南江電站油壓裝置自動補氣系統改造

譚 軍

(重慶市豐都縣發電有限公司，重慶 豐都 408200)

0 引 言

2020年，重慶市豐都縣發電有限公司暨龍河發電廠對南江電站4號機組補氣裝置進行改造，待設備試運行1個月試驗正常后，再對剩余機組的補氣裝置進行改造。根據實際情況來看，設備改造后油壓裝置的油、氣平衡以及中壓氣罐的壓力值始終保持在額定范圍內，保證了機組整體運行的穩定性和可靠性。自動化水平程度提高，效果良好；既為今后實現無人值班、少人值守打下了良好的基礎，又大大減輕了人員操作負擔以及帶來的安全隱患。

1 油壓裝置概述

1.1 油壓裝置系統組成結構

南江電站的油壓裝置型號為HYZ—0.6/2.5，是由壓力油罐、回油箱、油泵電機、安全閥、壓力表、磁翻板液位計等附件所組成(見圖1)。壓力油罐內存壓縮空氣(占油罐總容積的2/3)和透平油(占油罐總容積的1/3)，控制油氣比是為了利用壓縮氣體的體積變化對壓力的改變遠小于壓縮液體的體積變化對壓力的改變這一特性，使油泵在供油間歇時，調速器或主閥耗用壓力油而造成油面下降一定高度后，油壓的波動并不大。在罐的外側裝設有磁翻板液位計來反映罐內油面高度。但由于油壓裝置在長時間運行中因氣溫變化、密封件老化和閥門表計滲漏等因素造成油壓裝置油氣比例失調，油的比例過大，導致油壓波動過大，就必須采取排油補氣措施恢復正常油氣比。

圖1 油壓裝置組成示意

1.2 油壓裝置自動補氣系統存在的主要問題

設備改造前，南江電站一共有4臺機組，1臺機組有調速器和主閥2個油壓裝置，并且只具備自動補油功能。當需要補氣時，現場運行人員先是啟動中壓氣機，使中壓氣罐的壓力維持在2.6～2.8 MPa，然后再手動操作進行補氣。 一方面，增加了運行值班人員的勞動強度；另一方面，因對補氣閥門操作頻繁，容易造成系統漏氣等情況發生。而保持油壓裝置的油、氣平衡過于依賴人員的經驗判斷，不利于設備的安全可靠運行。為了提升機組的自動化程度，降低安全隱患，實現油壓裝置的自動補氣功能很有必要。

2 油壓裝置自動補氣系統改造

2.1 自動化元件配置

為滿足油壓裝置自動補氣功能要求，配置如下自動化元件：

(1)壓力油罐磁翻板液位計配置3個磁記憶信號接點(即干簧管)提供油位低(排氣油位)、油位中(復位信號)、油位高(補氣油位)信號，供PLC判斷油面所在位置時的油氣比例。

(2)配置壓力油罐壓力信號裝置，采用四川博爾自動化控制工程有限公司生產的型號為YYKZH3002智能壓力控制器，供流程控制及壓力顯示使用。

(3)采用福建南平華億機電科技有限公司生產的型號為B303自動補氣裝置(見圖2)。由2個電磁閥、安全閥、單向閥、手動球閥及連接管件等組成，具有自動補氣、手動補氣兩種補氣方式。

圖2 自動補氣裝置系統

2.2 自動補氣裝置工作原理

(1)自動補氣與停止

手動補氣閥處于關閉位置，手動排氣閥處于打開位置(非排氣位置)，電氣控制回路接通補氣電磁閥電源，補氣電磁閥打開。這時，高壓氣體經補氣電磁閥、單向閥，沿管路進入儲能器，實現自動補氣。當電氣控制回路斷開補氣電磁閥電源后，補氣電磁閥關閉，補氣停止。

(2)自動排氣與停止

手動補氣閥處于關閉位置，手動排氣閥處于打開位置(非排氣位置)，電氣控制回路接通排氣電磁閥電源，排氣電磁閥打開。這時，高壓氣體經排氣電磁閥排至大氣，實現自動排氣。當電氣控制回路斷開排氣電磁閥電源后，排氣電磁閥關閉，排氣停止。

(3)手動補氣

當打開手動補氣閥時，進行手動補氣，這時手動排氣閥應處于打開位置(非排氣位置)，排氣電磁閥應處于斷電狀態，排氣電磁閥的隔離閥關閉。

(4)手動排氣

當需要排氣時，將手動排氣閥擰至排氣位置，高壓氣體經排氣閥，排至大氣。

2.3 自動控制系統軟件設計思路

(1)油壓裝置控制系統采用ABB AC800M作為核心控制元件，將油泵打油與補氣裝置補氣功能使用1套PLC控制實現，要求油泵打油與自動補氣不能同時啟動。軟件設計思路為：根據機組運行對油壓裝置油、氣比例的要求，設置補氣油位(高油位)、停止補氣油位(中油位)；綜合考慮油泵啟動條件，設置補氣壓力值和停止補氣壓力值。通過壓力值與油位的配合兩個方面來判定油泵與補氣裝置各自啟停控制，實現油壓裝置的自動補氣功能，維持壓力油罐的油、氣平衡。

(2)中壓氣機自動控制系統是在原來的手動控制基礎上采用三菱PLC作為核心控制元件。軟件設計思路為：將控制分為自動和手動兩種方式，手動控制跟原來的不變也是通過轉換開關切為手動模式然后進行操作；自動控制則是通過PLC的AD模塊將模擬的電壓量轉換成數字量，再換算成壓力值，根據設定的壓力值來實現中壓氣機的自動控制。

(3)油壓裝置及空壓機整定值分析

在原來油泵控制和中壓氣機手動控制基礎上，如何利用新配置自動化元件，合理設定系統數值，是此次改造成敗的關鍵。

南江電站油壓裝置額定工作壓力為2.5 MPa，油泵啟動條件為壓力≤2.3 MPa；如果補氣裝置啟動的壓力小于2.3 MPa，則油泵就打油了，所以補氣裝置啟動的壓力應高于2.3 MPa；并且根據壓力油罐油、氣比例，磁翻板液位位于高油位時(此時油多氣少)，補氣裝置的啟動條件才算滿足。然而有時候一次補氣不能達到規定的油、氣比例要求，這就要將高油位信號設為置位狀態(就是將其設為1)，經過多次補氣后到達中油位時(中油位就是正常的油、氣比例)，才復歸高油位信號(將其設為0)。

經過現場人員反復試驗，綜合考慮油壓裝置的油、氣平衡點后，將油壓裝置自動補氣整定值設定如下：

南江電站中壓氣罐額定工作壓力為2.8 MPa，因為油壓裝置額定工作壓力為2.5 MPa，所以中壓氣罐壓力應高于油壓裝置的壓力，否則無法進行補氣。綜合考慮中壓氣機運行情況后，將中壓氣機自動控制整定值設定如下：

3 結 語

油壓裝置自動補氣是困擾許多電站的一個問題，往往也被很多電站忽視，進而降低了水電站自動化程度。南江電站4臺機組在原自動補油以及中壓氣機手動控制基礎上，通過完善硬件配置及重新進行軟件設計，實現了自動補氣功能。通過合理設定整定值，既兼顧了原油泵自動控制功能，又有效保證了自動補氣功能的穩定運行，其改造經驗希望能夠給類似水力發電機組自動補氣系統改造帶來啟示和幫助。

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