水电厂调速器液压控制系统运行可靠性

　　摘要：本文以某水电厂调速器液压控制系统柜的电源配置和供电方式以及控制柜失电时机组的处理方式为例，探讨了使电厂调速器液压控制系统运行的可靠性，分析了某水电厂现方案的不足之处，并结合实际情况对控制柜失电机组处理方式进行分析研究，制定出更加安全稳定的解决方案，提高了调速器液压控制系统运行的可靠性。

　　关键词：调速器;液压控制系统;水电厂

　　水电厂调速器液压控制系统一般由油压装置、压油装置、控制调节机构、系统管路四部分组成，通过这四部分有机配合，完成稳定的电-液转换，从而实现机组的正常开关机以及有功功率的调节，执行监控系统的调节和控制命令。调速器液压控制系统的中心是调速器控制柜，在调速器控制柜内安装PLC(可编程控制器)，可通过内部编写的程序来自动控制整个液压系统的运行，为调速器的机械执行机构提供稳定、可靠的操作油压，使液压系统各功能都维持在正常的工作范围之内，使调速器能够稳定运行。因此，调速器液压控制系统是整个水电厂轮发电机组稳定运行的关键，也是电网安全性和电能质量的有效保障。

　　1 调速器液压控制系统结构

　　1.1 系统PLC 硬件设计

　　本文中所研究的某水电厂所使用的调速器液压控制系统采用的是双机热备单缆单RIO 结构。该系统组态方便，维护简单，通过两套PLC共用一套RIO子站的方式，将PLC与RIO之间通过通信电缆相连接。RIO子站负责所有外部开关量输入信号、模拟量输入信号的采集，然后将采集到的信息通信给主备PLC控制器，PLC控制器进行处理后再将数据返还给RIO，并且通过开关量输出信号、模拟输出信号输出到外部元件中。在该系统的PLC控制器中有一样的输入程序，系统结构使热备能够自动化，不需要自动进行逻辑的切换。

　　备用PLC 不进行程序运算，全部数据从主用PLC 读取，保证备用PLC 在切换为主用的瞬间，所有输出与主用PLC 相同，以实现无扰切换。液压控制系统PLC 结构：每一套PLC 控制器包括一块电源模块CPS 21400、一块主站通讯模块、一块CPU 模块。安装在RIO 子站底板上的模块只有1 块电源模块，用于给RIO 子站PLC模块供电;3 块开关量输入模块用以采集离散量信息，获悉液压控制系统及其辅助设备的状态，每个模块32 点，共96 点;2 块开关量输出模块用以驱动继电器，实现对电磁阀(锁定、紧急停机)、滤油机、水冷却器、主供油源阀、事故隔离阀、自动补气、油泵等装置的控制，每个模块32 点，共64 点;一块模拟量输入模块，用以采集4mA～20mA 信号，包括油温、系统油压、压油罐液位、压油罐压力、1-4# 油泵出口压力、回油箱液位等共16 路输入;一块模拟量输出模块用以输出4mA～20mA 模拟量信号，这其中包括以下组成部分，系统油压、压油罐压力、压油罐压力、油温、系统油压、回油箱油位，会借助信号变送器，从而推送到驱动表计。

　　1.2 结构可靠性分析

　　PLC 控制器的优点是主站采用双冗余热备PLC控制系统。两个主机都可以独立进行工作，隔离电源，开关通道相同，能够完成不干扰其他信号源的开关组通道，进行切换。由于系统内部是由交叉备份组成的，因此每个CPU直接可以互不影响，自行处理工作。每一个站点配备有独立的电源模块，能够达到控制器通道以及信息的冗余，另外，电源部分可以通过累加的DC版块，从而向底板提供8A的电流，并且电源可以持续中断1毫秒左右。控制柜双机热备的RIO 远程子站只有一个，控制柜内RIO 远程子站的所有模块均通过背板来实现供电，但是背板上的电源模块只有一个，假如电源模块发生问题，那么没有模塊可以正常工作，同时它收集和输出的信息将会失效，这就无法保证液压控制系统的正常运行，因此，该液压控制系统PLC 控制模块的配置上也随时会发生未知的风险。

