水電廠調(diào)速器液壓控制系統(tǒng)運(yùn)行可靠性

　　摘要：本文以某水電廠調(diào)速器液壓控制系統(tǒng)柜的電源配置和供電方式以及控制柜失電時機(jī)組的處理方式為例，探討了使電廠調(diào)速器液壓控制系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，分析了某水電廠現(xiàn)方案的不足之處，并結(jié)合實(shí)際情況對控制柜失電機(jī)組處理方式進(jìn)行分析研究，制定出更加安全穩(wěn)定的解決方案，提高了調(diào)速器液壓控制系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

　　關(guān)鍵詞：調(diào)速器;液壓控制系統(tǒng);水電廠

　　水電廠調(diào)速器液壓控制系統(tǒng)一般由油壓裝置、壓油裝置、控制調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、系統(tǒng)管路四部分組成，通過這四部分有機(jī)配合，完成穩(wěn)定的電-液轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)組的正常開關(guān)機(jī)以及有功功率的調(diào)節(jié)，執(zhí)行監(jiān)控系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和控制命令。調(diào)速器液壓控制系統(tǒng)的中心是調(diào)速器控制柜，在調(diào)速器控制柜內(nèi)安裝PLC(可編程控制器)，可通過內(nèi)部編寫的程序來自動控制整個液壓系統(tǒng)的運(yùn)行，為調(diào)速器的機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供穩(wěn)定、可靠的操作油壓，使液壓系統(tǒng)各功能都維持在正常的工作范圍之內(nèi)，使調(diào)速器能夠穩(wěn)定運(yùn)行。因此，調(diào)速器液壓控制系統(tǒng)是整個水電廠輪發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，也是電網(wǎng)安全性和電能質(zhì)量的有效保障。

　　1 調(diào)速器液壓控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　1.1 系統(tǒng)PLC 硬件設(shè)計

　　本文中所研究的某水電廠所使用的調(diào)速器液壓控制系統(tǒng)采用的是雙機(jī)熱備單纜單RIO 結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)組態(tài)方便，維護(hù)簡單，通過兩套PLC共用一套RIO子站的方式，將PLC與RIO之間通過通信電纜相連接。RIO子站負(fù)責(zé)所有外部開關(guān)量輸入信號、模擬量輸入信號的采集，然后將采集到的信息通信給主備PLC控制器，PLC控制器進(jìn)行處理后再將數(shù)據(jù)返還給RIO，并且通過開關(guān)量輸出信號、模擬輸出信號輸出到外部元件中。在該系統(tǒng)的PLC控制器中有一樣的輸入程序，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)使熱備能夠自動化，不需要自動進(jìn)行邏輯的切換。

　　備用PLC 不進(jìn)行程序運(yùn)算，全部數(shù)據(jù)從主用PLC 讀取，保證備用PLC 在切換為主用的瞬間，所有輸出與主用PLC 相同，以實(shí)現(xiàn)無擾切換。液壓控制系統(tǒng)PLC 結(jié)構(gòu)：每一套PLC 控制器包括一塊電源模塊CPS 21400、一塊主站通訊模塊、一塊CPU 模塊。安裝在RIO 子站底板上的模塊只有1 塊電源模塊，用于給RIO 子站PLC模塊供電;3 塊開關(guān)量輸入模塊用以采集離散量信息，獲悉液壓控制系統(tǒng)及其輔助設(shè)備的狀態(tài)，每個模塊32 點(diǎn)，共96 點(diǎn);2 塊開關(guān)量輸出模塊用以驅(qū)動繼電器，實(shí)現(xiàn)對電磁閥(鎖定、緊急停機(jī))、濾油機(jī)、水冷卻器、主供油源閥、事故隔離閥、自動補(bǔ)氣、油泵等裝置的控制，每個模塊32 點(diǎn)，共64 點(diǎn);一塊模擬量輸入模塊，用以采集4mA～20mA 信號，包括油溫、系統(tǒng)油壓、壓油罐液位、壓油罐壓力、1-4# 油泵出口壓力、回油箱液位等共16 路輸入;一塊模擬量輸出模塊用以輸出4mA～20mA 模擬量信號，這其中包括以下組成部分，系統(tǒng)油壓、壓油罐壓力、壓油罐壓力、油溫、系統(tǒng)油壓、回油箱油位，會借助信號變送器，從而推送到驅(qū)動表計。

　　1.2 結(jié)構(gòu)可靠性分析

　　PLC 控制器的優(yōu)點(diǎn)是主站采用雙冗余熱備PLC控制系統(tǒng)。兩個主機(jī)都可以獨(dú)立進(jìn)行工作，隔離電源，開關(guān)通道相同，能夠完成不干擾其他信號源的開關(guān)組通道，進(jìn)行切換。由于系統(tǒng)內(nèi)部是由交叉?zhèn)浞萁M成的，因此每個CPU直接可以互不影響，自行處理工作。每一個站點(diǎn)配備有獨(dú)立的電源模塊，能夠達(dá)到控制器通道以及信息的冗余，另外，電源部分可以通過累加的DC版塊，從而向底板提供8A的電流，并且電源可以持續(xù)中斷1毫秒左右。控制柜雙機(jī)熱備的RIO 遠(yuǎn)程子站只有一個，控制柜內(nèi)RIO 遠(yuǎn)程子站的所有模塊均通過背板來實(shí)現(xiàn)供電，但是背板上的電源模塊只有一個，假如電源模塊發(fā)生問題，那么沒有模塊可以正常工作，同時它收集和輸出的信息將會失效，這就無法保證液壓控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，因此，該液壓控制系統(tǒng)PLC 控制模塊的配置上也隨時會發(fā)生未知的風(fēng)險。

