水電站調速器油泵控制方式與應用研究

朱 彪

（廣東水電二局股份有限公司，廣州 511300）

修山水電站位于桃江縣境內資水干流的下游，是資水干流倒數第二級，樞紐以發電為主，壩址以上控制流域面27000km2。電站為河床式廠房，安裝5臺13MW燈泡貫流式水輪發電機組。水電站調速器的生產廠家為武漢長江控制設備研究所。其主要由電氣控制部分、調速器油泵和壓油槽裝置等部分組成。1#—5#機組調速器壓力油槽在正常情況下，壓力罐上部充滿約2/3壓縮空氣，下部充滿約1/3透平油。壓油槽罐側壁上裝有多個機械壓力開關，用來控制2臺調速器油泵工作，維持壓油槽的正常工作壓力。機械壓力開關結構是彈簧式，在日常運行中易出現整定壓力值漂移現象，經常需要維護人員現地調整校驗。本文主要是通過研究并解決機械壓力開關定值漂移的問題，根據設計要求精準控制調速器油泵的啟停，保證調速器系統可靠運行。

1 調速器油泵運行原理

上述調速器主配直徑為150 mm，正常工作壓力為6.3 MPa。在正常情況下，壓油槽上面是壓縮空氣，下部是透平油。壓縮空氣的排放可通過補氣裝置手動進行，使油氣比例正常。壓油槽壁上裝有多個壓力開關，用來控制2臺調速器油泵的工作。當調速器系統需要供油使壓力下降到額定壓力的下限值時，第一個壓力開關動作發出信號，啟動工作油泵向壓力油罐供油。當油壓上升到正常壓力的上限值時，第二個壓力開關動作又發出信號，停止油泵工作。如果調速器系統耗油過大，1臺油泵工作時油壓仍繼續下降到備用泵啟動值時，第三個壓力開關動作發出信號，啟動備用油泵，使之立即向壓力油罐供油。直至壓力升到正常壓力上限時，第四個壓力開關發出信號，停止油泵運行。假如壓力繼續下降時，第五個開關就會發出低油壓報警信號，待降至最低許可運行壓力下限時，第六個開關發出信號給機組控制系統，立即進行低油壓事故緊急停機。

2 調速器油泵運行中存在的問題分析

調速器壓油槽運行設計值為：啟主用油泵5.6 MPa，啟備用油泵5.4 MPa，停油泵6.3 MPa，壓力高報警6.7 MPa，事故低油壓5.0 MPa。但在實際運行中，中控室值班電腦不能實時監控到調速器壓油槽實時壓力和壓油槽油位，如果調速器啟泵機械壓力開關出現過大的漂移（定值下降），油泵不能正常啟動打壓，壓油槽正常壓力將下降到5.6 Mpa以下，甚至下降到事故低油壓壓力值5.0 MPa，會導致事故低油壓引起機組緊急事故停機。如果壓力開關出現過大的漂移（定值上升），會導致調速器油泵軟啟動器因頻繁啟動過熱燒壞，同時調速器油泵功率較大，在日積月累的運行過程中，會大量消耗廠用電，上述情況已嚴重影響到發電機組的安全運行與經濟效益。因此，需從調速器油泵控制方式入手，從根本上消除造成壓油槽壓力不穩定的隱患，確保發電機組安全穩定運行，為公司創造更大的經濟效益。

3 調速器油泵控制方案研究

3.1 總體思路

根據設備運行時出現的隱患，參考其他同類型電站調速器油泵運行的情況，從設備的實際出發決定采用以下改造方案。

選取壓力控制變送器控制調速器油泵的啟停，該壓力變送器量程0～10 MPa，是集測量、顯示、控制和變送于一體，具有防躍變、失電閉鎖防誤動功能。采用帶隔離膜充油芯片壓力傳感器，具有高精度測量及低漂等特性，適用于油介質，壓力表具有5組控制接點，同時具有4～20 mA模擬量輸出方式。經過對調速器油泵控制原理圖紙的認真分析和PLC（可編程邏輯控制器）控制程序的詳細掌握，制定出相應的方案，可實現對調速器油泵的精準控制，本次機組調速器油泵控制方式研究與應用要達到以下要求。

（1）要求代替設備在壓油槽壓力長期來回變化的情況下，設定的啟停泵壓力值不能出現漂移的情況，能夠真實地反映出壓油槽實際壓力。

（2）控制設備改造完后，不能影響調速器油泵的正常運行，在達到啟停泵壓力時應迅速進行可靠動作。

（3）將調速器壓油槽的實時壓力及壓油槽油位接入上位機，供值班人員監盤，讓其了解設備運行狀況，減少監控盲區，能夠進一步提高設備的自動化程度。

3.2 實施方案

3.2.1 安裝壓力變送器，調整參數，現地對信號線，接入壓力控制變送器

（1）正確選型。壓油槽正常運行壓力6.3 MPa，選擇0～10 MPa的壓力表。

（2）校驗壓力表。在標準的校驗壓力臺上校驗，由0 MPa依次上升至10 MPa，壓力表測量值與標準表誤差不超過0.01 MPa。設置壓力表參數，將5個控制接點的定值設置好，分別是啟主用油泵5.6 MPa，啟備用油泵5.4 MPa，停油泵6.3 MPa，壓力高報警6.7 MPa，事故低油壓5.0 MPa。在壓力臺上調整壓力，到達整定值壓力時應進行可靠動作，與標準表壓力誤差應不超過0.01 MPa。

