石泉水電廠(chǎng)機(jī)械制動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用

摘 要：針對(duì)石泉水電廠(chǎng)機(jī)組的機(jī)械制動(dòng)方式采用常規(guī)的閥門(mén)管路結(jié)構(gòu)，在發(fā)電機(jī)組高自動(dòng)化程度運(yùn)作的時(shí)代，制動(dòng)系統(tǒng)逐漸暴露出自動(dòng)化程度低、設(shè)備老化、制動(dòng)效率低下等問(wèn)題。對(duì)此現(xiàn)象，我們打算對(duì)發(fā)電機(jī)風(fēng)閘制動(dòng)系統(tǒng)控制回路及其管路進(jìn)行更換改造，我們選取了以CIP31霍爾測(cè)速信號(hào)和CIP21齒盤(pán)測(cè)速信號(hào)兩套可編程微機(jī)測(cè)速裝置，是集測(cè)量、顯示、輸出和控制于一體的高性能轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置。其獨(dú)特的“三選二”轉(zhuǎn)速測(cè)量方式保證了機(jī)械制動(dòng)優(yōu)越的可靠性，確保了機(jī)組安全穩(wěn)定的運(yùn)行，值得借鑒。

關(guān)鍵詞：石泉水電廠(chǎng)；制動(dòng)系統(tǒng)；控制回路；測(cè)速裝置

引言

石泉水電廠(chǎng)位于漢江上游陜西省石泉縣城西一公里處，是漢江上游最早建設(shè)的大Ⅱ型水力發(fā)電廠(chǎng)和陜西電網(wǎng)調(diào)峰電廠(chǎng)之一，兼有灌溉、防洪、發(fā)展?jié)O業(yè)等綜合利用效益。其中一期工程裝機(jī)容量3*45MW，安裝三臺(tái)混流式水輪發(fā)電機(jī)組，1975年建成投產(chǎn)。二期工程裝機(jī)容量2*45MW，安裝2臺(tái)混流式水輪發(fā)電機(jī)組，2000年建成投產(chǎn)。機(jī)組的制動(dòng)方式采用常規(guī)的閥門(mén)管路結(jié)構(gòu)已使用38年，在發(fā)電機(jī)組高自動(dòng)化程度運(yùn)作的時(shí)代，我廠(chǎng)制動(dòng)系統(tǒng)逐漸暴露出自動(dòng)化程度低、設(shè)備老化、制動(dòng)效率低下等問(wèn)題，嚴(yán)重影響了機(jī)組安全穩(wěn)定的運(yùn)行。因此對(duì)2號(hào)發(fā)電機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)及其管路進(jìn)行更換改造。

1 實(shí)施背景

石泉水力發(fā)電廠(chǎng)2號(hào)發(fā)電機(jī)制動(dòng)器于1974年投入使用，制動(dòng)系統(tǒng)控制依然采用老式的人工操作閥門(mén)管路的方法，過(guò)多的人工操作增加了運(yùn)行人員的工作負(fù)擔(dān)同時(shí)易造成值班員誤操作。系統(tǒng)多年來(lái)從未進(jìn)行過(guò)任何技改、更換等工作。尤其在近幾年的運(yùn)行過(guò)程中常出現(xiàn)撤壓后風(fēng)閘不能完全復(fù)位的情況，檢修人員需進(jìn)入風(fēng)洞對(duì)每個(gè)風(fēng)閘的行程開(kāi)關(guān)進(jìn)行檢查一一排除，加大了維護(hù)工作量，不便于檢修人員的維護(hù)工作。對(duì)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行和正常開(kāi)停機(jī)產(chǎn)生較嚴(yán)重的影響。

2012年12月2號(hào)機(jī)組大修對(duì)原制動(dòng)柜進(jìn)行了技術(shù)改造，設(shè)計(jì)了新的制動(dòng)系統(tǒng)及控制回路，新制動(dòng)系統(tǒng)具有自動(dòng)化程度高、可靠性高、手動(dòng)操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，投運(yùn)以來(lái)零缺陷。

