摘要：簡要介紹了宣平溪二級(jí)水電站采用電動(dòng)蝶閥在設(shè)備改造中的應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)，功能達(dá)到自動(dòng)、保護(hù)效果好，運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠、經(jīng)濟(jì)，實(shí)現(xiàn)電站操作自動(dòng)化管理、取得了很好的效果。

關(guān)鍵詞：PLC控制；蝶閥改造；結(jié)構(gòu)；效果

1 工程概況

宣平溪二級(jí)水電站為引水式電站，1992年并網(wǎng)發(fā)電，電站裝機(jī)容量6400KW（2×3200 KW），多年平均發(fā)電量1828萬KWh。設(shè)計(jì)水頭83.5米，設(shè)計(jì)流量9.54m3/s。水庫為母子庫形式布置，總庫容為3675萬m3，集雨面積92.2Km2。其中：母庫內(nèi)庵水庫集雨面積57Km2，總庫容為2950萬m3；子庫青嶺水庫集雨面積35.2Km2，總庫容為725萬m3。母子庫間用連通隧洞貫通，連通隧洞長1648米，洞徑 2米。主要水工建筑物有：內(nèi)庵水庫大壩，青嶺水庫大壩，發(fā)電引水隧洞、水庫連通隧洞、引水隧洞進(jìn)口閘門啟閉設(shè)備，攔污柵，發(fā)電廠房等。是一座以發(fā)電為主，兼顧防洪、灌溉、供水等綜合利用的水利工程。

2 存在問題

電站原在于1991年新建時(shí)裝有二臺(tái)水輪機(jī)進(jìn)水口主閥型號(hào)為JZH00/￠1250×16空氣圍帶式蝴蝶閥，它采用常規(guī)繼電器控制電磁閥結(jié)構(gòu)的蝴蝶閥油壓控制系統(tǒng)，擔(dān)負(fù)著機(jī)組的后備保護(hù)及機(jī)組事故處理及互備檢修開啟和關(guān)閉水輪機(jī)進(jìn)水閥任務(wù)，對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行有著關(guān)鍵性的作用。二級(jí)電站1#、2#水輪機(jī)組進(jìn)水蝴蝶閥于1992年11月投入運(yùn)行，歷經(jīng)19年長期運(yùn)行，使蝴蝶閥的控制操作機(jī)構(gòu)各電磁閥及主接力器磨損滲漏油嚴(yán)重，形響開關(guān)閥動(dòng)作，有時(shí)就因活塞卡阻使蝴蝶閥不能開啟或關(guān)閉，現(xiàn)已達(dá)不到水電站微機(jī)自動(dòng)化的控制要求，存在著一定的缺陷和安全隱患，影響著機(jī)組的安全運(yùn)行，亟待更新改造。

原水輪機(jī)進(jìn)水口主閥型號(hào)為JZH00/￠1250×16空氣圍帶式蝴蝶閥其控制原理如下圖所示：

蝴蝶閥控制操作系統(tǒng)采用常規(guī)繼電器和油壓控制，操作油壓為16KG/C㎡，配有專用液壓操作的油壓裝置，壓力油灌、油泵、電動(dòng)機(jī)（7.5KW），液壓操作柜，接力器各兩臺(tái)，1.1 KG/C㎡空壓機(jī)、儲(chǔ)氣灌等操作系統(tǒng)。其控制操作過程復(fù)雜且故障多，與水電站實(shí)行自動(dòng)化的要求差距較大，動(dòng)作過程是，開閥；總供油閥開啟、操作操制開關(guān)50KA、51KA或41JQJ2發(fā)開閥令——開啟繼電器51HKJ勵(lì)磁動(dòng)作——空氣圍帶放氣51DCFG勵(lì)磁動(dòng)作、同時(shí)旁通閥開啟及鎖定撥出52DPK勵(lì)磁動(dòng)作——蝸殼充滿水51YLX動(dòng)作——四通滑閥及接力器開啟51DPK勵(lì)磁動(dòng)作——蝶閥開啟、同時(shí)紅色指示燈HD亮——開啟繼電器51HKJ復(fù)歸——總供油閥、旁通閥關(guān)閉及鎖定投入52DPG 勵(lì)磁動(dòng)作開閥結(jié)束。關(guān)閥：總供油閥開啟、操作操制開關(guān)50GA、51GA或41JTJ發(fā)關(guān)閥令——關(guān)閉繼電器51HGJ勵(lì)磁動(dòng)作——旁通閥開啟及鎖定撥出51DPK勵(lì)磁動(dòng)作、同時(shí)四通滑閥及接力器開啟51DPK勵(lì)磁動(dòng)作——蝶閥關(guān)閉——同時(shí)綠色指示燈LD亮、空氣圍帶充氣51DCFK勵(lì)磁動(dòng)作、關(guān)閉繼電器51HGJ復(fù)歸——總供油閥、旁通閥關(guān)閉及鎖定投入52DPG勵(lì)磁動(dòng)作關(guān)閥結(jié)束。因此蝶閥控制操作較復(fù)雜且頻繁，其操作系統(tǒng)的繼電器回路工作量也大，且容易產(chǎn)生的故障點(diǎn)也較多，直接影響其檢修周期和使用壽命，液壓系統(tǒng)的油（透平油）損耗也較大，一旦繼電器失靈或操作失誤蝶閥空氣圍帶就會(huì)被拉破，空氣圍帶的使用壽命也有限（一般一至二年需更換），一套空氣圍帶成本就3000元，檢修費(fèi)用較高、且調(diào)換的難度、工作量都很大，所以對(duì)進(jìn)水蝴蝶閥的更造很有必要。

