水導(dǎo)油泵控制回路自動開機(jī)受阻的改進(jìn)

王雨生

（龍灘水力發(fā)電廠，廣西 天峨547300）

1 概述

龍灘水電站位于廣西天峨縣境內(nèi)，是國家西部大開發(fā)的十大標(biāo)志性工程。目前電站裝機(jī)為7×700MW的水輪發(fā)電機(jī)。

龍灘水電廠水輪機(jī)采用立式半傘結(jié)構(gòu)，作為水輪機(jī)的關(guān)健部件之一——水導(dǎo)軸承，其作用是承受機(jī)組轉(zhuǎn)動部分的徑向機(jī)械不平衡力和電磁不平衡力，維持機(jī)組軸線位置，使機(jī)組軸線在規(guī)定數(shù)值范圍內(nèi)定心運行。水導(dǎo)瓦溫是保證水導(dǎo)軸承及機(jī)組運行的重要前提之一，而水導(dǎo)冷卻系統(tǒng)又是溫度保障的關(guān)鍵部件，本文對龍灘1號機(jī)水導(dǎo)外循環(huán)控制系統(tǒng)的控制回路在黑啟動試驗過程中遇到的問題及其解決方法進(jìn)行介紹。

2 龍灘水導(dǎo)外循環(huán)系統(tǒng)簡介

2.1 水導(dǎo)冷卻系統(tǒng)介紹

龍灘水導(dǎo)軸承采用稀油潤滑巴氏合金軸承。水導(dǎo)軸承冷卻采用外加油泵外循環(huán)冷卻方式，其缺點是水導(dǎo)油泵運行的可靠性將直接影響機(jī)組的運行可靠性。水輪機(jī)導(dǎo)軸承外循環(huán)系統(tǒng)由2臺油泵電機(jī)、冷卻器、管路、自動化元件等組成。

2.2 水導(dǎo)控制系統(tǒng)原理

水導(dǎo)控制系統(tǒng)由上海希科公司供貨，水導(dǎo)外循環(huán)控制系統(tǒng)布置在水輪機(jī)輔助設(shè)備控制柜內(nèi)，2臺水導(dǎo)油泵電機(jī)電源分別取自機(jī)組自用電的兩段母線（如圖1）。油泵的動力電源引入水輪機(jī)輔助設(shè)備柜后通過空氣開關(guān)、接觸器和熱偶繼電器再接至電機(jī)。油泵可通過PLC自動控制、觸摸屏人為控制和柜內(nèi)控制把手人為控制。

圖1 水導(dǎo)外循環(huán)控制回路圖

當(dāng)采用“現(xiàn)地、自動”方式時，2臺油泵互相備用，PLC接收到監(jiān)控系統(tǒng)開出的開機(jī)脈沖后將開機(jī)令自動保持，按照順控流程啟動1臺油泵，當(dāng)油泵出現(xiàn)建壓或油流故障或運行達(dá)到規(guī)定周期后自動切換至備用泵，此種方式下監(jiān)控不能單點開出啟動指定的某1臺油泵。

當(dāng)采用“遠(yuǎn)方、自動”方式時，2臺油泵互相備用，PLC接收監(jiān)控系統(tǒng)開出的單點啟動和停止的命令啟停對應(yīng)的油泵，不對油泵進(jìn)行切換。

將柜內(nèi)對應(yīng)油泵的控制把手切至“啟泵”位，該方式下不通過PLC而直接通過二次接線接通接觸器勵磁線圈，從而啟動油泵。

2.3 開機(jī)流程邏輯判據(jù)

從圖2中可以看出，當(dāng)左側(cè)判決條件不滿足時，右側(cè)“油循環(huán)系統(tǒng)”將不滿足條件，從而閉鎖開機(jī)流程執(zhí)行，導(dǎo)致開機(jī)流程退出，避免機(jī)組非正常開機(jī)情況的發(fā)生。

圖2 水輪機(jī)輔助設(shè)備控制柜開機(jī)流程判斷條件

3 工作過程中存在的問題及原因分析

3.1 存在問題

在進(jìn)行黑啟動驗證試驗過程中，當(dāng)機(jī)組自用電僅由400V II段電源供電時，發(fā)現(xiàn)監(jiān)控上開機(jī)條件不滿足，機(jī)組不能由監(jiān)控系統(tǒng)下令開機(jī)，即400V 1號機(jī)組自用電II段有壓，I段 無壓情況下，1號機(jī)開機(jī)條件不滿足。

3.2 原因分析

（1）間接原因（見圖 3）：監(jiān)控顯示，“油循環(huán)系統(tǒng)OK”條件不滿足，油循環(huán)系統(tǒng)中報“水輪機(jī)輔助設(shè)備控制柜動力電源消失”信號。

