黑麋峰抽水蓄能電廠直流高壓頂軸油泵改造探討

陳　淼，張　俊

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長沙 410004）

黑麋峰抽水蓄能電廠直流高壓頂軸油泵改造探討

陳淼，張俊

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長沙 410004）

摘要：黑麋峰抽水蓄能電廠每臺機組配置2臺高壓頂軸油泵(以下簡稱高頂油泵)，油泵流量為：15 L/m in，配套電機功率為：16 kW，供電方式為三相交流380 V，正常工作時1臺油泵工作，另1臺備用，由PLC控制自動切換，電源取自電廠廠用400 V系統，在極端情況下，2臺高頂油泵電源均消失，如機組當時正在停機，高頂油泵不能啟動，將會對推力瓦造成損傷，此種情況不滿足抽水蓄能設計導則第11.2.10條款要求,故黑麋峰抽水蓄能電廠需增裝一臺由直流電源供電的高頂油泵，電源取自主廠房直流系統，當廠用交流電源失電時，直流供電的高頂油泵仍可以正常啟動，有效保障機組安全穩定運行。本文介紹了黑麋峰抽水蓄能電廠高頂油泵改造中直流電機及油泵選型，直流斬波器在系統中的應用，以及整套系統的建立調試等過程，調試結果滿足使用需求，達到了預期效果。

關鍵詞：直流電機；系統方案；軟啟動

1　引言

高頂油泵在發電機啟動、停機或盤車期間，用于向發電機轉子軸承提供高壓油，將轉子頂起一極小間隙，使潤滑油能順利進入間隙形成油膜，避免軸承發生干摩擦而受損。高頂油泵在機組運行中啟動的次數和時間并不多，但是對于機組的安全運行卻有著不可忽視的重要作用，運行中必須充分保證高頂油泵的可靠性。因此，需要一臺直流高頂油泵作為備用，在發電廠廠用交流電出現故障時啟動。

2　主設備選型

2.1油泵選型

黑麋峰抽水蓄能電廠高頂油系統設計壓力為20MPa，設計流量為15 L/min，為保障油泵性能，選取力士樂油泵，根據技術需求：油泵壓力大于20MPa，油泵流量為15 L/min，參考力士樂油泵工程指南[1]，規格型號表（見表1）、技術數據表（見表2），我們最終選取公稱規格為11的型號為PGH3-2X/011RE07V/U2油泵。

表1　力士樂油泵規格型號

表2　力士樂油泵技術參數

1）在n=1450 r/m in和p=10bar,v=46mm2/s時測率；2）最大10 s，不超過負荷周期的50%；3）泵工作時的最佳粘度范圍25~100mm2/s；4）注意！壓力峰值不能超過此值！5）注意！當使用此特別工作介質時會有部分限制！

2.2直流電機選型

根據油泵型號以及參數確定直流電機參數，根據工程指南，單個泵的驅動轉矩[1]可計算如下：

液壓-機械

2.3啟動控制器選型

對于電機的啟停控制方式選取，基于目前發電廠多數采用傳統裝置，其原理是以切換電阻的方式控制直流油泵電機的啟停。該控制在電阻切換時會對直流電源和電機產生較大的浪涌電流沖擊[3]。這不僅會影響直流電機的壽命。而且會對繼電保護系統產生較大影響，嚴重時將造成繼電保護和自動裝置誤動作，釀成事故。另外，在油泵電機停機時。采用接觸器來斷開直流電機的電源，電機的感性負載會引起接觸器觸頭之間嚴重的燃弧。由于電弧持續時間較長，造成觸頭燒損嚴重或被燒毀粘結，維修工作量大，可靠性很低，因此我們此次改造要應用直流電機的平滑軟啟和軟停的方式，即采用全控型IGBT模塊[4]和PWM控制技術[5]的軟啟動控制器。

根據電機參數，我們選擇HC-220/100A-R的軟啟動控制器，該型軟啟動控制器采用國際最先進的電力電子器件IGBT大功率模塊作為主功率開關，控制原理如圖1所示，調壓范圍在0~220 V之間，可實現轉速從零起調，另外該控制器具備過熱、限流、異常欠壓等保護功能，可以滿足現場使用需求。

圖1　軟啟動控制器控制原理圖

3　施工過程

3.1直流油泵控制柜安裝

（1）在原2臺交流的右側安裝直流油泵控制箱。控制箱側面進出線，與電纜橋架接近，使進出線美觀。控制箱內元器件布局合理，各接線端子均檢查緊固，元器件均經檢查正常。

（2）直流油泵控制箱上設有：直流進線電源電壓表，直流電機電壓、電流表、DC220V電機電源指示燈、控制電源DC24V電源指示燈、直流油泵運行、退出和故障指示燈，并設有直流油泵的手動、自動、切除選擇開關，手動狀態時的投入/切除開關。

3.2油泵支架及油泵安裝

（1）在原2臺交流的左側安裝直流油泵支架，直流油泵支架尺寸和顏色與原油泵支架一致。為確保長期安全穩定，支架背板用膨脹螺栓固定在墻上，底面用支腳固定在地面上。

（2）在油泵支架四周搭設簡易腳手架，使用手拉葫蘆將電機安裝至支架上。

（3）校正泵軸和電機軸的同心度。在聯軸器外圓上，允許偏差0.1mm；2聯軸器平面的間隙應保證2～4mm（小泵取小值），間隙要均勻，允差0.3mm，接好進出油管路。