　　2 调速器液压控制系统控制电源

　　2.1 控制电源回路设计

　　根据实际的研究情况来看，某水电厂正在使用的是具有两块电源并且可以实现双重供电的调速器液压控制系统控制柜，该模式分为一路直流电压，一路交流电压，两者均为220V，直流电流会经过电源转化模块PS1将220V的电源转换为三路DC24V，再送至ABB电源模块SS1、SS2 和SS3，其电源监视继电器为ZJ01;另一路的交流电会经过POWERONE电源转换模块，同时向三路的DC24V电源进行输送，包括冗余模块的SS1、SS2以及SS3，它所使用的电源监视继电器是ZJ02。经过电源冗余模块SS1 的输出电源为1#DC24V 电源，电源监视继电器为ZJ60的，是给A套PLC电源模块供电的。并且在经过冗余之后，为SS3输出DC24V的电源，供给B 套PLC 电源模块，其电源监视继电器为ZJ03。电源主要为控制柜指示灯、HMI 电源、电气柜指示灯、紧急停机控制回路、锁锭控制回路、油混水、系统油压和压力油罐传感器提供电力支持。

　　2.2 供电可靠性分析

　　该系统的电源配置是硬回路，可以实现双路供电模式，这是最大的优点。在双路电源供电模式下，如果有一方供电出现故障，另一方仍然可以正常实现供电，出现故障的一方会进行故障状态监测并将异常状态实时地发送到监控系统。但二者同时出现故障，就会触发二类机械事故停机，所以原设计方案仍然存在如下安全隐患：

　　①当继电器线圈烧毁，可能会触发二类机械事故停机而造成机组跳闸。②继电器在工作中可能会发生一定的抖动，这是由于线圈的接端口出现松动，这也可能会导致触发跳闸，发生故障。③SS2电源模块自身发生故障，不能持续工作，对机组的正常运行带来威胁。④A/B 套CPU 电源模块不具有高强度的可靠性。

　　3 解决问题的思路及方案

　　针对以上安全隐患的分析，总结了如下几点技术改进，以保障设备的安全运行：①改造调速器液压系统对于电源的供电形式，才能增加水轮机工作时的安全性。②对电源在工作中的转换方式要不断优化升级，从而进一步增加电源模块的冗余，使设备检修和运行独立操作。③在进行自动化元件的选取时，要注重高精度配件的选用，以此增加设备的安全性。

　　对于以上所述的这些故障问题，我认为需要对控制柜的电源配置进行优化，根据实际的操作情况和现场设备布置情况，设计了如下改造方案。

　　A优化调速器控制柜内RIO 远程子站的电源配置：当前，有一块可累加的电源模块在远程子站中，电源的型号是140CPS21400，工作人员可以利用背板的备用槽位，进行电源冗余的增强，在增加一块电源模块的基础上，升级所有型号的电源模块，由此可以实现双电源模式的供电。

　　B优化RIO 远程子站的电源模块供电方式：电源冗余模块SS2，当前只为控制柜中的RIO远程子站进行供电，如果想要增加电源的稳定性和安全性，就需要将两个电源模块电源改为两部分，一部分取自电源冗余模块SS1，另一部分电源冗余模块SS3。与此同时，原先SS1的电源模块可以套入B套中，则SS3的电源冗余模块就可以在A中直接使用。

　　4 结语

　　通过对调速器液压控制系统的电源优化，可以实现主/备电源在断开任意输入电源的情况下，都能够正常运行，主/备CPU也切换正常，同时，触摸屏和监控系统会受到相应的故障报警信号，但调速器无异常报警信号，降低了误动的几率。

　　参考文献：

　　[1]谭中美，杨维平，李士哲.水电厂调速器油压装置报警逻辑完善[J]. 自动化应用，2017(2).

　　作者：梁晓龙

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