顏現(xiàn)波，張 青

（1.北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京 100038；2.中國水利水電科學研究院，北京 100038；3.重慶獅子灘發(fā)電有限公司，重慶401220）

0 引言

重慶獅子灘水電站裝有4臺單機容量為12MW的混流式水輪發(fā)電機組，該站為龍溪河第一級梯級電站,水庫庫容為10.28億m3。該電站中每套機組進水口分別設(shè)置一套快速閘門,用于在緊急事故情況下快速關(guān)閉實現(xiàn)緊急停機功能。機組緊急事故停機觸發(fā)條件主要有：機組過速115%Ne且主配據(jù)動、機組電氣轉(zhuǎn)速過150%Ne、事故低油壓、機組事故停機過程中剪斷銷剪斷、緊急事故按鈕動作、水淹廠房信號動作等緊急事故情況下,機組現(xiàn)地LCU啟動緊急事故停機流程，同時觸發(fā)“快速關(guān)閉進水口閘門”指令。緊急事故停機流程如圖1。

圖1 機組緊急事故停機流程

1 技術(shù)需求及存在問題分析

1.1 電磁式制動裝置運行模式及工作原理

電站原抱閘裝置為電磁式制動，工作電源采用交、直流冗余電源供電，且“交流優(yōu)先”原則。抱閘裝置工作原理如圖2。

圖2中DCT表示電磁抱閘裝置電磁線圈。3ZJ表示機組緊急事故關(guān)閘門繼電器。R1、R2表示限流電阻。1ZJ、2ZJ表示交流電源監(jiān)視繼電器。M1、M2分別表示控制命令繼電器。SW1、SW2分別表示閘門裝置現(xiàn)地、遠方控制把手。當發(fā)生緊急事故信號時,機組PLC控制器首先觸發(fā)緊急事故動作繼電器，同時發(fā)“快速關(guān)閉閘門令”至閘門PLC控制系統(tǒng),閘門控制系統(tǒng)立即開出緊急關(guān)閘門命令。3ZJ繼電器動作,使DCT制動線圈帶電,松開抱閘裝置,閘門快速落下。

圖2 抱閘裝置工作模式原理圖

制動裝置主要在兩種模式下運行，分別為自動觸發(fā)控制模式與手動控制模式。

（1）制動裝置在自動觸發(fā)控制模式下分為3種運行方式：

1）機組無緊急事故時，3ZJ繼電器斷開，此時裝置DCT線圈處于失電狀態(tài)，抱閘裝置抱緊轉(zhuǎn)軸，閘門處于固定狀態(tài)。

2）機組緊急事故停機繼電器3ZJ動作，交流電源裝置正常。此時控制回路為“1ZJ-13ZJ-1DCT3ZJ-21ZJ-2”,DCT線圈帶電，閘門快速關(guān)閉。

3）機組緊急事故停機繼電器3ZJ動作，直流電源裝置正常。此時控制回路為“2ZJ-13ZJ-1DCT3ZJ-22ZJ-2”,DCT線圈帶電，閘門快速關(guān)閉。

（2）制動裝置在手動控制模式下分為2種運行方式：

1）現(xiàn)地手動控制模式，此時控制回路為“1ZJ-1SW1-1M1DCTSW1-21ZJ-2” 或“2ZJ-1SW1-1M1DCTSW1-22ZJ-2”，DCT線圈帶電，閘門快速關(guān)閉。

2）遠方手動控制模式，此時控制回路為“1ZJ-1SW2-1M2DCTSW2-21ZJ-2” 或“2ZJ-1SW2-1M2DCTSW2-22ZJ-2”，DCT線圈帶電，閘門快速關(guān)閉。

1.2 電磁制動式抱閘裝置運行中存在問題

（1）抱閘裝置動作過程中電流較大,易造成控制系統(tǒng)元件發(fā)熱損壞。

（2）采用直流電源供電時，回路上工作電流較大。

（3）回路中串聯(lián)限流電阻R1、R2易發(fā)熱、燒損。

1.3 改進抱閘裝置控制方案技術(shù)指標

為克服原抱閘裝置運行過程中存在的缺陷和問題，新改進的閘門控制系統(tǒng)及抱閘裝置在達到基本控制功能要求下，需滿足以下技術(shù)指標：

（1）改進方案中閘門控制系統(tǒng)由PLC控制器、開入、開出、模擬量模塊等組成,接收電廠監(jiān)控系統(tǒng)命令對閘門啟閉機、電動機等進行控制,在緊急情況下對抱閘裝置進行控制。改進的抱閘控制系統(tǒng)包括：抱閘裝置、冗余工作電源裝置、變頻器等。