3 改造方案設(shè)計(jì)

隨著社會(huì)發(fā)展和水電站實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控自動(dòng)化、上等級(jí)上臺(tái)階要求、一些新技術(shù)新工藝新材料廣泛應(yīng)用于水電站中。根據(jù)宣平溪二級(jí)水電站的實(shí)際情況，通過技術(shù)資詢和市場了解，目前市場上適應(yīng)水電站使用的蝴蝶閥最先進(jìn)的是金屬硬密封蝶閥，該閥為三維偏心金屬硬密封結(jié)構(gòu)，密封型式為金屬對(duì)金屬密封，可調(diào)換的金屬密封圈對(duì)金屬密封，不銹鋼板與石墨復(fù)合板密封圈對(duì)金屬密封。所以在高溫高壓工況下，仍具有穩(wěn)定的密封性能。驅(qū)動(dòng)方式采用電動(dòng)操作，同時(shí)旁通閥也采用三維偏心金屬硬密封結(jié)構(gòu)的電動(dòng)蝶閥。閥門電氣控制箱選用與計(jì)算機(jī)接口互聯(lián)同步的PLC可編程控制器自動(dòng)控制方式，為下一步電站實(shí)現(xiàn)微機(jī)自動(dòng)化改造相配套。經(jīng)過多方調(diào)查分析、論證，決定采用電動(dòng)式新型三偏心金屬硬密封的電動(dòng)式蝴蝶閥，為此：由水電站自已提供生產(chǎn)圖紙，委托專業(yè)生產(chǎn)水電站的動(dòng)水閥門生產(chǎn)廠家負(fù)責(zé)生產(chǎn)。其主閥型號(hào)確定為：D943H-16C 通徑￠1300MM，旁通閥確定型號(hào)為：D943H-16C 通徑￠150MM，蝴蝶閥的電動(dòng)裝置采用楊州電力設(shè)備修造廠生產(chǎn)蝶閥用DZW350型和旁通閥用DQW60型兩種電動(dòng)裝置。電氣控制柜采用西門子PLC可編程控制器控制，它具有遠(yuǎn)/近控制切換，自動(dòng)手動(dòng)控制切換，過載保護(hù)，力矩保護(hù)，數(shù)椐傳輸?shù)裙δ?。與水電站微機(jī)監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)的通信相配套。其主要控制方式為：由轉(zhuǎn)換開關(guān)SA1可選擇遠(yuǎn)程、本地、手動(dòng)三種操作，由轉(zhuǎn)換開關(guān)SA2可選擇聯(lián)動(dòng)、開主閥、開旁通閥三種控制方式，選擇遠(yuǎn)程聯(lián)動(dòng)則由微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)后臺(tái)發(fā)出開、關(guān)閥命令，選擇本地聯(lián)動(dòng)則由本地一鍵發(fā)出開、關(guān)閥命令，選擇手動(dòng)則由本地進(jìn)行調(diào)試開、關(guān)主閥、旁通閥調(diào)試操作時(shí)用，它具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，保護(hù)可靠、動(dòng)作靈敏，安全穩(wěn)定等特點(diǎn)。其控制動(dòng)作邏輯和控制原理接線如下圖所示：

