金玉成,王曉瑜,毛羽波
(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司,黑龍江 哈爾濱 150040)
進(jìn)水閥是水電站廠房?jī)?nèi)所有設(shè)備和人員的保護(hù)閥,其控制系統(tǒng)性能的優(yōu)劣直接影響著電站的安全運(yùn)行。球閥應(yīng)用水頭較高,密封性能較好,高水頭及抽水蓄能電站的進(jìn)水閥普遍采用球閥,哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)哈電)從建廠伊始就著力于進(jìn)水球閥的開(kāi)發(fā)和研究[1]。厄瓜多爾CCS電站球閥由哈電與安德里茲公司聯(lián)合設(shè)計(jì)制造,球閥外圓直徑3.6 m,單閥體重量達(dá)40 t,球閥液壓系統(tǒng)的操作油壓為6.3 MPa,采用雙接力器結(jié)構(gòu)。
CCS項(xiàng)目球閥控制單元設(shè)置了球閥控制柜和密封控制柜,圖1為球閥機(jī)械液壓系統(tǒng)圖。系統(tǒng)圖上方虛框?yàn)榍蜷y控制柜閥組,其中電磁閥SV101,SV102與HV101采用組合閥體結(jié)構(gòu),控制柜柜體設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)管件接口,密封可靠,便于現(xiàn)場(chǎng)安裝。液動(dòng)換向閥HV102安裝在球閥接力器主管路上,具有流量調(diào)節(jié)功能,可以現(xiàn)場(chǎng)整定開(kāi)關(guān)機(jī)時(shí)間。正常開(kāi)關(guān)球閥操作是通過(guò)電磁閥SV101控制各級(jí)液動(dòng)閥來(lái)操作主接力器開(kāi)關(guān)球閥活門(mén),電磁閥SV101采用博世力士樂(lè)工業(yè)閥,線(xiàn)圈A帶電為球閥開(kāi)機(jī)位,線(xiàn)圈B帶電為球閥關(guān)機(jī)位。
機(jī)械液壓系統(tǒng)圖下方虛框內(nèi)為球閥密封控制閥組,全部安裝于球閥密封控制柜中,用于球閥工作密封及檢修密封的控制。球閥的工作密封位于球閥出水端,檢修密封位于球閥進(jìn)水端,二者均通過(guò)取自進(jìn)水管路的高壓水源控制密封元件的投退。正常開(kāi)球閥操作時(shí),工作密封及檢修密封應(yīng)處于打開(kāi)狀態(tài)。球閥關(guān)閉后,工作密封應(yīng)處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)球閥需要檢修時(shí),才可以投入檢修密封。工作密封通過(guò)電磁閥SV201操作,其中電磁閥的左位為工作密封投入位,右位為工作密封退出位。檢修密封通過(guò)手操閥MV201操作,其中手操閥的左位為工作密封投入位,右位為工作密封退出位。
密封控制系統(tǒng)設(shè)置了開(kāi)閥密封退出的液壓閉鎖控制。當(dāng)球閥處于開(kāi)啟狀態(tài)時(shí),接力器開(kāi)腔有壓,使密封控制柜的液動(dòng)換向閥HV201處于上為工作,工作密封及檢修密封的先導(dǎo)液控閥控制油失壓,使高壓水閥HV203與HV205均處于密封退出位,這樣保證了開(kāi)機(jī)狀態(tài)下,檢修密封始終處于退出狀態(tài),防止由于誤操作造成球閥密封的損壞。
為了保證電站系統(tǒng)安全運(yùn)行,除了正常關(guān)機(jī)操作外,本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了掉電關(guān)閉球閥及機(jī)組過(guò)速關(guān)閉球閥作為反事故措施,如圖2球閥系統(tǒng)關(guān)機(jī)流程圖所示。
掉電關(guān)閥通過(guò)電磁閥SV102來(lái)實(shí)現(xiàn),電磁閥SV102采用單線(xiàn)圈結(jié)構(gòu),工作時(shí)長(zhǎng)期帶電,如果控制系統(tǒng)電源故障,電磁閥線(xiàn)圈失電,閥芯在彈簧力的作用下復(fù)位,控制油切換方向,關(guān)閉球閥。
