水輪機(jī)電站球閥控制系統(tǒng)

  1 水輪機(jī)電站球閥控制系統(tǒng)前言
    之前介紹組合式減壓閥在國(guó)華惠州熱電應(yīng)用，現(xiàn)在介紹進(jìn)水閥在水輪發(fā)電機(jī)組中起著特別很是緊張的作用：當(dāng)機(jī)組停機(jī)時(shí)，關(guān)閉進(jìn)水閥門(mén)用于減小水流損失；當(dāng)機(jī)組發(fā)生故障而調(diào)速器失靈時(shí)，能在動(dòng)水下緊急關(guān)閉，敏捷切斷水流，避免事故的繼承擴(kuò)大。球閥是進(jìn)水閥的一種。近年來(lái)隨著我國(guó)大型沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組的賡續(xù)發(fā)展，對(duì)制造和控制技術(shù)的要求也日益進(jìn)步，對(duì)進(jìn)水球閥的控制就顯得尤為緊張。早期的球閥控制體系在電氣控制上采用常規(guī)的繼電器邏輯控制體例，因?yàn)榻M成的元器件均組裝在大小不同的盤(pán)柜中，轉(zhuǎn)接點(diǎn)多、配線復(fù)雜，從而導(dǎo)致控制裝配的故障易發(fā)，可靠性欠佳，且邏輯關(guān)系復(fù)雜，控制體例單一，信息量少，僅能知足基本功能；在機(jī)械液壓控制上采用管路加閥門(mén)的體例，配管復(fù)雜，有可能產(chǎn)生大的走漏，互換性、通用性差，使用壓力范圍窄。目前電廠對(duì)機(jī)組的主動(dòng)化要求賡續(xù)進(jìn)步，傳統(tǒng)控制體例已不能知足用戶要求。針對(duì)這一征象，東方電機(jī)控制公司對(duì)球閥控制進(jìn)行了大量的改進(jìn)，采用當(dāng)代電子控制技術(shù)和二通插裝閥與集成控制閥塊結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)出新型球閥控制裝配，現(xiàn)已成功應(yīng)用于金窩電站、仁宗海電站等大中型沖擊式機(jī)組。本文對(duì)該控制裝配的組成、功能、特點(diǎn)等作一簡(jiǎn)要介紹。
    2 水輪機(jī)電站球閥控制系統(tǒng)球閥控制體系的組成
    球閥控制體系重要由電氣控制體系和液壓控制體系組成"電氣控制體系一樣平常采用PLC電氣控制，液壓控制體系一樣平常采用液壓控制閥組。其重要部件特點(diǎn)分述如下：
    2.1 電氣控制體系
    電氣控制體系采用PLC電氣控制柜或壁掛式PLC電氣控制箱。PLC電氣控制柜是電氣控制體系的核心部件，采用PLC可編程序控制器，柜面子板上的表現(xiàn)采用工業(yè)觸摸屏，這種體例成本較高且占用空間較大，但功能，方便使用和維護(hù)；壁掛式PLC電氣控制箱是可編程序控制器只作為核心控制部件，其余表現(xiàn)部分仍采用指示燈等，這種體例結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，成本也較低，功能也很壯大且對(duì)現(xiàn)場(chǎng)空間要求不高。所以一樣平常機(jī)組如無(wú)特別要求我公司均采用壁掛式PLC電氣控制箱，本文就只對(duì)PLC電氣控制箱做簡(jiǎn)要介紹。
    壁掛式PLC電氣控制箱內(nèi)裝有高性能可編程序控制器與輸入輸出接口，其正面板上裝有現(xiàn)地和遠(yuǎn)方控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、聯(lián)動(dòng)和非聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、球閥開(kāi)啟控制按鈕!球閥關(guān)閉控制按鈕以及各種狀況指示燈。

    （l）水輪機(jī)電站球閥控制系統(tǒng)可編程序控制器
