC

量程：0～10kpa

輸出：4～20mA

精度：0.2

油壓/油位變送控制器將4～20mA的模擬量信號送至PLC的模擬量模塊，由PLC進行模擬量的計算和處理，然后將處理過的油壓、油位模擬量信號送至監(jiān)控現(xiàn)地控制單元LCU。PLC根據(jù)控制程序中設(shè)定的壓力值和油位值對油泵電機及自動補氣裝置進行控制。

模擬量輸入量程的具體設(shè)值見表1。

表1 模擬量輸入量程設(shè)值

零點AD量程AD顯現(xiàn)零點顯現(xiàn)量程

油罐壓力6395321120Mpa4Mpa

油罐油位6426320600米1米

（3）壓力開關(guān)

型號：YZVXC150B

量程：0～4kpa

精度：1.6

（4）磁翻板及液位開關(guān)

磁翻板型號：EF316C1H216-1080GM

環(huán)境溫度：-10℃～140℃

長度：1080mm

法蘭：DN25PN4.0

液位開關(guān)型號：EFB-1420

壓力開關(guān)、液位開關(guān)采集的是開關(guān)量。原電接點壓力表受外界振動環(huán)境影響，定值會偏移，更換的注油式壓力表經(jīng)過幾個月的運行，狀況穩(wěn)定。壓力開關(guān)（電接點壓力表）、液位開關(guān)根據(jù)功能不同進行相應(yīng)定值設(shè)定，當(dāng)壓力或油位達到相應(yīng)值時，接點閉合發(fā)出信號至PLC進行判斷從而實現(xiàn)對油泵及自動補氣裝置的控制。

壓力變送器和壓力開關(guān)的具體設(shè)值見表2所示。

表2 壓力變送器和壓力開關(guān)的設(shè)定值

主動啟用備用啟動停止自動壓力過高手動壓力過高低油壓停機

2.32.252.52.552.651.65

3.3 油泵控制

由ABB軟啟動器直接驅(qū)動油泵的啟動和停止。當(dāng)油壓降低到工作壓力下限值2.3Mpa時，啟動主用泵向壓力油罐供油，油壓恢復(fù)到工作壓力上限值2.5Mpa時，油泵停止工作。在啟用主用泵工作的情況下，此時如果主用泵發(fā)生故障，或者調(diào)速系統(tǒng)需連續(xù)供油等原因，使壓力油罐內(nèi)油壓繼續(xù)降低到低于工作油壓下限2.25Mpa時，啟動備用泵向壓力油罐供油，直至壓力油罐內(nèi)油壓達到工作壓力上限2.5Mpa時，主用泵和備用泵停止工作。當(dāng)壓力低于1.65Mpa時向監(jiān)控發(fā)“低油壓停機”信號，同時監(jiān)控系統(tǒng)啟動低油壓事故停機流程，事故停機。

3.4 壓力過高脫扣

自動狀態(tài)下當(dāng)壓力超過2.55Mpa時由PLC流程開出信號驅(qū)動跳閘繼電器同時跳2臺泵軟啟電源空開，并發(fā)“油壓過高”信號。手動狀態(tài)為避免人為疏忽造成壓力過高異?，F(xiàn)象，回路設(shè)計當(dāng)壓力達到2.65Mpa時直接驅(qū)動軟啟空開跳閘線圈脫扣，切斷油泵電機工作電源。

4.壓油裝置控制系統(tǒng)運行方式

油泵的工作方式分為三種情況：兩臺泵都在手動控制狀態(tài)，兩臺泵都在自動控制狀態(tài)，一臺泵在手動控制狀態(tài)另一臺泵在自動控制狀態(tài)。控制方式由控制開關(guān)把手設(shè)定。控制開關(guān)有自動、切除、手動三個位置。

（1）都為手動：2臺泵控制把手切至“手動”位置，由操作人員現(xiàn)地手動啟動停止相對應(yīng)油泵。

（2）都為自動：2臺泵控制把手切至“自動”位置，由PLC控制泵的動作，包括啟動主用、啟動備用、主備輪換。

在PLC程序中設(shè)定主用泵和備用泵一次一輪換運行。只要處于自動條件下的兩個泵同時停止，便可交換主用編號，為下一次啟動做準(zhǔn)備。

（3）一手動一自動：PLC僅對工作在自動方式的泵進行控制，包括啟動主用、啟動備用，在此情況下主備輪換無效。

每進行一次手、自動切換由PLC程序內(nèi)部判斷并將各種信號復(fù)位。當(dāng)選擇開關(guān)置于切除位置時，油泵立即停止運行。

5.結(jié)束語

PLC在丹江口水電站壓油裝置控制系統(tǒng)中的應(yīng)用提高了設(shè)備的綜合自動化水平，解決了原壓油裝置存在的安全隱患，完善了設(shè)備功能，自2012年8月投運以來，設(shè)備運行情況良好，故障率低，維護方便，充分滿足生產(chǎn)實際需要，是發(fā)電機組安全穩(wěn)定運行的保證，值得在水電站主、輔設(shè)備中廣泛推廣應(yīng)用。

作者簡介：劉燕（1981—），女，工程師，研究方向：水電廠監(jiān)控系統(tǒng)及自動化控制。