　　2 調(diào)速器液壓控制系統(tǒng)控制電源

　　2.1 控制電源回路設(shè)計

　　根據(jù)實(shí)際的研究情況來看，某水電廠正在使用的是具有兩塊電源并且可以實(shí)現(xiàn)雙重供電的調(diào)速器液壓控制系統(tǒng)控制柜，該模式分為一路直流電壓，一路交流電壓，兩者均為220V，直流電流會經(jīng)過電源轉(zhuǎn)化模塊PS1將220V的電源轉(zhuǎn)換為三路DC24V，再送至ABB電源模塊SS1、SS2 和SS3，其電源監(jiān)視繼電器為ZJ01;另一路的交流電會經(jīng)過POWERONE電源轉(zhuǎn)換模塊，同時向三路的DC24V電源進(jìn)行輸送，包括冗余模塊的SS1、SS2以及SS3，它所使用的電源監(jiān)視繼電器是ZJ02。經(jīng)過電源冗余模塊SS1 的輸出電源為1#DC24V 電源，電源監(jiān)視繼電器為ZJ60的，是給A套PLC電源模塊供電的。并且在經(jīng)過冗余之后，為SS3輸出DC24V的電源，供給B 套PLC 電源模塊，其電源監(jiān)視繼電器為ZJ03。電源主要為控制柜指示燈、HMI 電源、電氣柜指示燈、緊急停機(jī)控制回路、鎖錠控制回路、油混水、系統(tǒng)油壓和壓力油罐傳感器提供電力支持。

　　2.2 供電可靠性分析

　　該系統(tǒng)的電源配置是硬回路，可以實(shí)現(xiàn)雙路供電模式，這是最大的優(yōu)點(diǎn)。在雙路電源供電模式下，如果有一方供電出現(xiàn)故障，另一方仍然可以正常實(shí)現(xiàn)供電，出現(xiàn)故障的一方會進(jìn)行故障狀態(tài)監(jiān)測并將異常狀態(tài)實(shí)時地發(fā)送到監(jiān)控系統(tǒng)。但二者同時出現(xiàn)故障，就會觸發(fā)二類機(jī)械事故停機(jī)，所以原設(shè)計方案仍然存在如下安全隱患：

　　①當(dāng)繼電器線圈燒毀，可能會觸發(fā)二類機(jī)械事故停機(jī)而造成機(jī)組跳閘。②繼電器在工作中可能會發(fā)生一定的抖動，這是由于線圈的接端口出現(xiàn)松動，這也可能會導(dǎo)致觸發(fā)跳閘，發(fā)生故障。③SS2電源模塊自身發(fā)生故障，不能持續(xù)工作，對機(jī)組的正常運(yùn)行帶來威脅。④A/B 套CPU 電源模塊不具有高強(qiáng)度的可靠性。

　　3 解決問題的思路及方案

　　針對以上安全隱患的分析，總結(jié)了如下幾點(diǎn)技術(shù)改進(jìn)，以保障設(shè)備的安全運(yùn)行：①改造調(diào)速器液壓系統(tǒng)對于電源的供電形式，才能增加水輪機(jī)工作時的安全性。②對電源在工作中的轉(zhuǎn)換方式要不斷優(yōu)化升級，從而進(jìn)一步增加電源模塊的冗余，使設(shè)備檢修和運(yùn)行獨(dú)立操作。③在進(jìn)行自動化元件的選取時，要注重高精度配件的選用，以此增加設(shè)備的安全性。

　　對于以上所述的這些故障問題，我認(rèn)為需要對控制柜的電源配置進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)實(shí)際的操作情況和現(xiàn)場設(shè)備布置情況，設(shè)計了如下改造方案。

　　A優(yōu)化調(diào)速器控制柜內(nèi)RIO 遠(yuǎn)程子站的電源配置：當(dāng)前，有一塊可累加的電源模塊在遠(yuǎn)程子站中，電源的型號是140CPS21400，工作人員可以利用背板的備用槽位，進(jìn)行電源冗余的增強(qiáng)，在增加一塊電源模塊的基礎(chǔ)上，升級所有型號的電源模塊，由此可以實(shí)現(xiàn)雙電源模式的供電。

　　B優(yōu)化RIO 遠(yuǎn)程子站的電源模塊供電方式：電源冗余模塊SS2，當(dāng)前只為控制柜中的RIO遠(yuǎn)程子站進(jìn)行供電，如果想要增加電源的穩(wěn)定性和安全性，就需要將兩個電源模塊電源改為兩部分，一部分取自電源冗余模塊SS1，另一部分電源冗余模塊SS3。與此同時，原先SS1的電源模塊可以套入B套中，則SS3的電源冗余模塊就可以在A中直接使用。

　　4 結(jié)語

　　通過對調(diào)速器液壓控制系統(tǒng)的電源優(yōu)化，可以實(shí)現(xiàn)主/備電源在斷開任意輸入電源的情況下，都能夠正常運(yùn)行，主/備CPU也切換正常，同時，觸摸屏和監(jiān)控系統(tǒng)會受到相應(yīng)的故障報警信號，但調(diào)速器無異常報警信號，降低了誤動的幾率。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]譚中美，楊維平，李士哲.水電廠調(diào)速器油壓裝置報警邏輯完善[J]. 自動化應(yīng)用，2017(2).

　　作者：梁曉龍

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