    可編程序控制器（PLC）屬整個(gè)電氣控制裝配的核心，其性能優(yōu)劣和性價(jià)比直接影響到控制裝配的品質(zhì)。球閥控制體系電氣控制裝配采用日本KOYO公司生產(chǎn)的DZ-250-1型PLC，供電電源為安全可靠的24VDC或22OVDC，該產(chǎn)品形狀尺寸緊湊，安裝布置方便，具有很好的性價(jià)比。同時(shí)，它支撐220VAC電源供電，尤其適合水電廠電源環(huán)境，其大容量繼電器輸出模塊具有250VAC/的接點(diǎn)負(fù)載能力，可直接操作交流接觸器和電動(dòng)閥門(mén)，取消中心繼電器，簡(jiǎn)化體系結(jié)構(gòu)。
    PLC重要技術(shù)指標(biāo)有：
    工作電壓   220VAC/220VDC通用，24VDC
    累加器規(guī)格32位（bit）
    飭令種數(shù)   189
    處理速度   2ms/lk語(yǔ)
    程序存儲(chǔ)容量7680語(yǔ)
    數(shù)據(jù)寄存器   8320字
    輸入輸出點(diǎn)數(shù)256點(diǎn)
    內(nèi)部繼電器數(shù)1024點(diǎn)
    準(zhǔn)時(shí)器數(shù)     256
    計(jì)數(shù)器數(shù)     128
    累加器規(guī)格   32位（bit）
    該系列可編程序控制器有兩個(gè)通信口，支撐RS232C/RS485?MODBUS協(xié)議，平均*運(yùn)行時(shí)間5000h，可根據(jù)水電站球閥控制裝配的輸入、輸出容量對(duì)PLC的電源框架和輸入、輸出模塊進(jìn)行選配。例如，就文中所述的情況而言，選擇槽5框架，模塊配置如下表所示：
PLC模塊配置淺析水電站球閥控制體系

    （2）其他電氣部件
    組成電氣控制裝配的其他部件，如選擇開(kāi)關(guān)、按鈕、指示燈、開(kāi)關(guān)電源等。
    2.2 液壓控制體系
    液壓控制體系采用我公司設(shè)計(jì)改進(jìn)的液壓控制閥組，閥組上裝有操作球閥接力器開(kāi)啟的電液換向閥和關(guān)閉的電液換向閥、二通插裝閥、單向閥、液動(dòng)換向閥、還裝有操作球閥工作密封投入與退出的電液換向閥，操作旁通閥開(kāi)啟和關(guān)閉的電液換向閥!單向節(jié)流閥以及操作檢修密封投入和退出的手動(dòng)換向閥，該閥組上所有的電液換向閥、二通插裝閥、單向閥、液動(dòng)換向閥等采用著名品牌，閥體、閥芯均采用不銹鋼材料，確保該閥組可靠運(yùn)行。閥組供油油壓為2.5~10MPa。閥組上端裝有壓力表，用來(lái)表現(xiàn)壓力油源油壓。該閥組重要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：
    （l）體系設(shè)計(jì)天真、可靠性高、穩(wěn)固性好。
    （2）形狀尺寸小，連接方便，安裝成本低。
    （3）消弭了外走漏，并削減了內(nèi)走漏，降低了液壓體系維護(hù)成本。
    （4）設(shè)置快速測(cè)試接頭能隨時(shí)監(jiān)測(cè)球閥接力器開(kāi)啟腔、關(guān)閉腔油壓及各緊張部分動(dòng)作情況。
    （5）旁通閥開(kāi)、關(guān)時(shí)間和球閥接力器開(kāi)、關(guān)時(shí)間延續(xù)可調(diào)，調(diào)節(jié)范圍廣，可知足要求。
    （6）采用可靠的、批量生產(chǎn)的、功能單一的標(biāo)準(zhǔn)液壓元件，裝配的互換性、通用性強(qiáng)，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，使用壓力范圍廣。
    （7）僅靠純機(jī)械液壓過(guò)速珍愛(ài)裝配過(guò)來(lái)的外控液壓旌旗燈號(hào)就可直接液壓關(guān)閉球閥。

    2.3 其他控制部件
    在球閥的前后裝有一個(gè)差壓開(kāi)關(guān)和兩塊壓力表，用于監(jiān)測(cè)和表現(xiàn)球閥前!后端水壓，差壓開(kāi)關(guān)為PLC控制體系提供球閥開(kāi)啟前的平壓旌旗燈號(hào)；在球閥的操作油管路上裝有控制球閥的接力器開(kāi)腔和旁通閥開(kāi)腔開(kāi)!閉的進(jìn)口電動(dòng)球閥，避免機(jī)組在停機(jī)狀況下發(fā)生誤動(dòng)作，確保機(jī)組的安全可靠；此外，還設(shè)有球閥!旁通閥!工作密封和檢修密封位置開(kāi)關(guān)，用于監(jiān)測(cè)其所處的狀況"其中差壓開(kāi)關(guān)的選摘要細(xì)致根據(jù)各個(gè)電站現(xiàn)實(shí)情況選擇合適的量程。

