摘要: 針對(duì)由普通繼電器和接觸器構(gòu)成的油壓裝置系統(tǒng)在運(yùn)行中存在的主要問(wèn)題,結(jié)合白石窯水電廠實(shí)際情況,提出了以可編程邏輯控制器（ PLC） 和軟啟動(dòng)器為核心的油壓裝置系統(tǒng)改造方案。介紹了系統(tǒng)的基本配置和軟、硬件設(shè)計(jì)。實(shí)踐表明,該系統(tǒng)可靠性高、成本低、易于安裝和維護(hù)。
關(guān)鍵詞: 水電廠; 油壓裝置; 軟啟動(dòng)器; 可編程邏輯控制器
0 引言
油壓裝置是水電廠重要的水力機(jī)械輔助設(shè)備,其作用是產(chǎn)生并貯存高壓油,是機(jī)組啟動(dòng)、停止、調(diào)節(jié)出力的動(dòng)力源。因此,無(wú)論水力機(jī)組處于運(yùn)行或停機(jī)狀態(tài),必須保證油壓裝置處于正常的油壓狀態(tài)[1 ] 。在水電廠中,為了確保油壓裝置的自動(dòng)投入,一般在壓力油槽罐上安裝壓力控制器,提供壓力信號(hào)并控制油壓。而大多數(shù)水電廠油壓裝置的壓力油泵電機(jī)采用常規(guī)繼電器和接觸器來(lái)控制,存在接線復(fù)雜、誤動(dòng)拒動(dòng)、電機(jī)啟動(dòng)電流大等缺陷,嚴(yán)重影響電廠的安全運(yùn)行。本文以廣東英德市白石窯水電廠為例,采用可編程邏輯控制器（ PLC） 和軟啟動(dòng)器改
造油壓裝置控制系統(tǒng)。
1 控制原理和存在的問(wèn)題
每臺(tái)機(jī)組安裝有2臺(tái)55 kW 的壓力油泵電機(jī),互為備用。當(dāng)壓油槽罐油壓低于下限3. 6 MPa 時(shí),啟動(dòng)工作油泵;低于下下限3. 4 MPa 時(shí),啟動(dòng)備用油泵并發(fā)報(bào)警信號(hào);達(dá)到正常油壓4. 0 MPa 則停泵。當(dāng)油壓裝置發(fā)生各種罕見(jiàn)故障而造成壓油槽油壓下降至事故低油壓3. 0 MPa 時(shí),應(yīng)迫使水輪發(fā)電機(jī)組事故停機(jī)。
原系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在以下幾個(gè)問(wèn)題:
1） 由于壓力油泵啟動(dòng)頻繁,常規(guī)繼電器觸點(diǎn)經(jīng)常燒壞,維護(hù)成本較高。
2） 只能人工手動(dòng)定期切換2 臺(tái)油泵的自動(dòng)和備用狀態(tài),增加了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度。
3） 壓力油泵電機(jī)全壓?jiǎn)?dòng)時(shí),啟動(dòng)電流很大,對(duì)0. 4 kV廠用電系統(tǒng)沖擊大。設(shè)計(jì)中, 為了能有效解決上述問(wèn)題, 提出用PLC 和軟啟動(dòng)器來(lái)改造原有系統(tǒng),以實(shí)現(xiàn)2臺(tái)油泵自動(dòng)輪換、電機(jī)平緩啟動(dòng)、維護(hù)和檢修方便等要求。
2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
整個(gè)油壓裝置系統(tǒng)主要由PLC 完成壓力油罐壓力數(shù)據(jù)的采集、判斷以及對(duì)軟啟動(dòng)器、電機(jī)的控制,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。
2. 1 PLC 硬件設(shè)計(jì)
PLC 為整個(gè)油壓裝置控制系統(tǒng)的核心控制元件,現(xiàn)在市場(chǎng)上有許多品牌的小型PLC 可供選擇。結(jié)合水電廠的實(shí)際情況,采用了調(diào)速器技改時(shí)換下來(lái)的三菱A 系列PLC ,一來(lái)充分利用了閑置設(shè)備,二來(lái)也可節(jié)省一筆開(kāi)支。A 系列PLC 采用模塊化設(shè)計(jì),可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要,自由添加模塊。系統(tǒng)配置了一塊A2AS 系列CPU 、一塊開(kāi)關(guān)量輸入模塊A1SX41 、一塊開(kāi)關(guān)量輸出模塊A1SY41 、一塊模擬量輸入/ 輸出模塊63ADA、一塊通信模塊A1SJ 71242R2 ,設(shè)計(jì)要求開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)11 路、開(kāi)關(guān)量輸出4 路、模擬量輸入2 路。
