楊 秀 偉

（哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150040）

引言

油壓裝置是為水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)、進(jìn)水閥操作系統(tǒng)、機(jī)組自動(dòng)控制系統(tǒng)供給壓力能源的裝置，是控制和調(diào)速系統(tǒng)中的重要設(shè)備之一。

水輪機(jī)組油壓裝置的作用是為機(jī)組提供安全、可靠、穩(wěn)定的壓力油源，以實(shí)現(xiàn)水輪發(fā)電機(jī)組的開(kāi)停機(jī)、頻率和負(fù)荷調(diào)節(jié)。水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)油壓裝置運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性直接關(guān)系到主設(shè)備的安全和發(fā)電的質(zhì)量，油壓裝置自動(dòng)化控制的可靠性是機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的保證。為保證機(jī)組完成自動(dòng)化操作，油壓裝置進(jìn)行自動(dòng)控制就顯得尤為重要。本文主要講述油壓裝置控制系統(tǒng)的軟、硬件的構(gòu)成及功能的實(shí)現(xiàn)等。

1 油壓裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 油壓裝置的構(gòu)成

本油壓裝置采用分離式結(jié)構(gòu)，機(jī)械液壓系統(tǒng)圖如圖1所示，液壓系統(tǒng)由回油箱總裝、壓力罐總裝組成。

回油箱總裝由回油箱箱體、兩套電機(jī)泵組、組合閥、液位計(jì)、空氣濾清器、閥門和管路附件等組成。

壓力油罐總裝是由壓力油罐本體和安裝在罐體上的壓力表、壓力開(kāi)關(guān)、壓力變送器、旁路磁翻柱液位計(jì)、空氣安全閥及自動(dòng)補(bǔ)氣裝置等組成。

1.2 油壓裝置的工作原理

油壓裝置和用油設(shè)備組成一個(gè)封閉的循環(huán)油路?；赜拖渖嫌袃商紫嗤碾姍C(jī)泵組，當(dāng)機(jī)組在運(yùn)行工況時(shí)，一臺(tái)油泵做連續(xù)或間斷運(yùn)行，另一臺(tái)做為備用。主用油泵可根據(jù)壓力罐內(nèi)油壓及液位的變化啟動(dòng)或停止，它們也可以輪換作為主、備用。在正常運(yùn)行時(shí)，當(dāng)壓力罐內(nèi)壓力降到6.1MPa時(shí)，啟動(dòng)主用泵從回油箱清潔油區(qū)吸油送到壓力油罐，當(dāng)壓力達(dá)到6.3MPa時(shí)停泵。當(dāng)壓力罐輸出油量大于主用泵輸油量或主用泵未能在6.1MPa時(shí)啟動(dòng)，致使罐內(nèi)壓力繼續(xù)下降，當(dāng)降至5.8MPa時(shí)，啟動(dòng)備用泵，當(dāng)罐內(nèi)壓力升至6.3MPa時(shí)，停止主、備用泵。系統(tǒng)中的回油返回回油箱臟油區(qū)，通過(guò)過(guò)濾網(wǎng)過(guò)濾后進(jìn)入箱內(nèi)凈油區(qū)，以備投入下一輪循環(huán)。

壓油罐內(nèi)的油氣體積比為1：2，為了保證壓力罐內(nèi)油氣比例，壓力油罐上裝有自動(dòng)補(bǔ)氣裝置，當(dāng)壓力油罐內(nèi)的油位達(dá)到上限，而壓力又降至6.0MPa以下，則自動(dòng)補(bǔ)氣裝置動(dòng)作向罐內(nèi)補(bǔ)氣，直到壓力達(dá)到6.4MPa或油位降至下限油位，停止補(bǔ)氣。

2 油壓裝置控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)采用以油壓控制為主、油位控制為輔的方式。由PLC根據(jù)壓力油罐和回油箱自動(dòng)化元件所提供的壓力、油位信號(hào)對(duì)油泵、組合閥、自動(dòng)補(bǔ)氣裝置等進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)氣控制以及油泵控制，從而使壓力油罐內(nèi)的油壓、油位保持在正常范圍內(nèi)，同時(shí)PLC根據(jù)回油箱自動(dòng)化元件所提供的油位信號(hào)對(duì)自動(dòng)添油裝置進(jìn)行控制，保證回油箱油位正常，使整個(gè)水輪機(jī)組得以正常運(yùn)行。

圖1 油壓裝置機(jī)械液壓系統(tǒng)圖

控制裝置采用現(xiàn)地自動(dòng)控制為主，現(xiàn)地手動(dòng)控制為輔的控制原則?？刂品绞接稍O(shè)在控制屏上的控制開(kāi)關(guān)設(shè)定，控制開(kāi)關(guān)設(shè)“自動(dòng)”、“手動(dòng)”兩個(gè)位置。

（1）控制開(kāi)關(guān)在“自動(dòng)”位置時(shí)，由PLC根據(jù)每臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行次數(shù)自動(dòng)輪換其工作／備用方式；當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，PLC自動(dòng)識(shí)別，切除故障并報(bào)警，同時(shí)由PLC控制啟動(dòng)備用設(shè)備，維持系統(tǒng)正常工作。

（2）控制開(kāi)關(guān)在“手動(dòng)”位置時(shí)，可不經(jīng)PLC直接控制油泵的啟、停。只能由操作人員現(xiàn)地手動(dòng)啟停對(duì)應(yīng)油泵，便于設(shè)備調(diào)試及在特殊情況下的手動(dòng)操作處理。

