水電廠自動化元件的優(yōu)化選型和改造完善

申請免費(fèi)試用、咨詢電話：400-8352-114

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(yùn)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(jìn)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(yàn)再推廣的方法，使機(jī)組自動化元件在運(yùn)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(jī)為125 MW的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)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(yùn)行。由于受當(dāng)時國內(nèi)技術(shù)條件的限制，機(jī)組自動化元件主要是主機(jī)廠提供的配套產(chǎn)品。在投產(chǎn)初期，機(jī)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(jī)組自動化元件進(jìn)行選型試驗(yàn)和推廣改造，先后對多種自動化元件進(jìn)行了換型改造。10年多來，對機(jī)組自動化元件的不斷優(yōu)化，使其運(yùn)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(jī)組自動化元件換型改造?

1.1 電動閥門驅(qū)動裝置?

　　機(jī)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(jī)組供水系統(tǒng)異常復(fù)雜，單臺機(jī)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(jī)械過載保護(hù)，運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)生不能電動或機(jī)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(yùn)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(hù)、電氣密封性能好、安裝調(diào)試方便等特點(diǎn)。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(jī)組壓油裝置的主供油閥進(jìn)行了改造，安裝了驅(qū)動裝置。經(jīng)過近十年的運(yùn)行考驗(yàn)，該驅(qū)動裝置運(yùn)行情況良好。

1.2 電磁配壓閥

　　最初使用的電磁閥為主機(jī)廠配套的DF－1型電磁閥,它用于機(jī)組液壓油系統(tǒng)和機(jī)組制動系統(tǒng)(壓縮空氣),在運(yùn)行過程中,經(jīng)常出現(xiàn)掛鉤掛不上、燒接點(diǎn)、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(jìn)行更換改造試驗(yàn)，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(hù)產(chǎn)品。目前，電廠已普遍推廣選用進(jìn)口電磁閥。

　　壓油裝置的自動補(bǔ)氣問題一直是大型水輪發(fā)電機(jī)組比較棘手的問題。電廠14臺機(jī)組在安裝時設(shè)計(jì)有自動補(bǔ)氣功能，但由于補(bǔ)氣電磁閥的技術(shù)問題,一直未投入自動運(yùn)行。1997年在10、11號機(jī)組上試用了國產(chǎn)B302－2型補(bǔ)氣裝置，通過與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)配合，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組自動補(bǔ)氣功能。該裝置集補(bǔ)氣、排氣、安全保護(hù)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(jī)組壓油裝置補(bǔ)氣量過大，該裝置過氣流量相對過小，造成補(bǔ)氣時間很長。2000年又試選用了進(jìn)口補(bǔ)氣電磁閥，目前正在試驗(yàn)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(diǎn)或濕簧接點(diǎn)。由于所處工作環(huán)境惡劣，經(jīng)常發(fā)生接點(diǎn)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(jī)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(diǎn)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(jī)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(jī)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(diǎn)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(jī)組的三部軸承液位信號器和壓力變送器進(jìn)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(qiáng)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(diǎn)，其可靠性高，并可根據(jù)實(shí)際需要任意設(shè)置在磁翻板液位計(jì)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(shí)際液位以4～20 mA電流輸送給計(jì)算機(jī)監(jiān)控裝置。該產(chǎn)品特別適合在機(jī)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(jì)所無法比擬的。因此電廠已在機(jī)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(jìn)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(jī)組和公用設(shè)備設(shè)計(jì)之初沒有壓力變送器方面的監(jiān)視。1994年底隨著計(jì)算機(jī)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(jī)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(jī)組油水風(fēng)系統(tǒng)、蝸殼、尾水管等各測點(diǎn)的壓力、負(fù)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(jī)組計(jì)算機(jī)報表，對設(shè)備的監(jiān)控力度大大加強(qiáng)，減輕了運(yùn)行人員的勞動強(qiáng)度。

1.5 壓力信號器

　　電廠油、氣系統(tǒng)采用的電接點(diǎn)壓力表經(jīng)常出現(xiàn)粘連、接點(diǎn)被燒壞、測值不準(zhǔn)和脹管脫焊噴油等，造成機(jī)組低油壓誤動停機(jī)。其間，曾經(jīng)選用國產(chǎn)壓力開關(guān)取代電接點(diǎn)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(jī)組風(fēng)閘上下腔及空氣圍帶充排氣控制水銀接點(diǎn)壓力信號控制器。2001年在14、12號兩臺機(jī)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(hù)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(diǎn)開斷性能可靠的特點(diǎn)，擬在全廠推廣使用。

