水輪機電站球閥控制系統

  1 水輪機電站球閥控制系統前言
    之前介紹組合式減壓閥在國華惠州熱電應用，現在介紹進水閥在水輪發電機組中起著特別很是緊張的作用：當機組停機時，關閉進水閥門用于減小水流損失；當機組發生故障而調速器失靈時，能在動水下緊急關閉，敏捷切斷水流，避免事故的繼承擴大。球閥是進水閥的一種。近年來隨著我國大型沖擊式水輪發電機組的賡續發展，對制造和控制技術的要求也日益進步，對進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的繼電器邏輯控制體例，因為組成的元器件均組裝在大小不同的盤柜中，轉接點多、配線復雜，從而導致控制裝配的故障易發，可靠性欠佳，且邏輯關系復雜，控制體例單一，信息量少，僅能知足基本功能；在機械液壓控制上采用管路加閥門的體例，配管復雜，有可能產生大的走漏，互換性、通用性差，使用壓力范圍窄。目前電廠對機組的主動化要求賡續進步，傳統控制體例已不能知足用戶要求。針對這一征象，東方電機控制公司對球閥控制進行了大量的改進，采用當代電子控制技術和二通插裝閥與集成控制閥塊結構，開發出新型球閥控制裝配，現已成功應用于金窩電站、仁宗海電站等大中型沖擊式機組。本文對該控制裝配的組成、功能、特點等作一簡要介紹。
    2 水輪機電站球閥控制系統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，柜面子板上的表現采用工業觸摸屏，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；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，其余表現部分仍采用指示燈等，這種體例結構較簡單，成本也較低，功能也很壯大且對現場空間要求不高。所以一樣平常機組如無特別要求我公司均采用壁掛式PLC電氣控制箱，本文就只對PLC電氣控制箱做簡要介紹。
    壁掛式PLC電氣控制箱內裝有高性能可編程序控制器與輸入輸出接口，其正面板上裝有現地和遠方控制轉換開關、聯動和非聯動轉換開關、球閥開啟控制按鈕!球閥關閉控制按鈕以及各種狀況指示燈。

    （l）水輪機電站球閥控制系統可編程序控制器
    可編程序控制器（PLC）屬整個電氣控制裝配的核心，其性能優劣和性價比直接影響到控制裝配的品質。球閥控制體系電氣控制裝配采用日本KOYO公司生產的DZ-250-1型PLC，供電電源為安全可靠的24VDC或22OVDC，該產品形狀尺寸緊湊，安裝布置方便，具有很好的性價比。同時，它支撐220VAC電源供電，尤其適合水電廠電源環境，其大容量繼電器輸出模塊具有250VAC/的接點負載能力，可直接操作交流接觸器和電動閥門，取消中心繼電器，簡化體系結構。
    PLC重要技術指標有：
    工作電壓   220VAC/220VDC通用，24VDC
    累加器規格32位（bit）
    飭令種數   189
    處理速度   2ms/lk語
    程序存儲容量7680語
    數據寄存器   8320字
    輸入輸出點數256點
    內部繼電器數1024點
    準時器數     256
    計數器數     128
    累加器規格   32位（bit）
    該系列可編程序控制器有兩個通信口，支撐RS232C/RS485?MODBUS協議，平均*運行時間5000h，可根據水電站球閥控制裝配的輸入、輸出容量對PLC的電源框架和輸入、輸出模塊進行選配。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，如選擇開關、按鈕、指示燈、開關電源等。
    2.2 液壓控制體系
    液壓控制體系采用我公司設計改進的液壓控制閥組，閥組上裝有操作球閥接力器開啟的電液換向閥和關閉的電液換向閥、二通插裝閥、單向閥、液動換向閥、還裝有操作球閥工作密封投入與退出的電液換向閥，操作旁通閥開啟和關閉的電液換向閥!單向節流閥以及操作檢修密封投入和退出的手動換向閥，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，確保該閥組可靠運行。閥組供油油壓為2.5~10MPa。閥組上端裝有壓力表，用來表現壓力油源油壓。該閥組重要結構特點如下：
    （l）體系設計天真、可靠性高、穩固性好。
    （2）形狀尺寸小，連接方便，安裝成本低。
    （3）消弭了外走漏，并削減了內走漏，降低了液壓體系維護成本。
    （4）設置快速測試接頭能隨時監測球閥接力器開啟腔、關閉腔油壓及各緊張部分動作情況。
    （5）旁通閥開、關時間和球閥接力器開、關時間延續可調，調節范圍廣，可知足要求。
    （6）采用可靠的、批量生產的、功能單一的標準液壓元件，裝配的互換性、通用性強，標準化程度高，使用壓力范圍廣。
    （7）僅靠純機械液壓過速珍愛裝配過來的外控液壓旌旗燈號就可直接液壓關閉球閥。