2 風(fēng)閘制動(dòng)系統(tǒng)控制回路組成和原理

2.1 風(fēng)閘制動(dòng)控制盤(pán)的組成

風(fēng)閘集成控制裝置、PLC模塊、輸入輸出模塊、霍爾測(cè)速裝置、齒盤(pán)測(cè)速裝置、中間繼電器、壓力變送器等。

2.2 風(fēng)閘集成控制裝置

SY11風(fēng)閘控制裝置把新型手動(dòng)閥和電磁空氣閥集中安裝在一塊集成板上，實(shí)現(xiàn)機(jī)組手、自動(dòng)制動(dòng)停機(jī)。SY11風(fēng)閘控制裝置主要由兩個(gè)進(jìn)口手柄閥SF1、SF2、一個(gè)進(jìn)口的立式電磁空氣閥AKF以及一塊集成塊組成，集成塊的基礎(chǔ)上還可以增設(shè)壓力監(jiān)測(cè)顯示模塊及過(guò)濾器。其示意圖如圖1所示，工作原理圖如圖2所示。

2.2.1 風(fēng)閘控制裝置下方有四個(gè)接口，分別為：P口接氣源，A口為加閘口，B為反沖口，O口為排氣口，根據(jù)接口定義連接氣路。

2.2.2 風(fēng)閘控制裝置的上方，有兩個(gè)A口的加閘壓力測(cè)量口（YA、YA′）及兩個(gè)B口反沖壓力測(cè)量口（YB、YB′），可以接壓力表及壓力變送器等壓力測(cè)量裝置（接口均為G1/2\"），壓力測(cè)量口已經(jīng)用G1/2\"內(nèi)六角堵頭封堵，使用時(shí)旋開(kāi)即可使用。

2.3 風(fēng)閘制動(dòng)控制回路的工作模式

風(fēng)閘控制裝置分為自動(dòng)模式和電手動(dòng)模式及手動(dòng)模式，自動(dòng)模式又分自動(dòng)加閘剎車(chē)和自動(dòng)反沖復(fù)位，手動(dòng)模式分為手動(dòng)加閘剎車(chē)和手動(dòng)反沖復(fù)位。

2.3.1 自動(dòng)模式：將手柄閥SF1轉(zhuǎn)到自動(dòng)位置，手柄閥SF2轉(zhuǎn)到切除位，控制柜上SA1轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切至自動(dòng)位置風(fēng)閘控制裝置進(jìn)入自動(dòng)操作模式。

a.自動(dòng)加閘：電磁閥AKF左線(xiàn)圈通電，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加閘剎車(chē)。b.自動(dòng)反沖：電磁閥AKF右線(xiàn)圈通電，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)反沖復(fù)位。

2.3.2 電手動(dòng)模式：將手柄閥SF1轉(zhuǎn)到自動(dòng)位置，手柄閥SF2轉(zhuǎn)到切除位，控制柜上SA1轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切至自動(dòng)手動(dòng)位置風(fēng)閘控制裝置進(jìn)入電手動(dòng)操作模式。

a.電手動(dòng)加閘：按下加閘按鈕，PLC模塊接收到加閘令后，立即動(dòng)作實(shí)現(xiàn)加閘剎車(chē)。b.電手動(dòng)反沖：按下反沖按鈕，PLC模塊接收到反沖令后，立即動(dòng)作實(shí)現(xiàn)反沖復(fù)位。

2.3.3 手動(dòng)模式：將手柄閥SF1轉(zhuǎn)至手動(dòng)位置，通過(guò)控制手柄閥SF2，即實(shí)現(xiàn)風(fēng)閘控制裝置的機(jī)械手動(dòng)操作模式。

a.手動(dòng)加閘：手柄閥SF2轉(zhuǎn)到剎車(chē)（加閘）位置，可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)加閘剎車(chē)。

b.手動(dòng)撤閘：手柄閥SF2轉(zhuǎn)到復(fù)位（反沖）位置，可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)反沖復(fù)位。