2.2 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

油壓裝置控制系統(tǒng)由油壓裝置控制柜及油泵啟動(dòng)柜組成。

油壓裝置控制柜主要負(fù)責(zé)各個(gè)子系統(tǒng)的控制，考慮到對(duì)輸入輸出的要求及系統(tǒng)模塊的擴(kuò)展，油壓裝置控制柜選用 Schneider M340可編程控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，Schneider M340可編程控制器具有體積小、擴(kuò)展模塊類型多、可實(shí)現(xiàn)modbus通訊等特點(diǎn)。該系統(tǒng)用了24個(gè)離散輸入點(diǎn)、4個(gè)模擬輸入點(diǎn)、24個(gè)離散輸出點(diǎn)，PLC硬件組態(tài)見(jiàn)表1。Schneider M340可編程控制器在實(shí)現(xiàn)油壓裝置的運(yùn)行和管理的同時(shí)，還將運(yùn)行結(jié)果反饋給PLC進(jìn)行智能判斷，形成閉環(huán)控制。并將故障信息和相關(guān)的采樣數(shù)據(jù)等傳送到遠(yuǎn)程LCU上，以便于系統(tǒng)分析、運(yùn)行管理和維護(hù)。

表1 硬件組態(tài)表

油泵啟動(dòng)柜主要由油泵的控制回路（手動(dòng)和自動(dòng)）和主回路組成，為了保證油壓裝置工作的可靠性，裝有2臺(tái)螺桿泵，1臺(tái)為工作油泵，另1臺(tái)為備用油泵，當(dāng)機(jī)組在運(yùn)行工況時(shí)，一套油泵做間斷運(yùn)行，另一臺(tái)做為備用。為了延長(zhǎng)油泵電機(jī)的使用壽命，油泵電機(jī)的啟?？刂撇捎檬┠偷鹿镜腁TS-48系列軟啟動(dòng)器；當(dāng)2臺(tái)壓油泵都設(shè)置為自動(dòng)方式時(shí)，由PLC完成2臺(tái)泵的工作／備用方式設(shè)置和切換和啟?？刂?。

2.3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)的軟件是基于Schneider的Unity Pro應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)的。根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，本系統(tǒng)分為啟泵子程序、停泵子程序和補(bǔ)氣子程序，主用泵選擇子程序，自動(dòng)添油子程序，故障處理子程序等五個(gè)功能子程序，系統(tǒng)控制流程如圖2所示。根據(jù)各個(gè)工況的 不同控制要求，主要完成以下幾項(xiàng)功能：

圖2 主程序流程圖

（1）壓力的控制：壓力罐內(nèi)的壓力應(yīng)保持在6.1～6.3MPa之間，當(dāng)壓力發(fā)生變化時(shí)，對(duì)油泵以及自動(dòng)補(bǔ)氣裝置進(jìn)行控制，以保持壓力罐內(nèi)的壓力在合理的范圍內(nèi)，保證機(jī)組的正常運(yùn)行。

（2）自動(dòng)補(bǔ)氣控制：壓油罐內(nèi)的油氣體積比為1：2，當(dāng)壓力油罐內(nèi)的油位達(dá)到上限，而壓力又降至6.0MPa以下，則自動(dòng)補(bǔ)氣裝置動(dòng)作向罐內(nèi)補(bǔ)氣，直到壓力達(dá)到6.3MPa或油位降至下限油位，停止補(bǔ)氣。

（3）油泵的控制：為了保證壓力罐壓力正常，本系統(tǒng)設(shè)有兩臺(tái)油泵，互為主備用，且泵間歇運(yùn)行，壓力<6.1MPa時(shí)，啟動(dòng)主用油泵；壓力<5.8MPa時(shí)，啟動(dòng)輔助泵；當(dāng)壓力低于事故低油壓壓力時(shí)，發(fā)出事故停機(jī)信號(hào)。根據(jù)泵的運(yùn)行時(shí)間，兩臺(tái)泵輪流作為主用泵啟動(dòng)。

（4）回油箱油位控制：回油箱油位低時(shí)，油位低開(kāi)關(guān)動(dòng)作自動(dòng)添油，當(dāng)油量加到正常位置時(shí)，它的回油箱油位正常壓力開(kāi)關(guān)接點(diǎn)閉合，關(guān)閉自動(dòng)添油裝置。

3 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)采用油壓、液位雙重控制方案，提高了系統(tǒng)的可靠性；實(shí)現(xiàn)定期自動(dòng)“倒泵”，保證每臺(tái)油泵年運(yùn)行小時(shí)數(shù)相等，避免了使用率不均而造成部分油泵過(guò)磨損或因長(zhǎng)期不用而卡澀。采用軟啟動(dòng)器，解決了由于油泵啟動(dòng)沖擊而引起的電氣、機(jī)械故障等問(wèn)題。

本系統(tǒng)是按照“無(wú)人值班，少人值守”的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此對(duì)輔助設(shè)備的自動(dòng)化程度要求較高，PLC和現(xiàn)場(chǎng)總線在水電廠控制系統(tǒng)中的應(yīng)用提高了輔助設(shè)備控制系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。節(jié)省了投資費(fèi)用，給電廠工作人員的運(yùn)行、維護(hù)帶來(lái)了很大的方便。

該系統(tǒng)已用于安徽響水澗，云南功果橋等多個(gè)電站，實(shí)際應(yīng)用證明該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，可靠性很高。

[1]Modicon M340編程手冊(cè)[S]．施奈德電氣公司．

[2]Unity Pro語(yǔ)言和程序結(jié)構(gòu)[S]．施奈德電氣公司，2006（11）．