    2.3 其他控制部件
    在球閥的前后裝有一個差壓開關和兩塊壓力表，用于監測和表現球閥前!后端水壓，差壓開關為PLC控制體系提供球閥開啟前的平壓旌旗燈號；在球閥的操作油管路上裝有控制球閥的接力器開腔和旁通閥開腔開!閉的進口電動球閥，避免機組在停機狀況下發生誤動作，確保機組的安全可靠；此外，還設有球閥!旁通閥!工作密封和檢修密封位置開關，用于監測其所處的狀況"其中差壓開關的選摘要細致根據各個電站現實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現現地和遠距離主動操作球閥的開啟和關閉。
    球閥控制體系具有電動液壓和機動液壓雙重控制功能，它既能接受電氣控制飭令進行球閥的開啟和關閉操作，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，直接接受機械液壓過速珍愛裝配機動換向閥的液壓控制飭令進行緊急關閉球閥操作，以珍愛機組的安全。
    3.1 PLC電氣控制箱
    PLC電氣控制箱（見圖1）內裝有可編程序控制器，開關電源，電源斷路器，電源監視器等，球閥的開啟與關閉流程由可編程序控制器程序控閥開啟控制按鈕，球閥關閉控制按鈕以及用來指制邏輯自行完成。控制箱的前面板上裝有現地和示球閥、旁通閥、工作密封和檢修密封全開與全遠方控制轉換開關，聯動和非聯動轉換開關，球關狀況的指示燈。
淺析水電站球閥控制體系
圖1 PLC電氣控制箱
    當把轉換開關切換到遠方控制體例時，控制箱接受遠方監控體系的控制，由監控體系給出開啟或者關閉球閥的飭令，球閥控制體系通過PLC程序控制邏輯完成球閥的開啟或關閉流程。當把轉換開關切換到現地控制體例時，由PLC電氣控制箱面板上的萬啟與關閉控制按鈕現地操作球閥的開啟與關閉"當機組出現緊急事故停機時（比如機組過速或者按動機組緊急事故停機按鈕），不管是現地控制體例照舊遠方控制體例，都會關閉球閥以保證機組安全。
    控制體系還設置了一個聯動與非聯動控制體例選擇開關，它可用來決定球閥是否隨機組啟停而開啟和關閉"當把轉換開關切換到聯動體例，機組開機飭令到來時，開啟球閥；機組停機飭令到來時，關閉球閥"當把轉換開關切換到非聯動體例，球閥的開啟只接受遠方監控體系“遠方開啟球閥”飭令或現地開啟球閥控制按鈕的控制；球閥的關閉只接受遠方監控體系“錘方關閉球閥”飭令或現地關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有響應的狀況指示燈以外，它還提供如下狀況旌旗燈號，可反饋至中間控制室或者其他必要該旌旗燈號的設備：     
    球閥的全開、全關位置旌旗燈號；
    旁通閥的全開、全關位置旌旗燈號；
    工作密封投入、退出狀況旌旗燈號；
    檢修密封投入、退出狀況旌旗燈號；
    PLC退出運行時故障報警旌旗燈號。

