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水电站空气压缩机自动控制系统的改进

[打印] [关闭] 发布时间:[2010-01-11 00:00]

1引言

 

水电站的空气压缩机系统分为高压气系统和低压气系统。其中高压气系统负责为调速器和蝴蝶阀建立工作油压时提供蓄能气体,而低压气系统则负责供给采用机械制动的机组刹车制动及吹扫等所需的低压气体。因此,保证空气压缩气系统的正常运行,为电站相关用气设备随时提供合格的压缩气体,对电站的安全稳定运行具有重要的作用。

 

2对空气压缩机自动控制系统的基本要求

 

在水电站的设计中,根据电站的规模一般均配置了两台及以上的高压空气压缩机、低压空气压缩机和相应的气体贮气罐,为保证系统的正常工作,还要配置相应的控制屏柜,以实现其自动控制。自动控制系统应满足以下基本要求(本文仅以两台低压机的控制为例予以说明):

(1)根据贮气罐内的气压变化自动控制压缩机的启停。

(2)有多台压缩机时,要有根据压力下降限值或电机故障等不同情况对应启动工作机和备用机的定义。

(3)根据压缩机的运行要求实现自动打开冷却水。

(4)根据压缩机的运行要求实现启动时的卸载和定时排污,以保证压缩机电机不带负载启动和保证气体质量。

(5)具有气压过高、过低报警和缸体温度过高报警。

 

3传统的空气压缩机自动控制系统的不足

 

为达到上述要求,传统的空气压缩机自动控制系统采用了大量的中间继电器和部分时间继电器,由某甲级设计院给出的典型控制原理见图(一)。

 

 

 

虽然从原理上说图(一)接线基本满足空气压缩机系统的自动控制,但是在电站的实际运行中却显得可靠性极低,经常出现时间继电器、中间继电器烧毁、压力接点粘连烧毁甚至电机烧毁等故障,整个系统基本不能自动运行。分析其原因有以下几点:

(1)采用220V强电控制是造成压力接点粘连的主要原因。虽然回路电流小于压力接点的标称容量,但是由于国产压力接点普遍存在的质量问题,实际通流能力往往达不到产品标称容量,这在厂站的实际运行中已成为不争的事实。

(2)继电器线圈长期带电是造成中间继电器、时间继电器烧毁的主要原因。图中时间继电器1SJ和2SJ的线圈当电机启动后一直得电,而空压机向贮气罐补气的时间一般不少于30分钟,特别是单台机组启动补气时间则更长。因此1SJ和2SJ线圈烧毁是常有的;一旦有压力接点粘连,必将造成中间继电器2ZJ或者3ZJ线圈也会长期带电,因此压力接点粘连而致使线圈烧毁的几率也非常大。

(3)空气压缩气系统本身具有的“浪涌”特性,使得压力接点普遍存在抖动现象,因接点抖动而出现的拉弧,又加速了接点粘连的过程。接点的粘连和抖动会使电动机连续启停,这种后果更加严重。虽然图中对启动压力接点采取了1ZJ和3ZJ的自保持措施,但是对停机接点没有采取相应的措施。事实上对停机接点如果采取和启动接点一样的、通过2ZJ常开接点自保持的措施,又是不行的。

(4)设计上采用启动接触器的常开辅助接点打开卸载电磁阀,这只在电动机启动的同时才进行,实际上电动机仍然是带负载启动,因为上一次的残留气体仍然在机组汽缸内和出口气管内,没有得到释放。

(5)主回路电机保护过于简单,单一使用热敏元件不能对电动机起到很好的保护作用;实际上除了过流,电动机的烧毁很大一部分是由于断相(缺相)过压引起的。

 

4对传统空气压缩机自动控制系统的改进

 

针对传统控制模式中存在的问题,大家对电站的空气压缩机控制系统进行了改造,取得了满意的效果。

1、改220V交流控制为24V直流弱电控制,有效的解决了压力接点“粘连”问题。

2、去掉“工作机”和“备用机”的硬件(转换开关)定义,利用PLC内部计数器巧妙地解决了互为备用的机组轮流启停,从而实现了多台机组的自动轮流切换,这可以有效的检查机组故障,为电站实现“无人值班,少人值守”奠定了基础。

3、采用了App“接点防抖”措施,很好的解决了带压气体介质的“浪涌特性”对系统可靠性的影响,消除了电机连续启动的问题。图中1SJ的加入,使停机指令保持到机组完全停稳、气罐内的压力稳定为止,成功地躲过了接点的“抖动”期。

4、利用成熟的PLC(可编程序控制器)技术,取消了实物意义上的中间继电器和时间继电器,大大简化了屏内布线,使得原本需要多块屏才能完成的控制现在只需要一块屏就可实现,极大地节约了投资和占地面积,而且功能更强。

5、在主回路上改热敏元件保护为电动机综合保护,保护效果增强。需要注意的是:

(1)在使用电动机综合保护器时如果直接用保护器输出接点去断开启动接触器,效果并不理想,因为启动接触器承担着启停电机的重任,其主触头由于多次启停也容易出现烧灼粘连,造成保护动作时不能可靠跳闸。因此大家在实际应用中于启动接触器前端设置了一个专门用于投退电源的接触器,让保护器的动作信号直接作用于该接触器的线圈,这就很好地解决了可靠跳闸问题。

(2)保护器的工作电源只能从电源接触器的副边取得,否则保护器不能正常工作。

6、设置了开机排污卸载和停机卸载,使得电动机实现了真正意义上的无载启动。

改进的原理设计见图(二)。

 

 

图(二)是继电逻辑原理图,对不同的PLC,使用相应的编程App和编程语言,很容易实现向应用程序的转换,这里不再赘述。

 

5结束语

 

目前上述系统已在湖北咸丰朝阳寺电站安全可靠运行了两年,自改造投运之日起,再没有出现过继电器烧毁、电动机烧毁、接点粘连的现象,系统能随时为各相关用气设备供给合格高、低压气体,为该站的安全稳定运行作出了突出贡献。

上述控制原理同样适用于水电站的排水泵控制。

 



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