水電廠自動化元件的優(yōu)化選型和改造完善

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簡介： 水電廠自動化元件的質(zhì)量優(yōu)劣直接關(guān)系到水電廠的安全運行，也影響著綜合自動化水平的提高。為此，葛洲壩大江電廠對其自動化元件進行不斷改造和優(yōu)化完善，在優(yōu)化選型和改造過程中，采用先試驗再推廣的方法，使機組自動化元件在運行中的可靠性和穩(wěn)定性有了顯著改善，從而大大提高了電廠綜合自動化水平。
關(guān)鍵字：技術(shù)改造；自動化元件；選型；葛洲壩水電廠

葛洲壩大江電廠有14臺單機為125 MW的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機組，主、輔設(shè)備大部分為國產(chǎn)設(shè)備，于1986年6月開始投產(chǎn)運行。由于受當(dāng)時國內(nèi)技術(shù)條件的限制，機組自動化元件主要是主機廠提供的配套產(chǎn)品。在投產(chǎn)初期，機組自動化元件就暴露出較多的問題，如：液壓電磁閥可靠性差，頂蓋浮子發(fā)卡造成水淹水導(dǎo)軸承事故，電動閥門驅(qū)動裝置拒動，高壓油壓力開關(guān)整定值易變動等，造成安全事故頻繁，自動化程度很低，主要靠人海戰(zhàn)術(shù)來維持安全生產(chǎn)。90年代初期，電廠開始著手對機組自動化元件進行選型試驗和推廣改造，先后對多種自動化元件進行了換型改造。10年多來，對機組自動化元件的不斷優(yōu)化，使其運行可靠性和穩(wěn)定性有了顯著改善，大大提高了電廠的綜合自動化水平。

1 機組自動化元件換型改造?

1.1 電動閥門驅(qū)動裝置?

　　機組的冷卻水系統(tǒng)水源直接取自長江，由于水中帶有大量的泥沙和雜物，使得機組供水系統(tǒng)異常復(fù)雜，單臺機采用了11臺電動閥門。原電動閥門的驅(qū)動裝置力矩偏小，無機械過載保護，運行中經(jīng)常發(fā)生不能電動或機械過載卡死。另外，電動閥門驅(qū)動裝置在工藝上無防潮措施，使得電氣回路經(jīng)常發(fā)生接地，造成電動閥門無法正常運行。

　　1990年電廠將原技術(shù)供水用的1－9DF電動閥驅(qū)動裝置全部更換為Z－60、Z－90型閥門電動驅(qū)動裝置，該裝置具有力矩大、開關(guān)方向均有過載保護、電氣密封性能好、安裝調(diào)試方便等特點。在隨后的幾年中，電廠將水系統(tǒng)濾水器手動排污閥也更換為Z－30型電動閥門，并對14臺機組壓油裝置的主供油閥進行了改造，安裝了驅(qū)動裝置。經(jīng)過近十年的運行考驗，該驅(qū)動裝置運行情況良好。

1.2 電磁配壓閥

　　最初使用的電磁閥為主機廠配套的DF－1型電磁閥,它用于機組液壓油系統(tǒng)和機組制動系統(tǒng)(壓縮空氣),在運行過程中,經(jīng)常出現(xiàn)掛鉤掛不上、燒接點、燒線圈、漏氣、漏油和發(fā)卡拒動現(xiàn)象。90年代初，開始著手對電磁閥進行更換改造試驗，首先選用的是國內(nèi)產(chǎn)品，雖然價格便宜、售后服務(wù)及時，但質(zhì)量不太穩(wěn)定，在產(chǎn)品制造工藝和質(zhì)量管理方面存在一些問題，少量采用時情況比較好，一旦大規(guī)模投入改造就會出現(xiàn)這樣那樣的問題。為此，1995年開始選用日本VE23／1200二位三通電磁空氣閥，用于風(fēng)閘上下腔自動排氣控制；隨后選用德國VE40二位四通電磁配壓閥，用于水系統(tǒng)正反向供水和鎖定的自動控制。這兩種電磁閥均為雙穩(wěn)態(tài)，DC 220V供電，體積小，動作靈敏度高，基本上為免維護產(chǎn)品。目前，電廠已普遍推廣選用進口電磁閥。