    3 球閥控制體系的功能
    球閥控制體系可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地和遠(yuǎn)距離主動(dòng)操作球閥的開(kāi)啟和關(guān)閉。
    球閥控制體系具有電動(dòng)液壓和機(jī)動(dòng)液壓雙重控制功能，它既能接受電氣控制飭令進(jìn)行球閥的開(kāi)啟和關(guān)閉操作，又能在電氣控制飭令失靈或控制和操作電源消散的情況下，直接接受機(jī)械液壓過(guò)速珍愛(ài)裝配機(jī)動(dòng)換向閥的液壓控制飭令進(jìn)行緊急關(guān)閉球閥操作，以珍愛(ài)機(jī)組的安全。
    3.1 PLC電氣控制箱
    PLC電氣控制箱（見(jiàn)圖1）內(nèi)裝有可編程序控制器，開(kāi)關(guān)電源，電源斷路器，電源監(jiān)視器等，球閥的開(kāi)啟與關(guān)閉流程由可編程序控制器程序控閥開(kāi)啟控制按鈕，球閥關(guān)閉控制按鈕以及用來(lái)指制邏輯自行完成。控制箱的前面板上裝有現(xiàn)地和示球閥、旁通閥、工作密封和檢修密封全開(kāi)與全遠(yuǎn)方控制轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，聯(lián)動(dòng)和非聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，球關(guān)狀況的指示燈。
淺析水電站球閥控制體系
圖1 PLC電氣控制箱
    當(dāng)把轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切換到遠(yuǎn)方控制體例時(shí)，控制箱接受遠(yuǎn)方監(jiān)控體系的控制，由監(jiān)控體系給出開(kāi)啟或者關(guān)閉球閥的飭令，球閥控制體系通過(guò)PLC程序控制邏輯完成球閥的開(kāi)啟或關(guān)閉流程。當(dāng)把轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切換到現(xiàn)地控制體例時(shí)，由PLC電氣控制箱面板上的萬(wàn)啟與關(guān)閉控制按鈕現(xiàn)地操作球閥的開(kāi)啟與關(guān)閉"當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)緊急事故停機(jī)時(shí)（比如機(jī)組過(guò)速或者按動(dòng)機(jī)組緊急事故停機(jī)按鈕），不管是現(xiàn)地控制體例照舊遠(yuǎn)方控制體例，都會(huì)關(guān)閉球閥以保證機(jī)組安全。
    控制體系還設(shè)置了一個(gè)聯(lián)動(dòng)與非聯(lián)動(dòng)控制體例選擇開(kāi)關(guān)，它可用來(lái)決定球閥是否隨機(jī)組啟停而開(kāi)啟和關(guān)閉"當(dāng)把轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切換到聯(lián)動(dòng)體例，機(jī)組開(kāi)機(jī)飭令到來(lái)時(shí)，開(kāi)啟球閥；機(jī)組停機(jī)飭令到來(lái)時(shí)，關(guān)閉球閥"當(dāng)把轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切換到非聯(lián)動(dòng)體例，球閥的開(kāi)啟只接受遠(yuǎn)方監(jiān)控體系“遠(yuǎn)方開(kāi)啟球閥”飭令或現(xiàn)地開(kāi)啟球閥控制按鈕的控制；球閥的關(guān)閉只接受遠(yuǎn)方監(jiān)控體系“錘方關(guān)閉球閥”飭令或現(xiàn)地關(guān)閉球周控制按鈕的控制。
