摘要: 針對由普通繼電器和接觸器構成的油壓裝置系統在運行中存在的主要問題,結合白石窯水電廠實際情況,提出了以可編程邏輯控制器（ PLC） 和軟啟動器為核心的油壓裝置系統改造方案。介紹了系統的基本配置和軟、硬件設計。實踐表明,該系統可靠性高、成本低、易于安裝和維護。

關鍵詞: 水電廠; 油壓裝置; 軟啟動器; 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械輔助設備,其作用是產生并貯存高壓油,是機組啟動、停止、調節出力的動力源。因此,無論水力機組處于運行或停機狀態,必須保證油壓裝置處于正常的油壓狀態[1 ] 。在水電廠中,為了確保油壓裝置的自動投入,一般在壓力油槽罐上安裝壓力控制器,提供壓力信號并控制油壓。而大多數水電廠油壓裝置的壓力油泵電機采用常規繼電器和接觸器來控制,存在接線復雜、誤動拒動、電機啟動電流大等缺陷,嚴重影響電廠的安全運行。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） 和軟啟動器改 造油壓裝置控制系統。

1 　控制原理和存在的問題

每臺機組安裝有2臺55 kW 的壓力油泵電機,互為備用。當壓油槽罐油壓低于下限3. 6 MPa 時,啟動工作油泵;低于下下限3. 4 MPa 時,啟動備用油泵并發報警信號;達到正常油壓4. 0 MPa 則停泵。當油壓裝置發生各種罕見故障而造成壓油槽油壓下降至事故低油壓3. 0 MPa 時,應迫使水輪發電機組事故停機。 原系統設計存在以下幾個問題:

1） 由于壓力油泵啟動頻繁,常規繼電器觸點經常燒壞,維護成本較高。

2） 只能人工手動定期切換2 臺油泵的自動和備用狀態,增加了員工的勞動強度。

3） 壓力油泵電機全壓啟動時,啟動電流很大,對0. 4 kV廠用電系統沖擊大。設計中, 為了能有效解決上述問題, 提出用PLC 和軟啟動器來改造原有系統,以實現2臺油泵自動輪換、電機平緩啟動、維護和檢修方便等要求。

2 　系統的硬件設計

整個油壓裝置系統主要由PLC 完成壓力油罐壓力數據的采集、判斷以及對軟啟動器、電機的控制,系統結構如圖1 所示。

2. 1 　PLC 硬件設計

PLC 為整個油壓裝置控制系統的核心控制元件,現在市場上有許多品牌的小型PLC 可供選擇。結合水電廠的實際情況,采用了調速器技改時換下來的三菱A 系列PLC ,一來充分利用了閑置設備,二來也可節省一筆開支。A 系列PLC 采用模塊化設計,可以根據實際應用的需要,自由添加模塊。系統配置了一塊A2AS 系列CPU 、一塊開關量輸入模塊A1SX41 、一塊開關量輸出模塊A1SY41 、一塊模擬量輸入/ 輸出模塊63ADA、一塊通信模塊A1SJ 71242R2 ,設計要求開關量輸入信號11 路、開關量輸出4 路、模擬量輸入2 路。

2. 2 　軟啟動器控制設計

軟啟動器是一種集電機軟啟動、軟停車、輕載節能和多種保護功能于一體的新穎電機控制裝置,采用三相反并聯晶閘管作為調壓器,接入電源與電動機定子之間。根據水電廠使用經驗,選用性價比較高的國產雷諾爾軟啟動器JJ R2000 系列。圖2 為1 號壓力油泵控制接線,2 號壓力油泵控制亦相同。

工作原理如下:軟啟動器根據PLC 命令啟動電動機時,晶閘管的輸出電壓逐漸增加,電動機逐漸加速,直到晶閘管全導通,電動機工作在額定電壓的機械特性上,實現平滑啟動,降低啟動電流,避免啟動過流跳閘。待電動機達到額定轉數時,啟動過程結束,軟啟動器自動接通旁路接觸器1 KM ,取代已完成任務的晶閘管,為電動機正常運轉提供額定電壓,以降低晶閘管的熱損耗,延長軟啟動器的使用壽命,提高其工作效率,同時使電網避免了諧波污染。此外,軟啟動器還具有過載、缺相、過熱保護功能。

3 　系統的軟件設計

考慮到油壓裝置系統的重要性和安全性,避免壓力控制器由于硬接點有時接觸不良的缺陷,設計時增加了壓力控制器模擬量輸入,并經PLC 計算得到實際的壓力值,也作為控制判據。本系統程序設計采用模塊化、功能化結構,便于調試和擴展,主要由控制主程序、模擬量采集和計算、電機運行時間統計、工作泵和備用泵輪換、報警等子程序組成,重點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臺油泵的運行時間作為工作泵和備用泵輪換的判據,運行時間較短的作為工作泵,運行時間較長的作為備用泵。圖3 給出了工作泵和備用泵輪換流程。

4 　結語

1 年多的應用表明,以PLC、軟啟動器為核心設計的水電廠油壓裝置控制系統安全、可靠、使用方便,為電廠的安全運行提供了強有力的保障。

參考文獻 [1 ] 武漢長江控制設備研究所. 水輪機調速器與油壓裝置標準匯編. 北京:中國標準出版社,2001.

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