皂市水電站自動補(bǔ)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(fā)有限責(zé)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(zhèn)境內(nèi)，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(wù)以防洪為主，兼顧發(fā)電、灌溉、航運(yùn)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(jī)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(jī)組相繼并網(wǎng)發(fā)電，2009 年12 月工程完工[1]。澧水公司皂市水電站負(fù)責(zé)湖南渫水皂市水利樞紐運(yùn)行管理。

1 自動補(bǔ)氣裝置的作用

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

2 原自動補(bǔ)氣裝置的工作原理

皂市水電站原自動補(bǔ)氣裝置采用的是型號為B302-2 產(chǎn)品，其工作原理如下：自動補(bǔ)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(bǔ)氣條件滿足或電手動補(bǔ)氣時，自動補(bǔ)氣電磁閥D4 動作接通氣源、D5 關(guān)閉。補(bǔ)氣結(jié)束時D4 復(fù)位關(guān)閉氣源，D5 接通排出逆止閥至D4 之間的氣體。手動補(bǔ)氣時，關(guān)閉常開閥1Q102、1Q103，打開常閉閥1Q104，實現(xiàn)壓油罐手動補(bǔ)氣。壓油罐需要消壓排氣時，關(guān)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(bǔ)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(guān)閉無遠(yuǎn)傳信號，人員無法掌握自動補(bǔ)氣裝置的狀態(tài)缺陷。因此電站長期一直沿用人員定期手動補(bǔ)氣方式維持壓油罐油位。

圖1 原自動補(bǔ)氣裝置原理圖

3 自動補(bǔ)氣裝置的改造研究

3.1 設(shè)計思路

咨詢、選擇、采購滿足自動補(bǔ)氣功能，電磁閥動作不用長期帶電且自動補(bǔ)氣裝置動作到位時具備遠(yuǎn)傳信號輸出的產(chǎn)品。經(jīng)比較分析及經(jīng)濟(jì)性評價后，決定選用由西安江河電站技術(shù)開發(fā)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的QZB 球閥型自動補(bǔ)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(xiàn)場只需將補(bǔ)氣管路進(jìn)行適當(dāng)改動后并重新編制控制程序即可實現(xiàn)自動補(bǔ)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(dāng)補(bǔ)氣條件滿足自動補(bǔ)氣時，電動球閥打開，實現(xiàn)壓油罐自動補(bǔ)氣；當(dāng)需要手動補(bǔ)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(xiàn)手動補(bǔ)氣；當(dāng)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(guān)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(xiàn)排氣[4，6]。

圖2 改造后自動補(bǔ)氣裝置原理圖

3.3 電氣接線圖

自動補(bǔ)氣裝置安裝到位后，對原電氣接線圖重新進(jìn)行了設(shè)計，更改后電氣圖如圖3。

圖3 改造后自動補(bǔ)氣裝置電氣圖

3.4 PLC 程序改進(jìn)

皂市水電站油壓裝置系統(tǒng)控制部分采用三菱FX1S-30MT 系列PLC，在原自動補(bǔ)氣程序上根據(jù)油壓裝置具備的功能重新編制控制程序，實現(xiàn)了自動補(bǔ)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(bǔ)氣裝置控制主程序

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

自動補(bǔ)氣裝置自動停止補(bǔ)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(bǔ)氣油位；停泵信號出現(xiàn)；補(bǔ)氣時長達(dá)到20 min。

更換為電動球閥型式的自動補(bǔ)氣裝置后，將球閥的位置接點送入PLC 內(nèi)，確保球閥開關(guān)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(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)人員掌握自動補(bǔ)氣裝置實況功能。該自動補(bǔ)氣裝置改造的成功應(yīng)用，解決了水電站壓油罐補(bǔ)氣自動補(bǔ)氣功能，具有良好的推廣價值。

4 結(jié)束語

皂市水電站壓油罐雖已實現(xiàn)自動補(bǔ)氣功能，但由于受油壓裝置控制設(shè)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(yùn)行后負(fù)荷指令多，油泵啟停間隔時間較短，在滿足自動補(bǔ)氣條件下自動補(bǔ)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(bǔ)氣裝置控制功能進(jìn)行優(yōu)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(chǔ)。