2. 2 軟啟動(dòng)器控制設(shè)計(jì)
軟啟動(dòng)器是一種集電機(jī)軟啟動(dòng)、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新穎電機(jī)控制裝置,采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器,接入電源與電動(dòng)機(jī)定子之間。根據(jù)水電廠使用經(jīng)驗(yàn),選用性價(jià)比較高的國(guó)產(chǎn)雷諾爾軟啟動(dòng)器JJ R2000 系列。圖2 為1 號(hào)壓力油泵控制接線,2 號(hào)壓力油泵控制亦相同。
圖2 1 號(hào)壓力油泵控制接線
工作原理如下:軟啟動(dòng)器根據(jù)PLC 命令啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí),晶閘管的輸出電壓逐漸增加,電動(dòng)機(jī)逐漸加速,直到晶閘管全導(dǎo)通,電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上,實(shí)現(xiàn)平滑啟動(dòng),降低啟動(dòng)電流,避免啟動(dòng)過(guò)流跳閘。待電動(dòng)機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)數(shù)時(shí),啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束,軟啟動(dòng)器自動(dòng)接通旁路接觸器1 KM ,取代已完成任務(wù)的晶閘管,為電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供額定電壓,以降低晶閘管的熱損耗,延長(zhǎng)軟啟動(dòng)器的使用壽命,提高其工作效率,同時(shí)使電網(wǎng)避免了諧波污染。此外,軟啟動(dòng)器還具有過(guò)載、缺相、過(guò)熱保護(hù)功能。
3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
考慮到油壓裝置系統(tǒng)的重要性和安全性,避免壓力控制器由于硬接點(diǎn)有時(shí)接觸不良的缺陷,設(shè)計(jì)時(shí)增加了壓力控制器模擬量輸入,并經(jīng)PLC 計(jì)算得到實(shí)際的壓力值,也作為控制判據(jù)。本系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)采用模塊化、功能化結(jié)構(gòu),便于調(diào)試和擴(kuò)展,主要由控制主程序、模擬量采集和計(jì)算、電機(jī)運(yùn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)、工作泵和備用泵輪換、報(bào)警等子程序組成,重點(diǎn)在于控制主程序和輪換判斷程序,確保工作泵和備用泵的啟/ 停及相互間的輪換。程序中,把2臺(tái)油泵的運(yùn)行時(shí)間作為工作泵和備用泵輪換的判據(jù),運(yùn)行時(shí)間較短的作為工作泵,運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)的作為備用泵。圖3 給出了工作泵和備用泵輪換流程。
圖3 工作泵和備用泵輪換流程
4 結(jié)語(yǔ)
1 年多的應(yīng)用表明,以PLC、軟啟動(dòng)器為核心設(shè)計(jì)的水電廠油壓裝置控制系統(tǒng)安全、可靠、使用方便,為電廠的安全運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的保障。
參考文獻(xiàn)
[1 ] 武漢長(zhǎng)江控制設(shè)備研究所. 水輪機(jī)調(diào)速器與油壓裝置標(biāo)準(zhǔn)匯編. 北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2001.