    控制體系除了在PLC電氣控制箱面板上設(shè)有響應(yīng)的狀況指示燈以外，它還提供如下?tīng)顩r旌旗燈號(hào)，可反饋至中間控制室或者其他必要該旌旗燈號(hào)的設(shè)備：     
    球閥的全開(kāi)、全關(guān)位置旌旗燈號(hào)；
    旁通閥的全開(kāi)、全關(guān)位置旌旗燈號(hào)；
    工作密封投入、退出狀況旌旗燈號(hào)；
    檢修密封投入、退出狀況旌旗燈號(hào)；
    PLC退出運(yùn)行時(shí)故障報(bào)警旌旗燈號(hào)。

    3.2 球閥液壓控制閥組
    （l）球閥液壓控制閥組（見(jiàn)圖2）是由二通插裝閥，開(kāi)啟球閥的電液換向閥1DPK（單線圈），關(guān)閉球閥的電液換向閥1DPG（單線圈），球閥開(kāi)、關(guān)時(shí)間調(diào)節(jié)裝配，液動(dòng)換向閥，控制旁通閥開(kāi)、關(guān)的電液換向閥ZDP（雙線圈），調(diào)節(jié)旁通閥開(kāi)、關(guān)時(shí)間的單向節(jié)流閥，控制工作密封投入、退出的電液換向閥3DP（雙線圈），控制檢修密封投入、退出的帶鎖旋鈕手動(dòng)換向閥SHP，壓力表，測(cè)壓接頭，外接法蘭，管接優(yōu)等液壓元器件和主閥塊、頂塊組成。悉數(shù)液壓元器件集中安裝在主閥塊和頂塊上，成為一個(gè)球閥液壓控制閥組。閥組上還配有安裝底板，用于整個(gè)閥組的安裝固定。
    （2）球閥液壓控制閥組有13個(gè)外接油口，其中Al接接力器開(kāi)啟腔；Bl接接力器關(guān)閉腔；P0接壓力油源；功接回油箱；X0為外控油口，接機(jī)械液壓過(guò)速珍愛(ài)裝配的機(jī)動(dòng)換向閥，用于接受機(jī)械液壓過(guò)速珍愛(ài)裝配的液壓控制旌旗燈號(hào)；X（X）為外控油口，接球閥接力器全關(guān)位置機(jī)動(dòng)換向閥，用于接受球閥接力器全關(guān)裝配的液壓控制旌旗燈號(hào)；A2接旁通閥關(guān)閉腔；BZ接旁通閥開(kāi)啟腔；A3接工作密封投入腔；B3接工作密封退出腔；A4接檢修密封退出腔；B4接檢修密封投入腔；T01接集油裝配。此外，球閥液壓控制閥組上，還設(shè)有6個(gè)微型測(cè)壓接頭，可用于在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)，監(jiān)測(cè)壓力油源、接力器開(kāi)腔、接力器關(guān)腔!外控液壓旌旗燈號(hào)的壓力及液動(dòng)閥所處狀況。
    （3）球閥液壓控制閥組上的電液換向閥接受PLC電氣控制箱的電氣控制飭令進(jìn)行球閥的開(kāi)、關(guān)操作。當(dāng)球閥液壓控制體系在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)，也可以分別手動(dòng)操作球閥液壓控制閥組上電液換向閥，來(lái)開(kāi)、關(guān)旁通閥，退出、投入工作密封，開(kāi)、關(guān)球閥；但是必須按照球閥的操作順序進(jìn)行操作。
    （4）在球閥液壓控制閥組上，設(shè)置有球閥開(kāi)、關(guān)時(shí)間調(diào)節(jié)裝配，用于球閥開(kāi)啟!關(guān)閉過(guò)程時(shí)間調(diào)節(jié)。球閥的開(kāi)、關(guān)時(shí)間應(yīng)當(dāng)嚴(yán)酷按照有關(guān)技術(shù)要求設(shè)定。旁通閥開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)間調(diào)節(jié)是通過(guò)裝于閥組上的單向節(jié)流閥進(jìn)行調(diào)節(jié)的。

    3.3 球閥的操作
    3.3.1 球閥開(kāi)啟
    球閥開(kāi)啟條件為：水輪機(jī)導(dǎo)葉在全關(guān)位置，球閥在全關(guān)位置，機(jī)組無(wú)事故，球閥檢修密封處于退出狀況.
