小水電微機(jī)式調(diào)速器加壓裝置改造探討

譙興宇

摘 要：微機(jī)式調(diào)速器采用了可編程技術(shù)、液壓技術(shù)和數(shù)字化技術(shù)相結(jié)合生產(chǎn)的一種新型自動化調(diào)速器，被越來越多的小水電站使用，主要為水輪發(fā)電機(jī)組實(shí)現(xiàn)自動起、停機(jī)提供動力保障，如該系統(tǒng)故障頻出，直接影響到水輪發(fā)電機(jī)組安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。本文針對微機(jī)式調(diào)速器液壓系統(tǒng)中的電接點(diǎn)壓力表及在高油壓時不動作，造成步進(jìn)電機(jī)損壞這一故障現(xiàn)象及原因進(jìn)行分析，對該液壓系統(tǒng)中的加壓裝置在改造過程出現(xiàn)的新問題及進(jìn)一步改造原理進(jìn)行闡述，對小水電站自動化裝置的一些輔助設(shè)備改進(jìn)行有益的探討。

關(guān)鍵詞：微機(jī)式調(diào)速器；電接點(diǎn)壓力表；繼電器；液壓系統(tǒng)

中圖分類號：TB 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.35.100

1 背景現(xiàn)狀

隨著PLC技術(shù)在調(diào)速器上的廣泛應(yīng)用，調(diào)速器的產(chǎn)品性能及可靠性得到大幅度提高，采用可編程微機(jī)調(diào)速器替代原機(jī)械式調(diào)速器已被越來越多的小水電站使用，提升了小水電的自動化運(yùn)行水平，改造后的小水電運(yùn)行值班已經(jīng)實(shí)現(xiàn)無人值守或少人值守，減少了勞動強(qiáng)度并提升了經(jīng)濟(jì)效益。現(xiàn)小水電裝機(jī)容量在1000kW以下的機(jī)組的自動化改造，生產(chǎn)廠家因小水電自動化設(shè)備利潤薄，在改造過程中基本上都是借鑒大、中型水電站自動化成熟模式，并對一些功輔助功能進(jìn)行優(yōu)化，加之不同廠家對自動化備進(jìn)行優(yōu)化時又存在個體化差異，使小水電自動化設(shè)備存在不足。如小水電站在自動化設(shè)備維修、維護(hù)上經(jīng)驗(yàn)不足，可能會造成部份自動化設(shè)備故障頻出，又集中反應(yīng)在微機(jī)式調(diào)速器液壓系統(tǒng)中電接點(diǎn)壓力表故障，引起液壓系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)在油壓超過規(guī)定值時不動作，持續(xù)加壓使步進(jìn)電機(jī)過負(fù)荷、過電流導(dǎo)致線圈絕緣損壞。微機(jī)式調(diào)速器在液壓系統(tǒng)失去油壓后，使水輪發(fā)動機(jī)組機(jī)失去力保護(hù)，如不能及時發(fā)現(xiàn)并處理該故障，當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)跳閘或其它機(jī)械故障時，不能及時關(guān)閉水輪機(jī)導(dǎo)葉，導(dǎo)致故障擴(kuò)大甚至事故。

2 故障現(xiàn)象及原因分析

在從事小水電自動化裝置維修過程中，經(jīng)常遇到小水電站微機(jī)式調(diào)速器液壓系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)損壞，我認(rèn)真分析液壓系統(tǒng)加壓原理圖（圖1所示），當(dāng)油壓降低至規(guī)定的低油壓值時，電接點(diǎn)壓力表中間轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)②與低油壓觸點(diǎn)③接通（油壓升高時觸點(diǎn)②與觸點(diǎn)③自動斷開），接觸器1KM動作且步進(jìn)電機(jī)啟動工作，接觸器1KM-1自保持觸點(diǎn)使接觸器KM主觸點(diǎn)持續(xù)導(dǎo)通，同理當(dāng)油壓升至規(guī)定的高油壓值時，電接點(diǎn)壓力表中間切換觸點(diǎn)②與高油壓觸點(diǎn)①接通，接觸器2KM動作，其觸點(diǎn)2KM-2切斷接觸器1KM的工作電源，接觸器1KM失電且主觸點(diǎn)斷開，步進(jìn)電機(jī)失電停止加壓，工作原理沒有問題。我拆開電接點(diǎn)壓力表觀察后發(fā)現(xiàn)，由于流過電接點(diǎn)壓力表觸點(diǎn)電流采用電機(jī)工作接觸器1KM和2KM，型號為CJX2-32，線圈吸合瞬間容量達(dá)到110VA，保持需11VA，因此電接點(diǎn)表壓力表的低油壓觸點(diǎn)③、中間切換觸點(diǎn)②和高油壓觸點(diǎn)①在吸合或斷開瞬間電流相對較大、且閉合、斷開的頻率高，設(shè)備運(yùn)行一段時間后導(dǎo)致觸點(diǎn)逐漸產(chǎn)生弧碳化，使觸點(diǎn)之間逐漸發(fā)生接觸不良，出現(xiàn)運(yùn)行不穩(wěn)定狀態(tài)狀態(tài)，特別是中間切換觸點(diǎn)②和高油壓觸點(diǎn)①需在瞬間切除，如動作不可靠就會導(dǎo)致無法啟動接觸器2KM動作工作回路。接觸器1KM主觸點(diǎn)持續(xù)導(dǎo)通使電機(jī)持續(xù)加壓，造成液壓系統(tǒng)壓力持續(xù)增大，電機(jī)過負(fù)荷時間延長，直接導(dǎo)致電機(jī)過電流使線圈絕緣損壞，使水輪機(jī)失去保護(hù)。在檢查保護(hù)回路時發(fā)現(xiàn)，小水電站油壓加壓系統(tǒng)只使用了一只電接點(diǎn)壓力表，當(dāng)高壓區(qū)控制轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)損壞后，控制回路無法斷開工作電源，引起液壓系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)不能停機(jī)，引起液壓系統(tǒng)壓力繼續(xù)上升，使步進(jìn)電機(jī)過負(fù)荷、過電流導(dǎo)致電機(jī)線圈絕緣損壞，步進(jìn)電機(jī)損壞停止工作，調(diào)速器液壓系統(tǒng)壓力消失，使水輪機(jī)失去動力保護(hù)，直接影響機(jī)組設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3 改造后正作原理