　　壓油裝置的自動補氣問題一直是大型水輪發(fā)電機組比較棘手的問題。電廠14臺機組在安裝時設(shè)計有自動補氣功能，但由于補氣電磁閥的技術(shù)問題,一直未投入自動運行。1997年在10、11號機組上試用了國產(chǎn)B302－2型補氣裝置，通過與計算機監(jiān)控系統(tǒng)配合，實現(xiàn)了機組自動補氣功能。該裝置集補氣、排氣、安全保護及自保持電氣控制回路于一體；電磁閥的體積小、工作壓力高、消耗功率低、動作可靠。但由于電廠機組壓油裝置補氣量過大，該裝置過氣流量相對過小，造成補氣時間很長。2000年又試選用了進口補氣電磁閥，目前正在試驗中。

1.3 液位信號器?

　　(1)頂蓋液位信號器。從前采用的是空心導(dǎo)桿浮球形式，磁浮球隨著液位的變化上下移動，接通導(dǎo)桿內(nèi)干簧接點或濕簧接點。由于所處工作環(huán)境惡劣，經(jīng)常發(fā)生接點損壞、浮球發(fā)卡，不能正確控制頂蓋泵的正常工作。改造前電廠每年至少發(fā)生一次水淹水導(dǎo)軸承事故，嚴(yán)重時一天之內(nèi)曾發(fā)生2臺機水淹水導(dǎo)事故，成為困擾電廠安全生產(chǎn)的難題。1992年電廠選用了國產(chǎn)FWX－43型液位信號控制器，將頂蓋液位信號器由頂蓋層移至水導(dǎo)層，工作環(huán)境大大改善。該信號器由4個浮球與3個磁記憶開關(guān)組成，浸在液體中的浮力塊通過不銹鋼鋼絲繩與上部的磁頭相連。當(dāng)液位變化時，浮力塊所受浮力將隨之變化，使上部的磁頭隨鋼絲繩一起出現(xiàn)相應(yīng)位移，其磁記憶接點動作反映相應(yīng)的液位變化，從而控制頂蓋泵的起?；虬l(fā)出水位過高信號。該信號器特別適合含泥沙污物多的環(huán)境。在14臺機組頂蓋液位信號器改造后，電廠至今未發(fā)生過因控制元件失靈造成的水淹水導(dǎo)事故。

　　(2)三部軸承液位信號器。機組的上導(dǎo)、推力、水導(dǎo)三部軸承最初使用國產(chǎn)磁浮子液位信號器監(jiān)視油位上下限，由于接點動作不可靠，常拒動或誤動。后加裝了壓力變送器監(jiān)視油位，由于變送器采用測量壓力變換為液位的原理，加之三部軸承油位量程范圍小，使測量誤差較大，不能準(zhǔn)確反映軸承油位。為了徹底解決這一問題，經(jīng)多方考察論證，1998年選用德國產(chǎn)品，對14臺機組的三部軸承液位信號器和壓力變送器進行了改造。上導(dǎo)和推力采用SBMG－25／16／2 m－350型液位信號器，水導(dǎo)采用TN－65／16／2 m－350型液位信號器，用于三部軸承油位信號的在線監(jiān)視與異常報警。該產(chǎn)品將液位信號器、壓力變送器和液位指示器三合一，集磁翻板現(xiàn)地液位顯示、傳感器變送模擬量輸出和雙軌道外掛磁記憶開關(guān)為一體。浮球采用了高強度鈦合金全封閉式浮球，浮球活動間隙大，無卡阻且耐磨；開關(guān)為磁記憶干簧接點，其可靠性高，并可根據(jù)實際需要任意設(shè)置在磁翻板液位計兩側(cè)的軌道上，調(diào)整極為方便；傳感器內(nèi)電阻鏈由一系列焊接在電路板上的小芯片組成，小芯片集成了1個刻度精確電阻和1個微動干簧開關(guān)，液位變送器能準(zhǔn)確將實際液位以4～20 mA電流輸送給計算機監(jiān)控裝置。該產(chǎn)品特別適合在機組頻繁振動的部位使用。這些優(yōu)越的性能是電廠以前使用過的液位計所無法比擬的。因此電廠已在機組壓油裝置集油槽、壓油罐、漏油箱等液體監(jiān)控部位全面推廣。改進后的該液位信號器還安裝在頂蓋上，用于準(zhǔn)確監(jiān)視頂蓋水位和控制頂蓋水泵。

1.4 壓力變送器?