（2）增加變頻器，防止電機啟動時沖擊電流損壞回路元件。

（3）抱閘裝置動作可靠、安全，當交、直流電源均中斷時,不誤落門。

2 改進抱閘裝置選型及控制回路設(shè)計

2.1 改進抱閘裝置參數(shù)確定及選型

在本次改進方案中抱閘裝置采用電動液壓型，其工作模式為：當無動作命令或裝置失電時，在自動恢復(fù)彈簧的作用下,裝置處于抱緊狀態(tài)，閘門固定。當接收到動作命令時，電動機啟動并驅(qū)動液壓機構(gòu),將抱閘裝置打開，實現(xiàn)快速落門。

電動液壓型抱閘裝置用于閘門控制時選型需要考慮以下參數(shù)：控制電動機額定參數(shù),電動機制動力矩、制動方式、抱閘裝置安裝位置、所控制大軸尺寸等。根據(jù)電站現(xiàn)場設(shè)備實際情況，在滿足上述參數(shù)情況下,通過比較后選擇YWZ4-315型電動液壓抱閘裝置,其參數(shù)為:

（1）控制電動機功率：P=250 W；

（2）電動機額定電壓：U=AC380 V；

（3）電動機制動力矩：M=315 N·m。

2.2 電源回路設(shè)計及參數(shù)確定

抱閘裝置系統(tǒng)工作電源回路采用三相逆變電源裝置。其工作原理如圖3:

圖3 工作電源回路原理圖

圖3中，JCQ表示三相電壓接觸器。工作電源裝置配置兩路冗余輸入電源，分別為AC380 V電源及DC220 V電源，工作電源裝置輸出為AC380 V電源。按照“交流優(yōu)先”設(shè)計原則，當交流輸入電源正常時,工作電源裝置通過旁路輸出電源為AC380 V；當交流電源異常且直流輸入電源正常時，逆變電源裝置將DC220 V直流電源逆變成AC380 V進行輸出。

逆變電源裝置的容量選擇需同時考慮按額定啟動電流的4～8倍,且保證30%左右功率裕量。另考慮到其他輔控元器件負荷，逆變電源容量最終選為：S=3 kVA。

2.3 配套變頻器選項及參數(shù)確定

變頻器所具有良好的調(diào)速及平穩(wěn)過渡性能，能夠較好的克服電動機啟動電流對逆變電源產(chǎn)生的不利影響。因此在改進方案中采用增加變頻器設(shè)備來控制抱閘系統(tǒng)電動機啟停。抱閘系統(tǒng)電動機功率為200～250 W，電動機為帶恒負荷啟動方式,無大慣性負載。變頻器功率需略大于電動液壓抱閘系統(tǒng)電動機功率，考慮功率裕量后，變頻器參數(shù)如下所示:

（1）變頻器額定功率抱閘系統(tǒng)電動機額定功率，即：P≥250 W。

（2）變頻器額定電流1.1倍抱閘系統(tǒng)電動機額定電流，即：I≥0.5 A。

（3）變頻器額定電壓=電動液壓抱閘系統(tǒng)電動機額定電壓，即：U=380 V。

（4）變頻器轉(zhuǎn)矩與電動機轉(zhuǎn)矩匹配,故轉(zhuǎn)矩選為M=315 N·m。

2.4 改進后抱閘裝置控制回路設(shè)計

改進后快速閘門抱閘系統(tǒng)控制流程框圖如圖4。整個緊急事故快速落門流程，首先由機組控制系統(tǒng)發(fā)命令至閘門PLC控制系統(tǒng)，其次閘門PLC控制系統(tǒng)立即發(fā)送觸發(fā)命令至變頻器，最后由變頻器動作液壓抱閘系統(tǒng)，實現(xiàn)快速關(guān)閉閘門功能。

圖4 改進后抱閘裝置控制流程框圖

3 結(jié)束語

針對獅子灘水電站原電磁制動裝置在運行中存在啟動電流較大及限流電阻易燒損的問題,提出了基于電動液壓制動的抱閘控制裝置改進方案,并對設(shè)備選型、控制電動機參數(shù)及配套變頻器參數(shù)進行確認。在實際設(shè)備改造中切實可行，運行效果良好。本次改進方案提供了詳細的設(shè)備配置及設(shè)備選型和參數(shù)，可為今后其他中、小型水電站改造提供借鑒經(jīng)驗。