為解決電接點(diǎn)壓力表三個觸點(diǎn)吸合或斷開瞬間電流相對較大、且閉合、斷開的頻率高，導(dǎo)致觸點(diǎn)產(chǎn)弧并逐漸碳化使電接表觸點(diǎn)之間接觸不良這一現(xiàn)象，并延長電接點(diǎn)壓力表的使用壽命，經(jīng)過查找相關(guān)資料及設(shè)備參數(shù)后，對圖1所示的保護(hù)回路進(jìn)行修改，在原圖的基礎(chǔ)上將1KM和2KM更換為兩個電子繼電器1KV、2KV（采用MY4N型），用電子繼電器1KV的和2KV工作觸點(diǎn)去控制接觸器KM主觸點(diǎn)閉合或斷開，使電接點(diǎn)的保護(hù)回路和步進(jìn)電機(jī)的啟動回路分開，保護(hù)回路其工作原理如圖2所示。

首先選擇電子繼電器的動作電壓KMA、KMC，可從微機(jī)式調(diào)速器里取出24V直流或者采用AC220V交流，作為電子繼電器1KV和2KV的工作電壓。當(dāng)油壓降低至規(guī)定的低油壓值時，電接點(diǎn)壓力表中間觸點(diǎn)③與低限觸點(diǎn)②接通時，動作電壓KMA經(jīng)過中間觸點(diǎn)③、低限觸點(diǎn)②、繼電器2KV的常閉觸點(diǎn)2KV-2，繼電器1KV的工作線圈至KMC，形成工作通路，電子繼電器1KV動作，其常開觸點(diǎn)1KV-1（1KV的自保持觸點(diǎn)）和觸點(diǎn)1KV-3接通，電源A相通過觸點(diǎn)1KV-3，常閉觸點(diǎn)2KV-4，接觸器KM動作線圈后至電源C相，接觸器KM動作且主觸點(diǎn)接通，步進(jìn)電機(jī)啟動開始加壓；當(dāng)油壓升至規(guī)定的高油壓值時，電接點(diǎn)壓力表中間轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)②與高油壓觸點(diǎn)①接通，繼電器2KV動作，其常閉觸點(diǎn)2KV-2和觸點(diǎn)2KV-4斷開，電子繼電器1KV和接觸器KM同時失電，繼電器1KV常開觸點(diǎn)1KV-1和1KV-3由閉合切換至常開狀態(tài)，當(dāng)時電接點(diǎn)壓力表的油壓降低時，壓力表中間轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)②與高油壓觸點(diǎn)①自動斷開，電子繼電器2KV失電，其觸點(diǎn)2KV-2和2KV-4由斷開切換至常閉狀態(tài)，微機(jī)式調(diào)速器油壓裝置系統(tǒng)自動進(jìn)入下一個動作循環(huán)。

4 改造后應(yīng)用與改進(jìn)