　　電廠機組和公用設(shè)備設(shè)計之初沒有壓力變送器方面的監(jiān)視。1994年底隨著計算機監(jiān)控系統(tǒng)的改造完善，開始加裝壓力變送器。初期選用國產(chǎn)壓力變送器用于機組各種壓力的監(jiān)視，由于測量誤差大、損壞率高而遭淘汰。后開始選用美國產(chǎn)PTC500系列各量程壓力變送器和國產(chǎn)843DP－A2I1SK－C壓差變送器，用于機組油水風(fēng)系統(tǒng)、蝸殼、尾水管等各測點的壓力、負壓及濾水器前后的壓差在線監(jiān)測。這些變送器的加裝完善了機組計算機報表，對設(shè)備的監(jiān)控力度大大加強，減輕了運行人員的勞動強度。

1.5 壓力信號器

　　電廠油、氣系統(tǒng)采用的電接點壓力表經(jīng)常出現(xiàn)粘連、接點被燒壞、測值不準(zhǔn)和脹管脫焊噴油等，造成機組低油壓誤動停機。其間，曾經(jīng)選用國產(chǎn)壓力開關(guān)取代電接點壓力表，后因其壓力整定值易漂移而停用。以后選用了美國產(chǎn)PSN－0405壓力開關(guān)，取代機組風(fēng)閘上下腔及空氣圍帶充排氣控制水銀接點壓力信號控制器。2001年在14、12號兩臺機組壓油裝置上采用了美國產(chǎn)9NN－KS－N4－CIA－X37I壓力開關(guān)，用于油壓保護和油泵的控制。這次選用的壓力開關(guān)具有定值調(diào)整精度高、不變位、調(diào)整方便和接點開斷性能可靠的特點，擬在全廠推廣使用。

1.6 示流信號器

　　用于電廠機組冷卻水系統(tǒng)的示流信號器有兩種：一種是擋板式，另一種是靶式。經(jīng)過幾年的運行，靶式示流信號器明顯優(yōu)于擋板式示流信號器。靶式示流信號器采用不銹鋼波紋管密封，具有使用壽命長、維護量小、適應(yīng)渾水環(huán)境等特點。因此，選用了國產(chǎn)靶式示流信號器，更換了8臺機組48個擋板式示流信號器，提高了機組冷卻水系統(tǒng)的示流監(jiān)視能力和開停機成功率。但是，靶式示流信號器只能判斷水流的通斷，從更高的要求出發(fā)，還應(yīng)增加對水流流量的定量監(jiān)測。

1.7 位移傳感器

　　水輪發(fā)電機組調(diào)速器采用的是國產(chǎn)位移傳感器，在運行過程中傳感器存在零點漂移、輸出脈動電壓超標(biāo)、溫度漂移、輸出線性度差等問題，造成機組負荷波動、協(xié)聯(lián)不準(zhǔn)、達不到滿負荷。2000年初電廠在8、9號機組采用了美國產(chǎn)DCT－3000位移傳感器，使用效果良好。

1.8 轉(zhuǎn)速信號器

　　在轉(zhuǎn)速信號器方面，由于原BZX－3和ZX－8A型轉(zhuǎn)速信號器晶體管元器件急劇老化，造成機組多次誤動停機。1997年電廠選用了GZWZX型微機轉(zhuǎn)速信號裝置進行替換。為了避免機組永磁發(fā)電機花鍵軸斷裂，影響轉(zhuǎn)速信號器的正常工作，2000年還試用了ZCP－110型轉(zhuǎn)速繼電器，其中用齒盤替換了機組永磁發(fā)電機，電氣測量部分是高可靠性的可編程控制器。電廠擬在全廠范圍內(nèi)推廣使用齒盤測速信號裝置，并與機組RTU改造配套使用。