（3）在機組停機狀態下，安裝壓力變送器。在壓油槽壁上安裝好壓力變送器，前面安裝截止閥，便于檢修，安裝壓力表接頭時應無滲油現象。

（4）拆除機械壓力表上的信號控制線，重新校對好，依次接入壓力變送控制器，并套上號碼管進行標記。

（5）試運行。將調速器壓油槽泄壓，觀察在不同壓力值動作接點是否可靠輸出。

（6）試驗正常，投入正常運行。

3.2.2 將壓力變送器上監測的實時壓力送至現地PLC控制單元，再送至上位機監控電腦，供值班人員監控

（1）將壓力變送器上的4～20 mA信號，布線至調速器壓油槽PLC，如圖1所示，信號線可靠接地，防止信號干擾。

圖1 調速器壓油槽PLC

（2）調整壓力變送器內的變送參數，修改調速器壓油槽PLC內模擬量程與壓力變送器一致。

（3）將調速器壓油槽PLC內模擬量程序進行修改，讀取壓力變送器內實時壓力值。

（4）將調速器壓油槽PLC與相應機組PLC用RS485通信協議進行通信，機組PLC單元讀取壓油槽實時壓力。圖2為調速器壓油槽PLC通信配置。

圖2 調速器壓油槽PLC通信配置

（5）機組PLC再將采集數據上送至上位機監控電腦，實時監控各機組壓油槽壓力。圖3為調速器壓油槽PLC壓力采集程序。

圖3 調速器壓油槽PLC壓力采集程序

（6）選擇量程為1 m的液位變送器加裝在磁翻板液位計處，引信號線接入機組PLC模擬量模塊，配置好相應量程。經過歸一化處理，送至上位機顯示實時液位。

（7）現地壓油槽泄壓，模擬壓力和液位變化。上位機顯示壓力與現地壓力變送器顯示壓力實時進行比較，上位機顯示液位與現地液位，實時變化準確則投入運行。

4 應用效果分析

4.1 技術效果

（1）在通過調速器油泵控制方式研究后，機組檢修期間將5臺機組調速器壓油槽電子控制壓力表拆下，拿到標準檢驗臺進行校驗對比分析。檢查發現5臺機組的電子控制壓力表測量準確，各節點均能進行可靠動作，模擬各個壓力值都能準確顯示。進行壓油槽上泄壓試驗，控制啟主泵，啟備用泵，停泵，壓力高報警，壓力低停機接點均能進行可靠動作。圖4為1#發電機組壓油槽實時壓力（6.27 MPa）。

圖4 1#發電機組壓油槽實時壓力

（2）在上位機計算機監控系統中，觀察上位監控畫面中實時顯示的每臺機組壓油槽的壓力及油位。在檢修當中，壓油槽現地泄壓、壓油和油位均會下降，現地動作人員與上位機值班人員聯系，比較現地報油位及油壓與上位機顯示的數值，均沒有較大誤差，而且變化非常及時，無延時的情況。圖5為上位機1#—5#機組壓油槽油位油壓監控畫面。

圖5 上位機1#—5#機組壓油槽油位油壓監控畫面

4.2 經濟效益

本次研究應用后，壓油槽相關定值沒有出現漂移的現象，減少了調速器油泵及軟啟動器啟動次數，提高了發電機組運行的可靠性，節約了人力資源，同時也降低了修山水電站廠用電率。修山水電站調速器油泵的單臺功率為55 kW，壓油槽建壓時間約為2 min，活動前調速器油泵每天啟動次數為60次，活動后調速器油泵每天啟動次數為40次，即每天可減少20次，按修山水電站現階段出售電價0.32元/kWh計算，每年可節省費用4 283元。當1#—5#機組改造完成后，每年將給電站節省4 283元×5=21 415元的投入成本。此次調速器油泵控制方式研究與應用保證了發電機組的安全可靠運行，經濟價值非常客觀。

5 結束語

針對調速器壓油槽機械是控制開關定值漂移導致壓油槽壓力不穩定的問題，通過用電子式控制壓力表替代機械式壓力開關，將壓油槽油位、壓力表接入上位機，提高設備自動化水平，為其他電廠類似技術改造提供了寶貴的經驗，同樣樹立了創新管理模式和創新管理理念的信心，為進一步做好水電站運營管理提供強大的動力支持。

此次方案不僅解決了發電機組嚴重的安全隱患，為公司創造了較大的經濟效益，同時也提高了廣大生產員工的創新思維，對實現公司打造一流運維團隊具有積極作用。