1.6 示流信號器

　　用于電廠機(jī)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(yùn)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(hù)量小、適應(yīng)渾水環(huán)境等特點(diǎn)。因此，選用了國產(chǎn)靶式示流信號器，更換了8臺機(jī)組48個擋板式示流信號器，提高了機(jī)組冷卻水系統(tǒng)的示流監(jiān)視能力和開停機(jī)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(jī)組調(diào)速器采用的是國產(chǎn)位移傳感器，在運(yùn)行過程中傳感器存在零點(diǎn)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(jī)組負(fù)荷波動、協(xié)聯(lián)不準(zhǔn)、達(dá)不到滿負(fù)荷。2000年初電廠在8、9號機(jī)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(jī)組多次誤動停機(jī)。1997年電廠選用了GZWZX型微機(jī)轉(zhuǎn)速信號裝置進(jìn)行替換。為了避免機(jī)組永磁發(fā)電機(jī)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(jī)組永磁發(fā)電機(jī)，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(jī)組RTU改造配套使用。

1.9 濾水器

　　濾水器原設(shè)計(jì)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(dá)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(yùn)以后因負(fù)荷過重?zé)o法旋轉(zhuǎn)；將全廠21臺機(jī)組的濾水器旋轉(zhuǎn)機(jī)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(jìn)行正反向供水倒換，并對濾水器進(jìn)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(jī)組汛期達(dá)到每2h進(jìn)行一次倒換操作，有時反沖解決不了問題，只能停機(jī)對濾水器分解進(jìn)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(jī)組被迫停機(jī)，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(jī)水系統(tǒng)選用了ZLSG改進(jìn)型復(fù)合自動排污濾水器進(jìn)行試驗(yàn)，取得了良好的效果。該濾水器具有以下優(yōu)點(diǎn)：

　　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(yùn)行期間沒有任何濾網(wǎng)堵塞、轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)卡阻現(xiàn)象；

　?、诰S護(hù)量低，幾乎沒有任何檢修維護(hù)工作；

　?、圩詣踊潭雀撸琍LC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(jī)組自動化水平，減輕了運(yùn)行和檢修人員的勞動強(qiáng)度。2001年冬修期間，在15～21號機(jī)組上全面推廣應(yīng)用。

2 改造后的運(yùn)行效果

2.1 促進(jìn)了設(shè)備操作可靠性的提高

　　機(jī)組自動化元件的換型和擴(kuò)充使計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)功能得到充分發(fā)揮，大大提高了機(jī)組主、輔設(shè)備運(yùn)行監(jiān)視的可靠性。在中控室即可全面了解設(shè)備運(yùn)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(yùn)行更加可靠。1990～1995年機(jī)組的開停機(jī)成功率基本上在50%左右。1995年后，開停機(jī)成功率逐漸提高，到2000年開停機(jī)成功率達(dá)到99.7%。

2.2 促進(jìn)了運(yùn)行管理水平的全面提高

　　機(jī)組自動化元件的改造與計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)密切相關(guān)，在機(jī)組自動化元件得以更新改造和擴(kuò)充后，使監(jiān)控系統(tǒng)的信息更加充分可靠，充實(shí)了計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)人機(jī)界面窗口。運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(jìn)了運(yùn)行值守方式的進(jìn)步

電廠發(fā)電初期的運(yùn)行值班方式采用分散值班，機(jī)組機(jī)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(jī)械值班點(diǎn)，電氣值班集中于中控室。1996年1月機(jī)電合一值班，1997年10月進(jìn)行“無人值班（少人值守）”試運(yùn)行，機(jī)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(yàn)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(jìn)步提供了有力保障。

3 經(jīng)驗(yàn)及體會

　　水電廠機(jī)組自動化元件的選型改造一定要高起點(diǎn)、高可靠性，選型改造一定要慎重，應(yīng)先試驗(yàn)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(jìn)口產(chǎn)品，避免重復(fù)改造、造成浪費(fèi)。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(qiáng)質(zhì)量管理，改進(jìn)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(jìn)步和發(fā)展。