1.9 濾水器

　　濾水器原設(shè)計是旋轉(zhuǎn)式，設(shè)旋轉(zhuǎn)濾筒清污。但是，長江水質(zhì)渾濁、惡劣，汛期時最大含沙量可達10.5 kg／m3 ,并夾帶有大量的泡沫、雜草、塑料制品等雜物，使濾水器投運以后因負荷過重?zé)o法旋轉(zhuǎn)；將全廠21臺機組的濾水器旋轉(zhuǎn)機構(gòu)拆除，變旋轉(zhuǎn)式為固定式，結(jié)果使濾水器汛期堵塞更加嚴(yán)重。解決該問題的一個重要措施就是定期進行正反向供水倒換，并對濾水器進行反沖排污。近年來，長江水質(zhì)持續(xù)惡化，汛期泥沙及漂浮物增多，原來在汛期每周一次的倒換操作增加到每天一次甚至數(shù)次，其中21、20號等右岸機組汛期達到每2h進行一次倒換操作，有時反沖解決不了問題，只能停機對濾水器分解進行人工清渣及清掃濾網(wǎng)。頻繁的倒換操作又造成電動閥銅螺母、閥桿磨損，閘板卡死或脫落，加壓泵損壞，造成機組被迫停機，形成惡性循環(huán)。

　　針對濾水器存在的問題，2000年12月，電廠在20號機水系統(tǒng)選用了ZLSG改進型復(fù)合自動排污濾水器進行試驗，取得了良好的效果。該濾水器具有以下優(yōu)點：

　　①過濾面積大，出口水壓穩(wěn)定，可靠性高，既排沉積泥沙又排漂浮物，過濾徹底，新濾水器運行期間沒有任何濾網(wǎng)堵塞、轉(zhuǎn)動機構(gòu)卡阻現(xiàn)象；

　?、诰S護量低，幾乎沒有任何檢修維護工作；

　　③自動化程度高，PLC控制可以滿足多種控制功能的要求。這種濾水器的安裝應(yīng)用大大提高了機組自動化水平，減輕了運行和檢修人員的勞動強度。2001年冬修期間，在15～21號機組上全面推廣應(yīng)用。

2 改造后的運行效果

2.1 促進了設(shè)備操作可靠性的提高

　　機組自動化元件的換型和擴充使計算機監(jiān)控系統(tǒng)功能得到充分發(fā)揮，大大提高了機組主、輔設(shè)備運行監(jiān)視的可靠性。在中控室即可全面了解設(shè)備運行狀態(tài)，同時采用模擬量和開關(guān)量雙重監(jiān)視和控制，使設(shè)備運行更加可靠。1990～1995年機組的開停機成功率基本上在50%左右。1995年后，開停機成功率逐漸提高，到2000年開停機成功率達到99.7%。

2.2 促進了運行管理水平的全面提高

　　機組自動化元件的改造與計算機監(jiān)控系統(tǒng)密切相關(guān)，在機組自動化元件得以更新改造和擴充后，使監(jiān)控系統(tǒng)的信息更加充分可靠，充實了計算機監(jiān)控系統(tǒng)人機界面窗口。運行人員可在中控室直接監(jiān)視到所有設(shè)備的狀況，所有操作都可在中控室完成，使運行人員擺脫了定期抄表和頻繁巡檢的繁重勞動。元件的智能報警及時反映出設(shè)備的故障信息，使運行人員及時掌握設(shè)備狀況，及時消除設(shè)備隱患，降低事故風(fēng)險。

2.3 促進了運行值守方式的進步

電廠發(fā)電初期的運行值班方式采用分散值班，機組機旁、中控室及重要部位均有人值班。1989年11月采用相對集中值班方式，廠房內(nèi)設(shè)置兩個機械值班點，電氣值班集中于中控室。1996年1月機電合一值班，1997年10月進行“無人值班（少人值守）”試運行，機電合一值班改為少人值守多人待命。到1998年12月，通過國家電力公司“無人值班（少人值守）”正式驗收。值班方式的每一次變化都是伴隨著自動化元件換型改造力度的加大，自動化元件的換型改造為值守方式的進步提供了有力保障。

3 經(jīng)驗及體會

　　水電廠機組自動化元件的選型改造一定要高起點、高可靠性，選型改造一定要慎重，應(yīng)先試驗再推廣，并盡量選用質(zhì)量好的定型產(chǎn)品，在資金條件允許的情況下首選進口產(chǎn)品，避免重復(fù)改造、造成浪費。部分國產(chǎn)自動化元件質(zhì)量是過硬的，還有部分產(chǎn)品需要提高質(zhì)量，希望國內(nèi)生產(chǎn)廠家加強質(zhì)量管理，改進生產(chǎn)工藝，提高產(chǎn)品檔次，共同推動國產(chǎn)自動化元件的進步和發(fā)展。