大桥水库水力发电厂位于安宁河上游,有4台25MW发电机和一个升压站两回出线,一回110kV送至冕宁城南变电站,一回220kV送至新棉开关站。电厂属于引水式电站,水源由大坝经压力隧洞引至调压井,再由调压井经压力钢管引至4台发电机,电厂4台机组的
蝶阀采用的是东方电机厂生产的Φ1750双平板蝶阀。蝶阀作为水轮机进水阀安装在引水管下游端的厂房内,
调节阀垂直中心线位于机组中心线的上游侧5.8M,蝶阀安全可靠的控制不仅决定着电厂机组运行的经济性和安全性,而且决定着整个电站枢纽的安全性,因此对电厂蝶阀安全可靠的控制尤为重要;为了满足蝶阀的特殊运行情况,要求控制系统自动化程度高、运行可靠、功能齐全、具备完善的蝶阀状态控制、自动化控制及控制反馈、保护及信息传递功能,能适应电厂的各种运行工况,使整个系统与被控制设备始终处于有效工作。
一、蝶阀的作用
机组在正常运行时,蝶阀活门始终处于全开位置,在以下情况关闭蝶阀:
1、发电机组长时间停机;
2、发电机检修时;
3、发电机组出现事故时(如机组在甩负荷时调速器及过速限制器不能正常动作,机组转速达140%Ne时;机组运行中导叶被异物卡住气剪销剪断,导叶被水流冲过头,水力严重不平衡,机组振摆超幅时,需关蝶阀停机处理)。
二、蝶阀的控制系统
控制系统由1套压油装置、1套漏油装置、1个电气控制柜、1个机械控制柜、1个液压锁定、1个液压式摇摆式接力器以及辅助控制的电磁液压阀、压力开关和行程开关组成。
三、电气控制装置的组成
我厂蝶阀控制装置采用VPC21蝶阀自动测控装置,该装置采用了高可靠性的西门子S72200系列PLC作为数据处理及设备控制的核心,实现了蝶阀开关的自动化,由4部分组成:(1)西门子PLC控制柜;(2)电磁液压阀;(3)压力开关;(4)行程开关。
四、系统工作原理
VPC21作为系统的测控核心,负责所有的信息处理,它在得到开阀指令后将判断导叶、蝶阀和调压井闸门位置,只有在导叶全关、蝶阀非全开、调压井闸门全开时才满足开阀条件,这时发开阀令并延时120
s判断阀是否全开,如未全开就报阀组故障;这时蝶阀
电磁阀(1DP)1DP
K线圈带电动作拔出锁定并打开旁通阀对蜗壳充水平压,锁定拔出后1DP线圈1DP
K失电,当蜗壳的压力开关达到压力开关整定值时,提起(2DP)2DP
K线圈带电动作开四通滑阀对入接力器下腔供油、上腔排油,这时蝶阀开启,当行程开关送上阀全开位置信号后,1DP
G线圈带电动作落下锁定,当锁定落下信号上送时,1DP
G线圈失电,程序返回完成开阀流程;当VPC21接到关阀或事故关阀指令时,发出关阀命令并延时90
s判断阀是否全关,如未全关就报阀组故障;这时蝶阀电磁阀(1DP)1DP
K线圈带电动作拔出锁锭之后,落下(2DP)2DP
G线圈带电动作,关四通滑阀,对接力器上腔供油、下腔排油,这时蝶阀关闭,当行程开关上送阀全关位置信号后,1DP
G线圈带电动作落下锁锭,当锁锭落下信号上送时,1DP
G线圈失电,程序返回完成关阀流程。
五、存在的问题
根据蝶阀的工作特性,蝶阀为静水开阀,动水或静水关阀,蝶阀只能全开或全关工作,不能停在中间位置作流量控制,故蝶阀的开阀条件是门前、门后的压力趋于平衡才能开阀,由于存在设计缺陷、检修工艺以及部分设备的工作不可靠造成蝶阀的开阀困难,归结起来主要有以下几点:
1、水轮机导叶立面和端面间隙过大,造成漏水量大,蝶阀平压困难,也就造成了开阀困难。
2、平压的判据是一只安在阀后的压力开关,由于压力开关是一种只能整定单一压力的设备,无法时时判断压力的变化(因我厂水库的水位是在1977
m到2020
m变化的),这样在高、中、低水位下整定的定值都不适用,不能实时反映阀前后的压力差,也就造成了开阀困难。
3、蝶阀阀体行程开关和蝶阀锁定行程开关工作在蝶阀层气温低、空气潮湿如密封不好会造成行程开关触点和接线端子锈蚀,不能正常反馈蝶阀阀体和锁锭的正确位置,造成开阀困难。
4、控制系统在设计控制回路时采用电磁阀(1DP、2DP)的辅助行程开关来开断电磁阀线圈回路,因行程开关触点容量较小,分断起弧时常烧毁行程开关触点或触点粘连,造成控制系统不可靠,从而造成开阀困难。
5、现有的调速器行程主令控制器采用较老的凸轮式机械主令控制器,调整好后运行一段时间后就会变位,经常在导叶全关时不能送上开阀所需的导叶全关信号,造成开阀困难。
六、处理方法及建议
1、导叶漏水量大:在近几年的检修过程中已严把质量关,控制好立面和端面间隙,漏水量大的问题已基本解决。
2、平压判据不真实:可将压力开关改力压差开关或压差传感器,这样
阀门前后的压差能得到真实的表现,如采用压差传感器,PLC需增加一个AD模块,而蝶阀阀控系统中其它地方不需模拟量,故采用压差传感器不经济,建议采用压差开关。
3、蝶阀阀体行程开关和蝶阀锁定行程开关工作环境差的问题:可选用密封性能良好的进口行程开关以及对进线作防水处理。
4、调速器行程主令控制器不可靠的问题:可通过技改来实现,其方法如下,采用专用的PLC加位移传感器作1套主令控制装置,因我厂调速器的行程是140
mm,可采用1只200
mm的位移传感器固定于接力器推拉杆上,将号接于PLC的AD模块,通过PLC程序计算出计算机监控系统和蝶阀控制系统所需的以下几个导叶位置:导叶全关通、导叶空载以下通、导叶空载以上通、导叶全开通以及计算机监控系统所需的导叶开度模拟量,这样可精确地反映导叶的实际位置满足计算机监控系统和蝶阀控制系统控制需要。
5、电磁阀(1DP、2DP)辅助行程开关容量不足的问题:这个问题通过简单改造已得到解决,即将电磁阀(1DP、2DP)的辅助行程开关只作为信号控制回路,用于控制大容量中间继电器来断开主回路(原理图见图1)。