    當(dāng)開(kāi)啟條件悉數(shù)知足，且現(xiàn)地或遠(yuǎn)方發(fā)出開(kāi)啟飭令后，PLC電氣控制箱開(kāi)啟控制程序啟動(dòng)，首先，開(kāi)啟球閥開(kāi)啟腔電動(dòng)閥，再開(kāi)啟旁通閥開(kāi)啟腔電動(dòng)閥，控制ZDP電液換向閥，開(kāi)啟旁通閥向蝸殼充水平壓，當(dāng)球閥前后端水壓的差壓值鑊30%全水壓力值時(shí)，差壓開(kāi)關(guān)動(dòng)作，控制3DP電液換向閥退出工作密封，工作密封退出，其位置開(kāi)關(guān)動(dòng)作后，控制1DPK電液換向閥開(kāi)啟球閥接力器，當(dāng)球閥開(kāi)到全開(kāi)位置，其位置開(kāi)關(guān)動(dòng)作后，操作ZDP電液換向閥關(guān)閉旁通閥到全關(guān)位置，至此球閥開(kāi)啟操作結(jié)束。
    3.3.2 球閥關(guān)閉
    上海申弘閥門(mén)有限公司主營(yíng)閥門(mén)有：蒸汽減壓閥,減壓閥(氣體減壓閥,可調(diào)式減壓閥,水減壓閥當(dāng)現(xiàn)地或遠(yuǎn)方發(fā)出關(guān)閉飭令或機(jī)組事故拭機(jī)組事故包括：機(jī)組過(guò)速!機(jī)組事故停機(jī)、機(jī)械液壓過(guò)速珍愛(ài)動(dòng)作），PLC電氣控制箱關(guān)閉程序啟動(dòng)，首先控制1DPG電液換向閥關(guān)閉球閥，當(dāng)球閥關(guān)到全關(guān)位置，其位置開(kāi)關(guān)動(dòng)作，控制3DP電液換向閥投入工作密封到投入位置，再關(guān)閉球閥開(kāi)啟腔電動(dòng)閥，關(guān)閉旁通閥開(kāi)啟腔電動(dòng)閥，至此球閥關(guān)閉操作結(jié)束。
    3.3.3 機(jī)械液壓過(guò)速珍愛(ài)動(dòng)作
    機(jī)械液壓過(guò)速珍愛(ài)裝配的機(jī)動(dòng)換向閥的液壓控制旌旗燈號(hào)控制球閥關(guān)閉。在球閥液壓控制閥組上，設(shè)有外控油口X0和X00。正常狀況下（即機(jī)械液壓過(guò)速珍愛(ài)裝配未動(dòng)作），外控油口X0是通過(guò)機(jī)械液壓過(guò)速珍愛(ài)裝配的機(jī)動(dòng)換向閥1JP與壓力油源相連接，即外控油口X0處于有壓狀況。外控油口X00與球閥全關(guān)位置機(jī)動(dòng)換向閥2JP相連接，球閥關(guān)到全關(guān)位置，外控油口X00通過(guò)機(jī)動(dòng)換向閥2JP與壓力油源雷同處于有壓狀況；球閥在全關(guān)以上至全開(kāi)位置外控油口X00通過(guò)機(jī)動(dòng)換向閥2JP與回油雷同處于無(wú)壓狀況。當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)組過(guò)速時(shí)，機(jī)械液壓過(guò)速珍愛(ài)裝配動(dòng)作后，機(jī)動(dòng)換向閥1JP閥位發(fā)生切換，外控油口X0通過(guò)機(jī)動(dòng)換向閥與回油雷同，球閥液壓控制閥組將直接由外控油口X0來(lái)的液壓旌旗燈號(hào)主動(dòng)將球閥關(guān)閉，當(dāng)球閥接力器關(guān)至全關(guān)時(shí)，球閥全關(guān)位置機(jī)動(dòng)換向閥2JP閥位發(fā)生切換，外控油口X00通過(guò)機(jī)動(dòng)換向閥與壓力油雷同，操作液動(dòng)換向閥YP使之發(fā)生切換，通過(guò)電液換向閥3DP投入工作密封，實(shí)現(xiàn)機(jī)械液壓過(guò)速珍愛(ài)緊急關(guān)閉球閥的目的。
淺析水電站球閥控制體系
淺析水電站球閥控制體系
圖2 球閥液壓控制閥組

    3.3.4 檢修密封的投入和退出
    檢修密封的投入和退出是由操作手動(dòng)換向閥SHP來(lái)完成的，該閥旋鈕帶鎖，以防止誤動(dòng)造成事故。
    4 結(jié)語(yǔ)
    球閥控制裝配自研制完成后，通過(guò)廠內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，現(xiàn)已在電站成功運(yùn)行，我們將對(duì)該產(chǎn)品賡續(xù)進(jìn)行改進(jìn)創(chuàng)新，使其臻于完善。與本產(chǎn)品相關(guān)論文：禁油脫脂氧氣減壓閥操作維護(hù)