水电厂调速器液压控制系统可靠性研究

水电厂调速器液压控制系统可靠性研究

廖东智

铜仁市天生桥发电有限责任公司

【摘要】水电厂调速器液压控制系统主要是通过应用调速器控制柜开实现各功能有效运作，从而实现机械执行机构对油压操作的可靠、稳定进行。因此，水电厂调速器液压控制系统的安全、稳定、可靠运行是保障水电厂水轮发电机组正常工作运行，保障水电厂电网高效率、高质量输电的重要基础。基于此，本文就针对水电厂调速器液压控制系统展开系统性的分析探究，以供相关部门参考研究。

【关键词】水电厂；调速器液压控制系统；可靠性

当前，现代水电厂和电力系统对水水轮机调速器的性能和功能提出了更为严格的要求，同时随着科学技术与信息技术的不断发展，水电厂自动发电控制系统以及电网能量管理系统也日趋成熟进入实用化阶段。随着当前人们日常生产与生活中对电力的供应需求量不断增大， 促使现代电力系统中，区域电网的容量越来越大，水电厂作为输送供电的主要途径，保障水电厂电网安全可靠运行是保障人们安全、稳定用电的重要保障。水电厂调速器液压系统是控制电厂水轮机运作的执行指令系统，也是保障水电厂电网可靠、稳定、安全运行的重要基础，必须要保障水电厂调速器液压控制系统安全、稳定、可靠运行。

1. 调速器构造和效能

本文以某水电厂应用的一款法国NEYRPIC公司生产的逻辑数字电液调速器开展研究分析，该系统设备主要包含了：调速器测压阀和空载阀、电液转换器、主配压阀、事故电磁阀、调速器油泵、压力油罐、集油箱和其他液压元件。该调速器分为两大系统体系，分别为：本身液压调节系统与外部液压控制系统。其中，本身液压调节体统的主要调节作用是对调速器压力油罐内部压力通过采用空载阀和测压阀等重要的内部组成部件进行自动调节控制，在其调节控制作用下，从而促使调速器压力油泵处在一个负载或空载运行状态中。外部液压控制的主要调节作用是对球阀尾闸、机组各工况液压阀等部件的开启和关闭以及导叶开度进行有效的控制。

2. 调速器控制系统控制电源

2.1控制电源回路设计

本文所研究的水电厂目前主要是采用两路电源双重供电模式来对所有机组调速器液压控制系统控制柜进行电源供电，其中，主要是由三块ABB电源模块和POWERONE电源转换模块这两大硬件配置构成。在该系统运行中，首先通过运用POWERONE电源模块将2220V电压电源转化为DC24V，然后，将转换好的恒流电输送入ABB电源模块中，然后再将DC24V冗余供电电源利用ABB电源模块输送给控制回路或PLC模块。该电源系统主要是采取的双电源供电方式，是通过采用硬电路实现的，其中，机组直流屏通电直流220V电源，机组交流屏通电交流220V电源。其中，由POWERON电源转换模块PS1将交流220V电源转换为三路DC24V电源，然后将转换后的电源分别向ABB电源冗余模块SS1. SS2和SS3进行输送，其中ZJ02为该电源线路的电源监视继电器。由POWERON电源转换模块PS2将直流220V电源转换为三路DC24V电源，然后将转换后的电源分别向ABB电源冗余模块SS1. SS2和SS3进行输送，其中ZJ01为该电源线路的电源监视继电器。A套DC24V电源是电源冗余模块SS1所输出的DC24V电源，该电源主要功能就是为A套提供电源模块，ZJ60为该电源线路的电源监视继电器。B套DC24V电源是电源冗余模块SS3所输出的2#DC24V电源，该电源主要功能就是为B套提供电源模块，ZJ03为该电源线路的电源监视继电器。公用DC24V电源是电源冗余模块SS2所传输到电源端子PDB3/PDB4. PDB1/PDB2并输出的3#DC24V电源，该电源主要功能就是向控制柜指示灯、紧急停机控制回路、HMI电源、系统油压、压力油罐传感器电源、锁锭控制回路以及开出继电器电源等主要回路和设备提供电源，ZJ04为该电源线路的电源监视继电器。