（2）具體原因：1號水導(dǎo)油泵進(jìn)線開關(guān)上端3JJ繼電器失壓（電源取自400V 1號機(jī)組自用電I段，見圖1），導(dǎo)致3JJ常閉接點閉合（見圖4），向監(jiān)控系統(tǒng)報“動力電源消失”信號。

根據(jù)黑啟動條件要求，此機(jī)組自用電單段供電時，不應(yīng)導(dǎo)致機(jī)組不能正常開機(jī)，因400V 1號機(jī)組自用電II段有壓，2號水導(dǎo)油泵和2號頂蓋泵仍可正常工作。

4 水導(dǎo)控制回路改進(jìn)意見

上述原因分析指明，水輪機(jī)輔助設(shè)備控制柜在設(shè)計上存在缺陷，導(dǎo)致在只有機(jī)組自用電II段帶電情況下，發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)因判斷“水輪機(jī)輔助控制柜動力電源消失”（見圖3），向監(jiān)控系統(tǒng)報“油循環(huán)系統(tǒng)不正常”，使得監(jiān)控系統(tǒng)認(rèn)為發(fā)電機(jī)開機(jī)條件不滿足，因而不能啟動開機(jī)流程。

圖3 故障間接原因邏輯

圖4 水導(dǎo)外循環(huán)控制輸出回路

發(fā)現(xiàn)上述設(shè)計缺陷后，我們設(shè)計3種控制回路修改方案：

方案一：新增4JJ繼電器監(jiān)視2號水導(dǎo)油泵電源，將4JJ繼電器接點串聯(lián)接入3JJ至PLC控制回路，實現(xiàn)功能為：當(dāng)3JJ和4JJ同時動作，PLC方可報“水輪機(jī)輔助設(shè)備控制柜動力電源消失”，用于閉鎖開機(jī)流程。

圖6 方案一輸出回路改造圖

方案二：保持3JJ繼電器原有報警功能不變，在3JJ下部新增并聯(lián)關(guān)系的1，2號水導(dǎo)油泵電壓監(jiān)視繼電器，新增繼電器任一動作，均可使3JJ繼電器動作，從而滿足開機(jī)條件。

圖8 方案二輸出信號回路圖

方案三：新增4JJ繼電器監(jiān)視2號水導(dǎo)油泵電源，修改PLC程序，當(dāng)3JJ和4JJ全部失壓動作后，方可閉鎖開機(jī)條件，將3JJ報警內(nèi)容改為 “1號水導(dǎo)油泵失電”，4JJ報警內(nèi)容改為“2號水導(dǎo)油泵失電”。

各方案總結(jié)和改造建議：

圖10 方案三輸出信號回路圖

（1）方案一：需新增一個電壓監(jiān)視繼電器，接線方式較為簡單，輸出信號回路串入新增繼電器常閉接點，輸出報警內(nèi)容描述在PLC和監(jiān)控數(shù)據(jù)庫中不需修改，可以實現(xiàn)2臺油泵全部失壓才閉鎖開機(jī)功能的邏輯。

（2）方案二：需新增2個電壓監(jiān)視繼電器，接線方式采用并聯(lián)方式，輸出信號回路無需修改，輸出報警內(nèi)容描述在PLC和監(jiān)控數(shù)據(jù)庫中不需修改，可以實現(xiàn)2臺油泵全部失壓才閉鎖開機(jī)功能的邏輯。

（3）方案三：需新增一個電壓監(jiān)視繼電器，接線方式上與方案一一致，但是通過將輸出信號回路改為并聯(lián)新增繼電器常閉接點，配合修改PLC報警邏輯及監(jiān)控測點描述和邏輯，可以實現(xiàn)各臺油泵失壓報警和2臺油泵全部失壓才閉鎖開機(jī)功能的邏輯。

上述三個改造方案均需新增電壓監(jiān)視繼電器，但通過新增電壓繼電器接線位置不同和輸出回路節(jié)點接線方式不同，可以解決開機(jī)流程受阻的問題，還能進(jìn)一步精準(zhǔn)描述故障類型，建議在結(jié)合本廠設(shè)備實際情況的基礎(chǔ)上，合理選擇改進(jìn)方式。

龍灘水力發(fā)電廠采用方案三對水導(dǎo)外循環(huán)控制回路進(jìn)行優(yōu)化后，通過測試控制回路能夠很好地實現(xiàn)設(shè)計目的，提高了設(shè)備可靠性。

5 結(jié)束語

水導(dǎo)外循環(huán)系統(tǒng)常用于一些大型水輪發(fā)電機(jī)組之中，龍灘1號機(jī)水導(dǎo)外循環(huán)控制回路只是諸多此類系統(tǒng)控制系統(tǒng)中的一例，在對其試驗過程中通過對現(xiàn)場情況的了解，補充和完善了原控制回路的不足之處，優(yōu)化了油泵控制系統(tǒng)對開機(jī)流程的監(jiān)視和閉鎖作用，滿足了現(xiàn)場機(jī)組穩(wěn)定運行的要求。