水電廠調速器液壓控制系統運行可靠性

　　摘要：本文以某水電廠調速器液壓控制系統柜的電源配置和供電方式以及控制柜失電時機組的處理方式為例，探討了使電廠調速器液壓控制系統運行的可靠性，分析了某水電廠現方案的不足之處，并結合實際情況對控制柜失電機組處理方式進行分析研究，制定出更加安全穩定的解決方案，提高了調速器液壓控制系統運行的可靠性。

　　關鍵詞：調速器;液壓控制系統;水電廠

　　水電廠調速器液壓控制系統一般由油壓裝置、壓油裝置、控制調節機構、系統管路四部分組成，通過這四部分有機配合，完成穩定的電-液轉換，從而實現機組的正常開關機以及有功功率的調節，執行監控系統的調節和控制命令。調速器液壓控制系統的中心是調速器控制柜，在調速器控制柜內安裝PLC(可編程控制器)，可通過內部編寫的程序來自動控制整個液壓系統的運行，為調速器的機械執行機構提供穩定、可靠的操作油壓，使液壓系統各功能都維持在正常的工作范圍之內，使調速器能夠穩定運行。因此，調速器液壓控制系統是整個水電廠輪發電機組穩定運行的關鍵，也是電網安全性和電能質量的有效保障。

　　1 調速器液壓控制系統結構

　　1.1 系統PLC 硬件設計

　　本文中所研究的某水電廠所使用的調速器液壓控制系統采用的是雙機熱備單纜單RIO 結構。該系統組態方便，維護簡單，通過兩套PLC共用一套RIO子站的方式，將PLC與RIO之間通過通信電纜相連接。RIO子站負責所有外部開關量輸入信號、模擬量輸入信號的采集，然后將采集到的信息通信給主備PLC控制器，PLC控制器進行處理后再將數據返還給RIO，并且通過開關量輸出信號、模擬輸出信號輸出到外部元件中。在該系統的PLC控制器中有一樣的輸入程序，系統結構使熱備能夠自動化，不需要自動進行邏輯的切換。

　　備用PLC 不進行程序運算，全部數據從主用PLC 讀取，保證備用PLC 在切換為主用的瞬間，所有輸出與主用PLC 相同，以實現無擾切換。液壓控制系統PLC 結構：每一套PLC 控制器包括一塊電源模塊CPS 21400、一塊主站通訊模塊、一塊CPU 模塊。安裝在RIO 子站底板上的模塊只有1 塊電源模塊，用于給RIO 子站PLC模塊供電;3 塊開關量輸入模塊用以采集離散量信息，獲悉液壓控制系統及其輔助設備的狀態，每個模塊32 點，共96 點;2 塊開關量輸出模塊用以驅動繼電器，實現對電磁閥(鎖定、緊急停機)、濾油機、水冷卻器、主供油源閥、事故隔離閥、自動補氣、油泵等裝置的控制，每個模塊32 點，共64 點;一塊模擬量輸入模塊，用以采集4mA～20mA 信號，包括油溫、系統油壓、壓油罐液位、壓油罐壓力、1-4# 油泵出口壓力、回油箱液位等共16 路輸入;一塊模擬量輸出模塊用以輸出4mA～20mA 模擬量信號，這其中包括以下組成部分，系統油壓、壓油罐壓力、壓油罐壓力、油溫、系統油壓、回油箱油位，會借助信號變送器，從而推送到驅動表計。

　　1.2 結構可靠性分析

　　PLC 控制器的優點是主站采用雙冗余熱備PLC控制系統。兩個主機都可以獨立進行工作，隔離電源，開關通道相同，能夠完成不干擾其他信號源的開關組通道，進行切換。由于系統內部是由交叉備份組成的，因此每個CPU直接可以互不影響，自行處理工作。每一個站點配備有獨立的電源模塊，能夠達到控制器通道以及信息的冗余，另外，電源部分可以通過累加的DC版塊，從而向底板提供8A的電流，并且電源可以持續中斷1毫秒左右。控制柜雙機熱備的RIO 遠程子站只有一個，控制柜內RIO 遠程子站的所有模塊均通過背板來實現供電，但是背板上的電源模塊只有一個，假如電源模塊發生問題，那么沒有模塊可以正常工作，同時它收集和輸出的信息將會失效，這就無法保證液壓控制系統的正常運行，因此，該液壓控制系統PLC 控制模塊的配置上也隨時會發生未知的風險。