在機(jī)組過(guò)速裝置動(dòng)作后,為防止事故擴(kuò)大,需要盡快關(guān)閉球閥。機(jī)組過(guò)速關(guān)閉球閥通過(guò)液動(dòng)閥HV101實(shí)現(xiàn)。液動(dòng)閥HV101為單彈簧結(jié)構(gòu),其中控制壓力油PX來(lái)自于機(jī)組過(guò)速保護(hù)裝置,機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)為其帶壓狀態(tài),當(dāng)機(jī)組過(guò)速時(shí)為失壓狀態(tài)。過(guò)速失壓時(shí)液動(dòng)閥HV101在彈簧力作用下切換油路,控制液動(dòng)換向閥HV102由左側(cè)開(kāi)機(jī)位切換為右側(cè)關(guān)機(jī)位關(guān)閉球閥。
圖2 球閥系統(tǒng)關(guān)機(jī)流程圖
球閥控制由球閥控制柜完成,按照無(wú)人值班少人值守原則設(shè)計(jì),具備現(xiàn)地手動(dòng)及遠(yuǎn)方自動(dòng)兩種控制模式。
因CCS電站外部供電電源為127 V AC及125 VDC兩種電壓等級(jí),控制柜內(nèi)采用雙電源冗余供電模塊將電源轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)24 V DC控制電源,提高了供電的可靠性,滿(mǎn)足柜內(nèi)可編程控制器及控制回路用電要求。
球閥控制柜內(nèi)可編程控制器采用施耐德M340,該系列PLC結(jié)構(gòu)緊湊,采用UnityPro編程軟件,可提供5種IEC編程語(yǔ)言并支持中文變量名[2],是目前市場(chǎng)上性?xún)r(jià)比較高的一款可編程控制器??删幊炭刂破髋渲萌缦拢弘娫茨KCPS2010一件,通訊模塊P34 1000一件,數(shù)字量輸入模塊DDI 1602一件,數(shù)字量輸入輸出混合模塊DDM16025一件。各模塊采用機(jī)架面板固定,方便現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。
可編程控制器接收監(jiān)控命令及現(xiàn)地傳感器反饋信號(hào),根據(jù)灌入的操作程序,實(shí)時(shí)開(kāi)出控制信號(hào)到各執(zhí)行元件。信號(hào)連接如圖3球閥控制柜接線(xiàn)原理圖所示,外部輸入信號(hào)采用繼電器隔離,由柜內(nèi)繼電器觸點(diǎn)以硬回路信號(hào)接入可編程控制器,防止外部短路損壞模塊。
由球閥控制柜接線(xiàn)原理圖可以看出,工作密封及檢修密封的信號(hào)輸入均為3組,在內(nèi)部編程時(shí)我們采用了同類(lèi)信號(hào)3選2的控制邏輯,避免了因單個(gè)信號(hào)反饋裝置故障導(dǎo)致操作中斷,同時(shí)在內(nèi)部編程設(shè)置了程序自檢及關(guān)鍵點(diǎn)監(jiān)控功能,如發(fā)生操作故障,將開(kāi)出報(bào)警信號(hào)到監(jiān)控系統(tǒng)。
圖3 球閥控制柜接線(xiàn)原理圖
CCS電站作為我國(guó)海外電建項(xiàng)目中裝機(jī)容量最大的水電站,全部8臺(tái)機(jī)組目前均已順利投產(chǎn)發(fā)電,本項(xiàng)目球閥控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)完全滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)工況需求,為機(jī)組安全運(yùn)行提供了技術(shù)保證,同時(shí)對(duì)后續(xù)項(xiàng)目的球閥系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有一定的借鑒意義。
[1]吳繼兵,樸春光.哈電水泵水輪機(jī)進(jìn)水球閥的技術(shù)進(jìn)步[J].大電機(jī)技術(shù),2014(3).
[2]施耐德電氣公司.Modicon M340編程手冊(cè)[Z],2008.