李賀寶，劉殿興，武海鑫

（國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司北京十三陵蓄能電廠，北京102200）

1 引言

北京十三陵抽水蓄能電廠位于北京昌平十三陵水庫(kù)旁，距離市區(qū)30余km，是國(guó)家八五計(jì)劃的重點(diǎn)工程，也是首都“9511”重點(diǎn)工程之一。電廠1990年籌建，1997年7月4臺(tái)機(jī)組全部并網(wǎng)發(fā)電。十三陵電廠機(jī)組為4臺(tái)200 MW可逆式抽水蓄能機(jī)組，全部具有黑啟動(dòng)功能，是首都電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻和緊急事故備用的重要電源。

十三陵電廠機(jī)組為半傘式結(jié)構(gòu)，額定轉(zhuǎn)速500 r/min，瞬時(shí)飛逸轉(zhuǎn)速725 r/min。機(jī)組軸承系統(tǒng)分為上部導(dǎo)軸承、推力/下部導(dǎo)軸承和水輪機(jī)導(dǎo)軸承3部分，3部導(dǎo)軸承油循環(huán)系統(tǒng)均采用體外強(qiáng)迫循環(huán)，遠(yuǎn)方自動(dòng)循環(huán)油泵啟停。在機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行過(guò)程中，考慮到循環(huán)油泵控制系統(tǒng)故障或是失電可能造成油泵停運(yùn)的風(fēng)險(xiǎn)，為保證機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)循環(huán)油泵控制系統(tǒng)進(jìn)行了升級(jí)改造。

2 系統(tǒng)介紹

2.1 軸承系統(tǒng)介紹

十三陵電廠水泵水輪機(jī)軸承系統(tǒng)分為上部導(dǎo)軸承、推力/下部導(dǎo)軸承和水輪機(jī)導(dǎo)軸承3部分，3部導(dǎo)軸承油循環(huán)系統(tǒng)均采用體外強(qiáng)迫循環(huán)。每部導(dǎo)軸承油循環(huán)系統(tǒng)都是由導(dǎo)瓦、油盆、溫度及油位測(cè)量報(bào)警元件、冷卻外循環(huán)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。各部軸承油循環(huán)系統(tǒng)都設(shè)置2臺(tái)油泵，一臺(tái)油泵主泵，一臺(tái)油泵備用，并能隨時(shí)切換，當(dāng)主油泵運(yùn)行油流量不滿足時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)控制備用油泵啟動(dòng)。

2.2 油泵控制系統(tǒng)介紹

軸承油泵控制系統(tǒng)是由電源、PLC、輸出輸入模塊、繼電器組成，電源采取冗余配置。當(dāng)油泵控制系統(tǒng)收到監(jiān)控系統(tǒng)啟泵命令后，通過(guò)繼電器控制3部導(dǎo)軸承系統(tǒng)主油泵啟動(dòng)，控制系統(tǒng)判斷油流量和軸承室中油位是否滿足，將判斷信號(hào)傳送給監(jiān)控系統(tǒng)決定是否進(jìn)行之后的啟機(jī)流程。

2.3 油泵控制系統(tǒng)改造背景

軸承油泵控制柜內(nèi)關(guān)于油泵啟?？刂撇糠制涓脑烨笆褂玫膱?zhí)行繼電器為中間繼電器?？刂葡到y(tǒng)收到監(jiān)控系統(tǒng)啟動(dòng)油泵命令，PLC通過(guò)輸出模塊使中間繼電器勵(lì)磁，從而使軸承油泵啟動(dòng)，并在程序內(nèi)部進(jìn)行閉鎖，油泵的內(nèi)部控制邏輯如下頁(yè)圖1所示。

通過(guò)圖1可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)監(jiān)控發(fā)出起泵命令后，%I1.0閉合，通過(guò)PLC的輸出模塊使中間繼電器K001勵(lì)磁，循環(huán)油泵得電運(yùn)行。在循環(huán)油泵運(yùn)行過(guò)程中，K001繼電器需要一直處于勵(lì)磁狀態(tài)，此時(shí)一旦控制系統(tǒng)故障或是失電，可能造成輸出模塊失電，中間繼電器K001便會(huì)失磁斷開(kāi)，軸承循環(huán)油泵失去電源停止運(yùn)行。十三陵電廠機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速高達(dá)500 r/min，如果循環(huán)油泵停止將導(dǎo)致各部軸承瓦溫迅速升高，使機(jī)組跳機(jī)停運(yùn)，更嚴(yán)重則會(huì)燒毀導(dǎo)瓦。

至此我們可以看出，油泵現(xiàn)有的控制方式雖然簡(jiǎn)單直接，但其安全穩(wěn)定性較低，因此決定對(duì)油泵的控制方式進(jìn)行升級(jí)改造。

圖1 油泵的控制邏輯

3 油泵控制改造方案

雙位置繼電器應(yīng)用廣泛成熟且具有自保持功能，即使勵(lì)磁線圈失電繼電器會(huì)保持當(dāng)前狀態(tài)不動(dòng)作，油泵供電回路不會(huì)斷開(kāi)，當(dāng)控制系統(tǒng)恢復(fù)正常后，雙位置繼電器恢復(fù)通斷功能。鑒于以上優(yōu)點(diǎn)本次油泵控制方式升級(jí)改造采用雙位置繼電器。