微機(jī)式調(diào)速器液壓系統(tǒng)油壓裝置改造運(yùn)行3個月后，突然接到運(yùn)行單位電話，說水輪發(fā)電機(jī)組在枯水時正常停機(jī)，再次啟動微機(jī)式調(diào)速器時，發(fā)現(xiàn)電接點(diǎn)壓力表油壓歸零，步進(jìn)電機(jī)絕緣線圈損壞。我到現(xiàn)場檢查二次控制回路沒有發(fā)現(xiàn)異常，步進(jìn)電機(jī)絕緣損壞系其它原因造成，尋問值班員得知，在枯水停機(jī)期間高壓線路B相發(fā)生故障，導(dǎo)致10KV線路缺相運(yùn)行30分鐘左右后線路停電，經(jīng)搶修后恢復(fù)送電，運(yùn)行值班員在起機(jī)時發(fā)生上述故障。因此判斷故障原因是A、C相電壓正常，控制回路正常啟動，步進(jìn)電機(jī)正常啟動，但由于電源B相缺相，導(dǎo)致步進(jìn)電機(jī)缺相運(yùn)行，電接點(diǎn)壓力表油壓無法上升至規(guī)定高壓區(qū)，二次控制回路無法斷開接觸器KM的工作電源，使步進(jìn)電機(jī)缺相運(yùn)行導(dǎo)致電機(jī)線圈絕緣損壞，系外部設(shè)備原因造成的液壓系統(tǒng)故障。因此在考慮保護(hù)回路同時，也應(yīng)考慮到設(shè)備原因、外力原因等多方面因素，提高二次保護(hù)的可靠性。因此對保護(hù)回路作了進(jìn)一步的改造，電子繼電器KV的動作電壓采用B相交流220V（或采用B相交流220V作為直流模塊輸入電壓），避免缺相造成設(shè)備損壞，同時防止電接點(diǎn)油壓表在高油壓觸點(diǎn)損壞，新增一個通電延時繼電器KT，即當(dāng)繼電器KT頭通電*S后（根據(jù)步進(jìn)電機(jī)平均加壓時長，人為設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的工作時間為*S，略大于正常加壓時間），通電延時繼電器KT的常閉觸點(diǎn)延時斷開，自動切斷電子繼電器1KV的自保持觸點(diǎn)1KV-1回路，繼電器1KV失電，達(dá)到斷開接觸器KM動作電源，達(dá)到備用保護(hù)的目的，其工作原理如圖3所示。

當(dāng)電接點(diǎn)壓力表油壓降低至低限觸點(diǎn)③與中間轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)②與低限觸點(diǎn)②接通，電子繼電器1KV動作動作，同時其常開觸點(diǎn)1KV-1（1KV的自保持觸點(diǎn)）和觸點(diǎn)1KV-3接通，接觸器KM動作主觸點(diǎn)接通，步進(jìn)電機(jī)啟動開始加壓，當(dāng)油壓升至規(guī)定高限觸點(diǎn)①時與中間轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)②接通時，電子繼電器2KV動作，其常閉觸點(diǎn)2KV-2和觸點(diǎn)2KV-4斷開，電子繼電器1KV、電子延時繼電器KT及接觸器KM同時失電，其觸點(diǎn)1KV-1和1KV-3由閉合切換至常開狀態(tài)；如電接點(diǎn)壓力表中間轉(zhuǎn)換觸點(diǎn)②與高限觸點(diǎn)①不能接通時，備用保護(hù)回路啟動，當(dāng)通電延時繼電器KT達(dá)到設(shè)定的通電*S后，延時繼電器KT的常閉觸點(diǎn)KT-2延時*S斷開，自動切斷電子繼電器1KV的自保持回路電源，繼電器1KV失電，常開觸點(diǎn)1KV-1和1KV-3由閉合切換至常開狀態(tài)，接觸器KM失電，其主觸點(diǎn)切換至斷開位置，達(dá)到備用保護(hù)調(diào)速器液壓系統(tǒng)的目的。為了提高微機(jī)式調(diào)速器液壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可增加一個備用的電接點(diǎn)壓力表，將其油壓值設(shè)定略高于低限觸點(diǎn)和略高于高限觸點(diǎn)，可設(shè)置為報(bào)警回路或備用保護(hù)回路，為微機(jī)式調(diào)速器起到雙重保護(hù)保護(hù)的目的，同時為延長電接表的使用壽命，可將電接壓力表更換為油浸式電接壓力表，可有效防止其三個觸點(diǎn)吸合或斷開瞬間電流相對較大、在觸點(diǎn)閉合、斷開的瞬間產(chǎn)弧、碳化問題，提高了觸點(diǎn)的使用壽命，使調(diào)速器液壓系統(tǒng)加壓裝置保護(hù)更為可靠，保證設(shè)備無故障運(yùn)行，在此就不作詳細(xì)論述。

5 結(jié)束語

該保護(hù)回路利用電子繼電器線圈接通電接點(diǎn)壓力表觸點(diǎn)工作回路，使流過電接點(diǎn)壓力表觸點(diǎn)的工作電流很小，有效降壓力表觸點(diǎn)產(chǎn)弧、沾連和碳化問題，延長了該類精密儀器的使用壽命，通過幾年應(yīng)用實(shí)踐，反饋信息設(shè)備運(yùn)行可靠、穩(wěn)定，效果較好。在小水電站自動化改造過程中，微機(jī)式調(diào)速器是關(guān)鍵一環(huán)，解決了調(diào)速系統(tǒng)在運(yùn)行中存在的問題，降低小水電站自動化設(shè)備故障率，同時實(shí)現(xiàn)調(diào)速系統(tǒng)的自動控制和調(diào)節(jié)，保證機(jī)組安全穩(wěn)定、可靠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。