它的控制程序?yàn)椋哼x擇遠(yuǎn)程聯(lián)動(dòng)操作，開閥由PC發(fā)開閥命令——檢查導(dǎo)葉是否全關(guān)位置——先開旁通閥——旁通閥全開——鍋殼沖水是否平壓——得到是平壓信號(hào)——發(fā)開主閥命令——主閥代全開位置——發(fā)關(guān)旁通閥命令——旁通閥全關(guān)位置——開閥結(jié)束，如果鍋殼沖水得不到是平壓信號(hào)——?jiǎng)t等待300秒來判斷平壓信號(hào)——如否平壓——開閥失敗——發(fā)出故障報(bào)警。關(guān)閥由PC發(fā)關(guān)閥命令——先開旁通閥——旁通閥全開——發(fā)關(guān)主閥30秒命令——主閥停30秒主閥關(guān)至全關(guān)位置——發(fā)關(guān)旁通閥命令——旁通閥全關(guān)——關(guān)閥結(jié)束。本地聯(lián)動(dòng)則由手動(dòng)按鈕發(fā)出開閥或者關(guān)閥命令，操作程序與遠(yuǎn)程相同。如果調(diào)試時(shí)操作，則把切換開關(guān)撥到主閥或旁通閥位置，按開主閥按鈕——先檢查鍋殼沖水是否平壓信號(hào)——開主閥命令——主閥全開位置——開閥結(jié)束。如果中途需要停等，則按停閥按鈕立即停。關(guān)閥操作也基本與開閥相同。同時(shí)與水電站微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)配有RS485的通信接口，與監(jiān)控系統(tǒng)后臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換通信。這樣操作簡單又方便，大大減少了運(yùn)行值班人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

4. 施工安裝

整個(gè)進(jìn)水蝴蝶閥及液壓控制系統(tǒng)的拆除，新電動(dòng)蝶閥及電氣控制線路的安裝全部由本電站的技術(shù)及檢修人員承擔(dān)，從2008年11月24日開始到12月14日調(diào)試結(jié)束，一為電站節(jié)省了安裝費(fèi)用，二也提高了電站的技術(shù)及檢修人員實(shí)際操作安裝技術(shù)水平。

4.1安裝的注意事項(xiàng)

4.1.1安裝環(huán)境

為了保證可編程控制器工作的可靠性，盡可能延長其使用壽命，在安裝時(shí)一定要注意周圍的環(huán)境，溫度在5——50度之間，相對(duì)溫度在35%——38%范圍之內(nèi)，周圍無易燃和腐蝕性氣體，無過量的灰塵和金屬微粒，避免過度的振動(dòng)和沖擊。

4.1.2注意事項(xiàng)

除滿足以上環(huán)境條件外，安裝時(shí)還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1可編程控制器的所有單元必須在斷電時(shí)安裝和拆卸。

2為防止靜電對(duì)可編程控制器主件的影響，在接觸可編程控制器前，先用手接觸某一接地的金屬物體，以釋放人體所帶靜電。

3注意可編程控制器機(jī)體周圍通風(fēng)和散熱條件，切勿將導(dǎo)線頭，、鐵屑等雜物通過風(fēng)窗落入機(jī)體內(nèi)。

在蝴蝶閥安裝中還應(yīng)注意的是：

1、根據(jù)介質(zhì)流動(dòng)方向進(jìn)行安裝；蝶閥與管道的連接螺栓，安裝時(shí)應(yīng)按對(duì)角對(duì)方向多次擰緊，不得單件一次擰緊，以防受力不均而造成法蘭連接處泄漏。

2、電動(dòng)蝶閥出廠時(shí)已將控制機(jī)構(gòu)的啟閉行程調(diào)好，為防止電源接通時(shí)方向搞錯(cuò)，用戶在第一次接通電源前，要先手動(dòng)至關(guān)開位置的1/3初。并檢查指示盤方向與閥門開啟方向是否一致。

3、新裝的蝶閥必須在無水及無壓的情況下進(jìn)行全開、全關(guān)，遠(yuǎn)控，本地各方面的動(dòng)作的調(diào)試，才可進(jìn)入沖水情況下的各種試驗(yàn)。

5 電動(dòng)蝴蝶閥運(yùn)行效果

這次電動(dòng)蝴蝶閥改造共投入資金14萬元。其中電控箱兩臺(tái)0.8萬元，改造后進(jìn)水電動(dòng)蝶閥為西門子PLC可編程順序控制和常規(guī)手動(dòng)控制相結(jié)合，與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)相配套，操作靈敏可靠，運(yùn)行安全穩(wěn)定，無漏水。節(jié)省了用油用汽的運(yùn)行成本，電動(dòng)蝶閥操控性能也更為安全、經(jīng)濟(jì)、大大減輕運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。改造后蝶閥于2008年12月15日投入運(yùn)行至今運(yùn)行很好，無漏水，動(dòng)作可靠，運(yùn)行隱定，保證了水電站的運(yùn)行安全。