2.2供电可靠性分析

可以实现系统电源配置硬回路完成双路电源供电模式是该水电厂所应用的调速器控制系统控制电源回路设计方法的最大优势，可以有效的实现工作电源的可靠性、持续性供电，保障了负载不断电，为水电厂水轮机的稳定、安全、可靠运行提供的有效保障。其主要工作原理就是，电源单元输入端的电源转换模块可以将输入进行去的AC220V或DC220V电源实现其的双路供电，在运行过程中，若一路发生故障，另一路仍然可以正常供电运行，负载不会发生断电现象。此时，可以实现对正常供电给后端用电设备，有效的实现了对POWERONE电源转换模块的故障状态的监测，同时，还可以通过利用继电器节点将故障状态信息向监控系统进行反应。监控系统如果监测到交流和直流220V电源同时出现了故障，将会造成二类机械故障产生造成机械停止运作。如果调速器控制柜的 DC24V 电源监视继电 ZJ04 也会因故障失效，二类机械事故停机中，液压控制系统控制柜 3#24VDC电源故障信号是 1，延迟 5s，触发二类机械事故停机开出。

3、案例分析

以下对某水电厂调速器液压控制系统实际运行情况作为案例分析，先对案例中所存在的系统安全隐患进行分析，然后提出设计方案的优化策略。

3.1安全隐患

1. 长时间的调速器控制柜电源正常应用下，会由于ZJ01. ZJ02. ZJ03.ZJ04. ZJ60的继电器线圈过长时间的进行带电运作，长期带电运作会产生线圈高热发生烧毁的可能性，就会造成二类机械事故停机流程，出现机组跳闸故障。

2. ZJ60继电器常闭节点主要是对ZJ60继电器常闭节点开展单点监控保护作用，由此加大了风险的集中性。如果继电器线圈接线端发生松动现象，就会引发继电器的抖动，然后就会相继造成二类机械事故停机流程，发生机组跳闸故障。

3. 如果任何一块电源冗余模块SS822本体出现运行故障，就会引发DC24V供电的相应设备和控制回路出现供电失败现象，SS2电源模块本体故障最为重要，一旦出现故障， 就会造成调速器无法正常运作，控制水轮机组， 直接威胁机组的安全稳定运行。

3.2 解决问题的思路与方案

（1）升级和改造现有调速器液压控制系统电源供电方式，实现调速器电源模块与供电回路冗余度的有效增强，促使其电源供电方式进一步优化，实现设备检修与运行的可独立性操作，提高运行安全、可靠性。

（2）为保障调速器控制柜的电源系统可以稳定、可靠的为每个用电部分供电，通过采用高精度高可靠性的自动化元件，实现对控制柜的电源配置及监视回路的进一步优化，从而提高设备动作可靠性，降低设备故障的发生概率。

（3）在调速器控制柜RIO远程子站背板备用槽位中增加一块电源模块，设定为冗余型的140CPS22400型号，从而实现对调速器控制柜内RIO远程子站的电源配置的进一步优化，实现对电源冗余的强化，为双电源模块冗余供电。

（4）在当前的电源模块中，电源冗余模块SS2为主要的电源源头，如果该模块发生故障，将直接威胁机组的安全稳定运行。因此，需要对RIO远程子站的电源模块供电方式实现升级改造，将两个电源转变为电源冗余模块SS1和电源冗余模块SS3，从而实现了对电源可靠性的有效提升。此外，还需要进行两组电源端子排的增加，在端子排接入SS1输出端子后，同时再接入RIO远程子站的IC10电源模块和A套CPU电源模块，从而有效保障了接线的稳定、可靠性。

【参考文献】

[1]莫文菁.浅谈直岗拉卡水电厂5号机组调速器液压控制回路特点[J].水电站机电技术,2015,38(12):30-33.

[2]齐巨涛,梁朝弼,纪正堂.小湾水电厂调速器液压系统增设事故配压阀改造[J].云南水力发电,2014,30(06):145-147.

[3]余珊.广州蓄能水电厂A厂调速器液压控制系统结构分析及故障研究[J].水力发电,2014,40(11):55-57+88.

[4]周占文.南沙水电厂调速器液压控制柜故障分析与电源改造[J].黑龙江科技信息,2014(20):87-88.

[5]杨向前.论水轮机组调速器液压系统的故障诊断与排除[J].中国新技术新产品,2011(03):180.