　　2 調速器液壓控制系統控制電源

　　2.1 控制電源回路設計

　　根據實際的研究情況來看，某水電廠正在使用的是具有兩塊電源并且可以實現雙重供電的調速器液壓控制系統控制柜，該模式分為一路直流電壓，一路交流電壓，兩者均為220V，直流電流會經過電源轉化模塊PS1將220V的電源轉換為三路DC24V，再送至ABB電源模塊SS1、SS2 和SS3，其電源監視繼電器為ZJ01;另一路的交流電會經過POWERONE電源轉換模塊，同時向三路的DC24V電源進行輸送，包括冗余模塊的SS1、SS2以及SS3，它所使用的電源監視繼電器是ZJ02。經過電源冗余模塊SS1 的輸出電源為1#DC24V 電源，電源監視繼電器為ZJ60的，是給A套PLC電源模塊供電的。并且在經過冗余之后，為SS3輸出DC24V的電源，供給B 套PLC 電源模塊，其電源監視繼電器為ZJ03。電源主要為控制柜指示燈、HMI 電源、電氣柜指示燈、緊急停機控制回路、鎖錠控制回路、油混水、系統油壓和壓力油罐傳感器提供電力支持。

　　2.2 供電可靠性分析

　　該系統的電源配置是硬回路，可以實現雙路供電模式，這是最大的優點。在雙路電源供電模式下，如果有一方供電出現故障，另一方仍然可以正常實現供電，出現故障的一方會進行故障狀態監測并將異常狀態實時地發送到監控系統。但二者同時出現故障，就會觸發二類機械事故停機，所以原設計方案仍然存在如下安全隱患：

　　①當繼電器線圈燒毀，可能會觸發二類機械事故停機而造成機組跳閘。②繼電器在工作中可能會發生一定的抖動，這是由于線圈的接端口出現松動，這也可能會導致觸發跳閘，發生故障。③SS2電源模塊自身發生故障，不能持續工作，對機組的正常運行帶來威脅。④A/B 套CPU 電源模塊不具有高強度的可靠性。

　　3 解決問題的思路及方案

　　針對以上安全隱患的分析，總結了如下幾點技術改進，以保障設備的安全運行：①改造調速器液壓系統對于電源的供電形式，才能增加水輪機工作時的安全性。②對電源在工作中的轉換方式要不斷優化升級，從而進一步增加電源模塊的冗余，使設備檢修和運行獨立操作。③在進行自動化元件的選取時，要注重高精度配件的選用，以此增加設備的安全性。

　　對于以上所述的這些故障問題，我認為需要對控制柜的電源配置進行優化，根據實際的操作情況和現場設備布置情況，設計了如下改造方案。

　　A優化調速器控制柜內RIO 遠程子站的電源配置：當前，有一塊可累加的電源模塊在遠程子站中，電源的型號是140CPS21400，工作人員可以利用背板的備用槽位，進行電源冗余的增強，在增加一塊電源模塊的基礎上，升級所有型號的電源模塊，由此可以實現雙電源模式的供電。

　　B優化RIO 遠程子站的電源模塊供電方式：電源冗余模塊SS2，當前只為控制柜中的RIO遠程子站進行供電，如果想要增加電源的穩定性和安全性，就需要將兩個電源模塊電源改為兩部分，一部分取自電源冗余模塊SS1，另一部分電源冗余模塊SS3。與此同時，原先SS1的電源模塊可以套入B套中，則SS3的電源冗余模塊就可以在A中直接使用。

　　4 結語

　　通過對調速器液壓控制系統的電源優化，可以實現主/備電源在斷開任意輸入電源的情況下，都能夠正常運行，主/備CPU也切換正常，同時，觸摸屏和監控系統會受到相應的故障報警信號，但調速器無異常報警信號，降低了誤動的幾率。

　　參考文獻：

　　[1]譚中美，楊維平，李士哲.水電廠調速器油壓裝置報警邏輯完善[J]. 自動化應用，2017(2).

　　作者：梁曉龍

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