    3.2 球閥液壓控制閥組
    （l）球閥液壓控制閥組（見圖2）是由二通插裝閥，開啟球閥的電液換向閥1DPK（單線圈），關閉球閥的電液換向閥1DPG（單線圈），球閥開、關時間調節裝配，液動換向閥，控制旁通閥開、關的電液換向閥ZDP（雙線圈），調節旁通閥開、關時間的單向節流閥，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換向閥SHP，壓力表，測壓接頭，外接法蘭，管接優等液壓元器件和主閥塊、頂塊組成。悉數液壓元器件集中安裝在主閥塊和頂塊上，成為一個球閥液壓控制閥組。閥組上還配有安裝底板，用于整個閥組的安裝固定。
    （2）球閥液壓控制閥組有13個外接油口，其中Al接接力器開啟腔；Bl接接力器關閉腔；P0接壓力油源；功接回油箱；X0為外控油口，接機械液壓過速珍愛裝配的機動換向閥，用于接受機械液壓過速珍愛裝配的液壓控制旌旗燈號；X（X）為外控油口，接球閥接力器全關位置機動換向閥，用于接受球閥接力器全關裝配的液壓控制旌旗燈號；A2接旁通閥關閉腔；BZ接旁通閥開啟腔；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，還設有6個微型測壓接頭，可用于在現場調試時，監測壓力油源、接力器開腔、接力器關腔!外控液壓旌旗燈號的壓力及液動閥所處狀況。
    （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行球閥的開、關操作。當球閥液壓控制體系在現場調試時，也可以分別手動操作球閥液壓控制閥組上電液換向閥，來開、關旁通閥，退出、投入工作密封，開、關球閥；但是必須按照球閥的操作順序進行操作。
    （4）在球閥液壓控制閥組上，設置有球閥開、關時間調節裝配，用于球閥開啟!關閉過程時間調節。球閥的開、關時間應當嚴酷按照有關技術要求設定。旁通閥開啟和關閉時間調節是通過裝于閥組上的單向節流閥進行調節的。

    3.3 球閥的操作
    3.3.1 球閥開啟
    球閥開啟條件為：水輪機導葉在全關位置，球閥在全關位置，機組無事故，球閥檢修密封處于退出狀況.
    當開啟條件悉數知足，且現地或遠方發出開啟飭令后，PLC電氣控制箱開啟控制程序啟動，首先，開啟球閥開啟腔電動閥，再開啟旁通閥開啟腔電動閥，控制ZDP電液換向閥，開啟旁通閥向蝸殼充水平壓，當球閥前后端水壓的差壓值鑊30%全水壓力值時，差壓開關動作，控制3DP電液換向閥退出工作密封，工作密封退出，其位置開關動作后，控制1DPK電液換向閥開啟球閥接力器，當球閥開到全開位置，其位置開關動作后，操作ZDP電液換向閥關閉旁通閥到全關位置，至此球閥開啟操作結束。
    3.3.2 球閥關閉
    上海申弘閥門有限公司主營閥門有：蒸汽減壓閥,減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,水減壓閥當現地或遠方發出關閉飭令或機組事故拭機組事故包括：機組過速!機組事故停機、機械液壓過速珍愛動作），PLC電氣控制箱關閉程序啟動，首先控制1DPG電液換向閥關閉球閥，當球閥關到全關位置，其位置開關動作，控制3DP電液換向閥投入工作密封到投入位置，再關閉球閥開啟腔電動閥，關閉旁通閥開啟腔電動閥，至此球閥關閉操作結束。
    3.3.3 機械液壓過速珍愛動作
    機械液壓過速珍愛裝配的機動換向閥的液壓控制旌旗燈號控制球閥關閉。在球閥液壓控制閥組上，設有外控油口X0和X00。正常狀況下（即機械液壓過速珍愛裝配未動作），外控油口X0是通過機械液壓過速珍愛裝配的機動換向閥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與球閥全關位置機動換向閥2JP相連接，球閥關到全關位置，外控油口X00通過機動換向閥2JP與壓力油源雷同處于有壓狀況；球閥在全關以上至全開位置外控油口X00通過機動換向閥2JP與回油雷同處于無壓狀況。當水輪發電機組過速時，機械液壓過速珍愛裝配動作后，機動換向閥1JP閥位發生切換，外控油口X0通過機動換向閥與回油雷同，球閥液壓控制閥組將直接由外控油口X0來的液壓旌旗燈號主動將球閥關閉，當球閥接力器關至全關時，球閥全關位置機動換向閥2JP閥位發生切換，外控油口X00通過機動換向閥與壓力油雷同，操作液動換向閥YP使之發生切換，通過電液換向閥3DP投入工作密封，實現機械液壓過速珍愛緊急關閉球閥的目的。
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換向閥SHP來完成的，該閥旋鈕帶鎖，以防止誤動造成事故。
    4 結語
    球閥控制裝配自研制完成后，通過廠內試驗和現場調試，現已在電站成功運行，我們將對該產品賡續進行改進創新，使其臻于完善。與本產品相關論文：禁油脫脂氧氣減壓閥操作維護