3.1 雙位置繼電器工作原理簡(jiǎn)介

雙位置繼電器顧名思義就是它有2個(gè)可控位置，這2個(gè)位置各自均可實(shí)現(xiàn)自保持。一般雙位置繼電器由2個(gè)電磁鐵及1塊銜鐵組成閉合磁路，銜鐵一端有彈片限制其位置。當(dāng)合閘線圈通電時(shí)，銜鐵克服彈片的反作用力進(jìn)行動(dòng)作。當(dāng)合閘線圈斷電時(shí)，由于彈片限制作用，銜鐵仍處于合閘位置。只有當(dāng)跳閘線圈通電時(shí)，銜鐵才會(huì)克服彈片的限制作用力被吸向跳閘位置。同理，當(dāng)跳閘線圈斷電時(shí)，由于彈片的作用，銜鐵仍會(huì)處于跳閘位置。至此，雙位置繼電器依托機(jī)械原理實(shí)現(xiàn)雙位置切換并自保持，從而在控制流程上實(shí)現(xiàn)閉鎖功能。

圖2為雙位置繼電器工作原理圖。

圖2中常開(kāi)點(diǎn)為線圈I的輔助觸點(diǎn)，常閉點(diǎn)為線圈II的輔助觸點(diǎn)。線圈I串聯(lián)了一個(gè)線圈II的常閉接點(diǎn)、同樣線圈II串聯(lián)了線圈I的常開(kāi)接點(diǎn)。只要線圈I通電，I的輔助觸點(diǎn)即刻由常開(kāi)變?yōu)槌ｉ]，同時(shí)II的輔助觸點(diǎn)由常閉變?yōu)槌ｉ_(kāi)。這時(shí)線圈I斷電，由于彈片作用線圈I會(huì)自保持，不受外部影響，只有當(dāng)線圈II帶電時(shí)輔助觸點(diǎn)的位置才會(huì)反轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)。

圖2 雙位置繼電器工作原理示意圖

3.2 油泵控制改造內(nèi)容

將控制循環(huán)油泵啟停的中間繼電器K001更換為雙位置繼電器，根據(jù)油泵電機(jī)容量，本改造方案選用SIEMENS的3RH1440-1BB40雙位置繼電器。更換后的雙位置繼電器K001由2個(gè)中間繼電器控制，即循環(huán)油泵啟動(dòng)命令繼電器K01和循環(huán)油泵停止命令繼電器K045。

PLC內(nèi)部控制程序中循環(huán)油泵啟的動(dòng)作命令仍由%Q2.0輸出，增加油泵停止命令由%Q2.6輸出，循環(huán)油泵運(yùn)行自保持程序取消。

圖3是改造后油泵控制邏輯圖。

圖3 改造后油泵控制邏輯圖

當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出起泵命令后，%I1.0閉合，通過(guò)PLC的輸出模塊（%Q2.0）使中間繼電器K01勵(lì)磁，雙位置繼電器K001線圈I通過(guò)K01的輔助觸點(diǎn)得電勵(lì)磁，循壞油泵啟動(dòng)運(yùn)行。中間繼電器K01失電，雙位置繼電器K001為機(jī)械自保持，循環(huán)油泵正常運(yùn)行。當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出停泵命令后，%I1.1閉合，通過(guò)PLC的輸出模塊（%Q2.6）使中間繼電器K045勵(lì)磁，雙位置繼電器K001線圈II通過(guò)K045的輔助觸點(diǎn)得電勵(lì)磁，K001線圈I輔助觸點(diǎn)分開(kāi)，循環(huán)油泵斷電停止運(yùn)行。

4 改造升級(jí)后試驗(yàn)方案

遠(yuǎn)方啟動(dòng)循環(huán)油泵，檢查各部導(dǎo)軸承油流量正?！，F(xiàn)地拉開(kāi)循環(huán)油泵控制柜內(nèi)電源開(kāi)關(guān)QF02，QF03，使控制系統(tǒng)失電。雙位置繼電器K001保持當(dāng)前狀態(tài)不動(dòng)作，循環(huán)油泵運(yùn)轉(zhuǎn)正常，各部導(dǎo)軸承油流量正常?；謴?fù)循環(huán)油泵控制系統(tǒng)電源，遠(yuǎn)方停止循環(huán)油泵，雙位置繼電器K001復(fù)位，循環(huán)油泵停止。至此得出結(jié)論，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)突發(fā)情況導(dǎo)致控制系統(tǒng)失電無(wú)法正常工作時(shí)，依靠雙位置繼電器機(jī)械自保持特性，所控循環(huán)油泵可正常運(yùn)轉(zhuǎn)，從而保障了機(jī)組的正常運(yùn)行。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)中間繼電器勵(lì)磁程序自保持的油泵控制方式可靠性低，外界因素干擾大，一旦循環(huán)油泵停運(yùn)，將會(huì)給機(jī)組造成巨大傷害并帶來(lái)巨額經(jīng)濟(jì)損失。循環(huán)油泵控制方式改為雙位置繼電器控制后，因雙位置繼電器為機(jī)械式自保持，即使控制柜故障或是失電，循環(huán)油泵繼續(xù)運(yùn)行，提高了機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性，為機(jī)組安全運(yùn)行提供了有力保障。