皂市水電站自動補氣裝置改造研究

李建新，邵輝杰

（湖南澧水流域水利水電開發有限責任公司皂市水電站，湖南 常德 415311）

湖南渫水皂市水利樞紐位于湖南省石門縣皂市鎮境內，距石門縣城18 km。工程位于洞庭湖水系澧水流域一級支流渫水下游，任務以防洪為主，兼顧發電、灌溉、航運等綜合利用。水庫正常蓄水位140 m，總庫容14.39 億m3，防洪庫容7.83 億m3，電站裝機容量120 MW，工程總投資近38 億元。2004 年10 月主體工程開工，2007 年10 月下閘蓄水，2008 年4 月至5 月兩臺機組相繼并網發電，2009 年12 月工程完工[1]。澧水公司皂市水電站負責湖南渫水皂市水利樞紐運行管理。

1 自動補氣裝置的作用

水電站壓油罐是調速器系統的重要組成部分，是液壓操作的能量來源。為保證和維持調速器操作所需要的工作壓力，壓油罐內壓縮空氣和透平油的比例要基本保持為2∶1。自動補氣裝置的可靠開啟與關閉可有效維持壓油罐內油位保持在合理高度[2]。

2 原自動補氣裝置的工作原理

皂市水電站原自動補氣裝置采用的是型號為B302-2 產品，其工作原理如下：自動補氣裝置正常工作時，高壓截止閥1Q101、高壓球閥1Q102、1Q103、高壓針閥1Q106 為常開閥。自動補氣條件滿足或電手動補氣時，自動補氣電磁閥D4 動作接通氣源、D5 關閉。補氣結束時D4 復位關閉氣源，D5 接通排出逆止閥至D4 之間的氣體。手動補氣時，關閉常開閥1Q102、1Q103，打開常閉閥1Q104，實現壓油罐手動補氣。壓油罐需要消壓排氣時，關閉常開閥1Q101或1Q102，打開排氣閥1Q105,可將壓油罐消壓[3，5]。

該自動補氣裝置主要存在電磁閥D4 長期通電電磁閥線圈易損壞，電磁閥開啟和關閉無遠傳信號，人員無法掌握自動補氣裝置的狀態缺陷。因此電站長期一直沿用人員定期手動補氣方式維持壓油罐油位。

圖1 原自動補氣裝置原理圖

3 自動補氣裝置的改造研究

3.1 設計思路

咨詢、選擇、采購滿足自動補氣功能，電磁閥動作不用長期帶電且自動補氣裝置動作到位時具備遠傳信號輸出的產品。經比較分析及經濟性評價后，決定選用由西安江河電站技術開發有限責任公司生產的QZB 球閥型自動補氣裝置，其集成了二位三通球閥、過濾器、安全閥、單向閥、消音器、高壓球閥等，現場只需將補氣管路進行適當改動后并重新編制控制程序即可實現自動補氣功能。

3.2 工作原理

正常工作時，常開高壓截止閥1Q101、高壓球閥1Q104 打開，當補氣條件滿足自動補氣時，電動球閥打開，實現壓油罐自動補氣；當需要手動補氣時，將電動球閥的控制方式切至“0”位，打開常閉高壓球閥1Q102 實現手動補氣；當壓油罐需要消壓排氣時，將電動球閥的控制方式切至“0”位，關閉常開高壓截止閥1Q101，打開常閉高壓球閥1Q103,壓油罐中氣體通過消音器實現排氣[4，6]。

圖2 改造后自動補氣裝置原理圖

3.3 電氣接線圖

自動補氣裝置安裝到位后，對原電氣接線圖重新進行了設計，更改后電氣圖如圖3。

圖3 改造后自動補氣裝置電氣圖

3.4 PLC 程序改進

皂市水電站油壓裝置系統控制部分采用三菱FX1S-30MT 系列PLC，在原自動補氣程序上根據油壓裝置具備的功能重新編制控制程序，實現了自動補氣裝置控制功能，研究更改后的控制主程序如圖4。

圖4 改造后自動補氣裝置控制主程序

自動補氣裝置自動開始補氣條件需同時滿足以下條件：補氣閥處于自動控制方式；壓油罐油位高于補氣油位；兩臺油泵均未啟動且無停泵信號。

自動補氣裝置自動停止補氣只需滿足以下某一條件：油壓下降到主油泵啟動值；油壓下降至備泵啟動值；油位低于補氣油位；停泵信號出現；補氣時長達到20 min。

更換為電動球閥型式的自動補氣裝置后，將球閥的位置接點送入PLC 內，確保球閥開關到位后切斷裝置電源。同時通過完善控制程序，增加PLC 開出信號，將此信號送往監控系統，實現人員掌握自動補氣裝置實況功能。該自動補氣裝置改造的成功應用，解決了水電站壓油罐補氣自動補氣功能，具有良好的推廣價值。

4 結束語

皂市水電站壓油罐雖已實現自動補氣功能，但由于受油壓裝置控制設備硬件所限，PLC 無模擬量輸入模塊，控制功能中未能增加油壓判斷條件。另外由于電站AGC 投入運行后負荷指令多，油泵啟停間隔時間較短，在滿足自動補氣條件下自動補氣裝置動作也比較頻繁。在條件合適的情況下可適時對自動補氣裝置控制功能進行優化升級，同時也為日后油壓裝置改造硬件升級指明了方向并打下堅實基礎。