2.4 風(fēng)閘控制回路原理

2.4.1 控制回路機(jī)械原理：風(fēng)閘動(dòng)作信號(hào)接點(diǎn)由行程開(kāi)關(guān)完成，行程開(kāi)關(guān)被固定安裝在制動(dòng)器支架上，制動(dòng)風(fēng)閘閘體上安裝固定剛性撥條，撥條隨風(fēng)閘閘體的動(dòng)作而上下移動(dòng)。在撥條動(dòng)作到某個(gè)固定位置時(shí)，觸動(dòng)行程開(kāi)關(guān)操作觸頭，行程開(kāi)關(guān)內(nèi)部常開(kāi)接點(diǎn)閉合，常關(guān)接點(diǎn)斷開(kāi)，當(dāng)撥條離開(kāi)固定為，行程開(kāi)關(guān)操作觸頭復(fù)歸，內(nèi)部接點(diǎn)常開(kāi)接點(diǎn)打開(kāi)，常閉接點(diǎn)閉合，從而實(shí)現(xiàn)制動(dòng)風(fēng)閘實(shí)際位置信號(hào)由機(jī)械信號(hào)向電氣信號(hào)的轉(zhuǎn)變。

2.4.2 風(fēng)閘電氣控制回路原理：風(fēng)閘控制投自動(dòng)，正常情況下，停機(jī)過(guò)程中，機(jī)組轉(zhuǎn)速下降至25%（12.5Hz）時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)LCU發(fā)令投入風(fēng)閘（電制動(dòng)退出情況下）制動(dòng)，加閘控制裝置加閘指示燈點(diǎn)亮，剎車(chē)塊加閘到位指示燈點(diǎn)亮；當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速下降至5%時(shí)（2.5Hz），經(jīng)延時(shí)后（延時(shí)時(shí)間取決于機(jī)組轉(zhuǎn)子由5%轉(zhuǎn)速到停止時(shí)間），監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)令撤除風(fēng)閘制動(dòng)并反沖，加閘控制裝置反沖指示燈點(diǎn)亮，風(fēng)閘下降到位后指示燈亮，制動(dòng)過(guò)程結(jié)束。

風(fēng)閘控制投自動(dòng)，異常情況下，機(jī)組LCU單元PLC退出運(yùn)行，常規(guī)水機(jī)保護(hù)動(dòng)作停機(jī)，在機(jī)組轉(zhuǎn)速下降到25%時(shí)發(fā)出投入風(fēng)閘制動(dòng)令，加閘控制裝置加閘指示燈點(diǎn)亮，剎車(chē)塊加閘到位指示燈點(diǎn)亮，一直到機(jī)組完全停下來(lái)，風(fēng)閘的撤除及反沖必須手動(dòng)進(jìn)行。

風(fēng)閘控制另設(shè)有電手動(dòng)、純手動(dòng)控制功能。電手動(dòng)控制時(shí)，將控制把手置手動(dòng)，按加閘按鈕即可實(shí)現(xiàn)風(fēng)閘加閘，再次按加閘按鈕即可實(shí)現(xiàn)風(fēng)閘撤除；風(fēng)閘撤除后按反沖按鈕即可實(shí)現(xiàn)風(fēng)閘反沖，再次按反沖按鈕即可實(shí)現(xiàn)風(fēng)閘反沖撤除。為防止機(jī)組運(yùn)行中人為誤加閘和停機(jī)過(guò)程中高轉(zhuǎn)速加閘，回路中接入了轉(zhuǎn)速控制，只有機(jī)組轉(zhuǎn)速在25%以下，才能實(shí)施電手動(dòng)加閘！

所有電控功能失效后，可對(duì)風(fēng)閘實(shí)施純手動(dòng)控制：將手柄閥SF1轉(zhuǎn)到手動(dòng)位置，手柄閥SF2轉(zhuǎn)到剎車(chē)（加閘）位置，可實(shí)現(xiàn)純手動(dòng)加閘剎車(chē)；手柄閥SF2轉(zhuǎn)到復(fù)位（反沖）位置，可實(shí)現(xiàn)風(fēng)閘純手動(dòng)反沖復(fù)位。