3.3油路改造

（1）如圖2所示，在原進油管上接一個三通，將進油管接至直流油泵的直通閥，再由直通閥接入直流油泵吸油口，直流油泵出油管與原出油管相連，所選接頭、管路滿足額定壓力等級。連接方式均采用卡扣式連接，螺紋連接處均涂抹管螺紋膠。

圖2　管路改造圖

（2）管路經打壓、保壓試驗合格后，將管路進行清洗，清洗干凈后裝復，裝復前將管路與油泵內空氣排凈。

3.4電源及控制部分改造

（1）從電廠交直流控制電源分屏柜備用開關引入220 V直流電源給直流電機供電。核對備用開關容量，確保備用開關滿足使用需求，其中電機電源與控制柜電源分別取自兩段直流母排，以確保系統安全運行。

（2）發電機高壓頂起油泵正常工作狀態下，原1、2號高壓頂起油泵輪值運行，直流油泵作為后備油泵。在1、2號油泵故障退出時，投入直流油泵工作。

（3）自動控制模式下，油泵的選擇、投入和退出由原交流高壓頂起油泵控制柜中的PLC完成，控制程序重新編程，加入直流油泵控制程序。新加入控制程序如圖3所示，改造后程序只在原程序添加了MP3-RUN線圈，其余添加程序均在新增程序段DC-MOTOR中，此處添加MP3-RUN線圈是為了實現當直流泵啟動時，發出停止2臺交流泵命令，防止直流泵運行過程中，交流泵因為故障消除而啟動。當2臺交流泵均故障時，直流泵啟動；停機條件（遠程停機/轉速/故障）滿足時停止。在啟動失敗的情況下，若啟動主泵，（FBI-7）11 s之后，壓力信號%M133仍沒有動作，則判定主泵啟動失敗，啟動備泵。當主泵啟動失敗，（FBI-33）10 s之后壓力信號M133仍沒有動作，則判定備泵啟動失敗，啟動直流泵，直流泵啟動（FBI-34）12 s之后壓力信號M133仍沒動作，則判定直流泵啟動失敗，停止直流泵。

圖3　直流油泵控制程序

整體安裝完成后如圖4、圖5所示。

圖4　安裝前

圖5　安裝后

3.5系統調試

3.5.1手動模式打壓試驗

試驗過程：首先手動開啟直流油泵，觀察電流，電壓、壓力等初始數據，試驗數據如表3：

表3　電機啟動各測得數據

試驗結果及分析：油泵手動啟動過程中，電機運行正常，油泵工作正常，管道密封完好。各輔機動作正常，系統轉動部件與靜止部件之間無異常，通過2次啟動所測電壓、電流以及壓力數據可得知電機啟動平穩，對直流系統沖擊小，電機運行穩定。如圖6、圖7機組頂起上抬量數據可以看出新增直流泵與原交流泵頂起量均為6道，直流泵輸出壓力可滿足機組的使用需求，試驗整體完成后對系統各部位檢查均正常。

3.5.2自動動模式PLC程序邏輯試驗

試驗過程：

1）手動控制打壓試驗完畢，隨后進行PLC程序邏輯試驗。

2）模擬1號、2號交流泵故障，順利啟動直流泵。

圖6　交流泵啟動時機組頂起上抬量

圖7　直流泵啟動時機組頂起上抬量

3）模擬1號、2號交流泵啟動失敗，順利啟動直流泵。

4）模擬直流泵故障，順利停止直流泵。

試驗結果及分析：PLC程序邏輯測試過程中，各動作流程準確，繼電器響應及時準確，邏輯正確。電路無任何異常。

4　結束語

本次改造有效解決了黑麋峰抽水蓄能電廠一直以來無直流高頂油泵作備用保障的問題，改造后提高了機組運行安全性以及可靠性，希望本項改造實踐能為同行提供參考。此次改造還有一些遺留問題亟待解決，例如：黑麋峰抽水蓄能電廠2臺交流泵互為備用，在PLC邏輯中，當1號交流泵故障判定成功11 s后2號交流泵啟動，但2號泵如也發生故障，則新增直流泵須等到1號、2號泵均判定故障后10 s方可啟動，此時啟動時間超過20 s，對于緊急停機情況此判定時間過長，因此尚需向原設計單位征求意見，能否修改時間定值，如何修改等問題。

參考文獻：

[1]Kinamatic Direct Current M otors[EB/OL].www.gemotors. com,800-541-7191.

[2]劉錦波，張承慧.電機與拖動[M].北京：清華大學出版社，2005.

[3]李先允.電力電子技術[M].中國電力出版社，2006.

[4]謝檬，駱一萍，申忠如.直流潤滑油泵軟起動控制系統的研制[J].電力電子技術，2010,44(10)：116-118.

中圖分類號：TV735

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）08-0008-04

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.08.003

收稿日期：2015-05-04

作者簡介：陳淼（1988-），男，助理工程師，從事水電廠設備檢修與維護工作。