在測(cè)量轉(zhuǎn)速的過(guò)程中，轉(zhuǎn)速測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性非常重要，裝置測(cè)量的誤差、誤動(dòng)會(huì)造成制動(dòng)環(huán)的磨損甚至造成機(jī)組停機(jī)。我們選取了CIP31型和CIP21型兩套可編程微機(jī)測(cè)速裝置，安裝于風(fēng)閘制動(dòng)控制盤(pán)便于觀(guān)察機(jī)組轉(zhuǎn)速。（原轉(zhuǎn)速裝置安裝于鐘罩內(nèi)，不便于值班人員及維護(hù)人員的觀(guān)察。）

CIP31型測(cè)速裝置測(cè)量探頭安裝于發(fā)電機(jī)水車(chē)室，采用霍爾測(cè)速信號(hào)送至裝置。CIP21型測(cè)速裝置測(cè)量探頭安裝于鐘罩內(nèi)采用齒盤(pán)測(cè)速信號(hào)送至裝置。此測(cè)速裝置以PLC作為核心控制元件，是集測(cè)量、顯示、輸出和控制于一體的高性能轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置。采用交流、直流雙電源供電，可實(shí)現(xiàn)無(wú)間斷電源切換。具有多種工作模式可供選擇設(shè)定，還有10對(duì)接點(diǎn)輸出，同時(shí)裝置采用觸摸屏全中文人機(jī)界面顯示操作，方便使用。兩套測(cè)速裝置使用更加確保了機(jī)組轉(zhuǎn)速測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性。

為確保過(guò)轉(zhuǎn)速事故停機(jī)時(shí)，采集的轉(zhuǎn)速點(diǎn)一定要準(zhǔn)確可靠，不能誤動(dòng)時(shí)，采取了“三選二”的方發(fā)，即當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)140%時(shí)，只要齒盤(pán)測(cè)速和霍爾測(cè)速、殘壓測(cè)速其中任何兩個(gè)測(cè)速裝置檢測(cè)到轉(zhuǎn)速達(dá)到140%即監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)停機(jī)令加閘，確保了機(jī)組安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

3 調(diào)試與試驗(yàn)

試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，模擬監(jiān)控系統(tǒng)PLC水機(jī)保護(hù)回路完全故障（失電）的情況下動(dòng)作，當(dāng)轉(zhuǎn)速上升至140%Ne，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)常規(guī)水機(jī)保護(hù)動(dòng)作向制動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出加閘令，制動(dòng)系統(tǒng)PLC開(kāi)入回路接收到加閘令后立即執(zhí)行加閘，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)監(jiān)控LCU單元只在PLC水機(jī)保護(hù)回路加入了25%Ne加閘條件，常規(guī)水機(jī)保護(hù)回路沒(méi)有加這個(gè)條件，常規(guī)水機(jī)保護(hù)回路動(dòng)作后停機(jī)，立即發(fā)出加閘令，制動(dòng)系統(tǒng)PLC接到命令后就立即加閘。將風(fēng)閘制動(dòng)控制盤(pán)CIP31轉(zhuǎn)速測(cè)速裝置上第8個(gè)接點(diǎn)設(shè)置為25%Ne，在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)常規(guī)水機(jī)保護(hù)（發(fā)制動(dòng)柜加閘令）輸出回路中，加入此25%Ne接點(diǎn)，閉鎖發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速在大于25%Ne時(shí)加閘。經(jīng)試驗(yàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)常規(guī)水機(jī)保護(hù)停機(jī)加閘動(dòng)作正確。

4 實(shí)施后的效果

我們通過(guò)對(duì)石泉電廠(chǎng)2號(hào)發(fā)電機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)控制回路的改造，大大提高了2號(hào)發(fā)電機(jī)運(yùn)行的安全性，確保了機(jī)組停機(jī)加閘的可靠性，保障了機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行。實(shí)踐證明，設(shè)備運(yùn)行3年的時(shí)間內(nèi)，風(fēng)閘機(jī)械部分、制動(dòng)控制回路的性能及指標(biāo)均滿(mǎn)足或優(yōu)于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)程的要求，且運(yùn)行可靠穩(wěn)定、零缺陷，達(dá)到真正意義的免檢修、免維護(hù)，為實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班、少人值守電站打下了良好的基礎(chǔ)，值得借鑒。

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