CN103195644A

CN103195644A - 水电站油压装置自动补气系统及补气方法

Info

Publication number: CN103195644A
Application number: CN2013100990702A
Authority: CN
Inventors: 郑清贵; 廖永刚; 魏其山
Original assignee: SICHUAN ZHONGDING AUTOMATIC CONTROL CO Ltd
Current assignee: SICHUAN ZHONGDING AUTOMATIC CONTROL CO Ltd
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2013-03-26
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2033-03-26
Also published as: CN103195644B

Abstract

本发明公开了一种水电站油压装置自动补气系统及补气方法，采用压力和压差变送器作为压力油罐压力、油位参数的测量与处理，用以取代传统的调整困难、容易疲劳受损的接点压力表计或机械式压力继电器和浮子信号器，并能可靠地实现连续测量压力油罐压力、油位参数数据；采用可编程控制器及其外围器件作压油装置的测控核心，将传统的继电逻辑控制改为计算机智能化程序控制，能可靠地自动完成压油装置各种工况的控制和信息处理、传递，以及实现建立在可靠测量压力油罐压力、油位基础上的、真正意义的自动补气功能。

Description

水电站油压装置自动补气系统及补气方法

技术领域

本发明涉及一种水电站油压装置自动补气系统及补气方法。

背景技术

水电站调速器油压装置是水轮机组操作不可缺少的重要辅助设备，可以产生并存储高压油，是机组启动、停机、调整负荷等操作的能源。油压装置所提供的压力油必须有足够的能量，同时还要保证该系统工作可靠。为保证和维护机组操作所需要的工作能力，根据要求压力油罐内压缩空气和透平油的比例要适当，压缩空气占60%～70%，透平油占30%～40%。如果不能可靠地保证该比例，将会发生因为空气过多造成承压等部件的强烈振动受损、或因为油多而能量不足在机组事故停机时无足够能量操控，造成机组飞逸，总之后果很严重。

压力油罐内压缩空气和透平油的关系是：由于空气具有可压缩性，所以压缩空气是操控能量的主体，其来源是通过空压机及储气罐供给。透平油相对是不可压缩的，它是操控能量的传递介质。它是靠油泵泵油供给。在水力机组运行时，压力油罐内压缩空气和透平油的比例每时每刻都在发生变化，为了使压力油罐油容积减少时、仍能够维持一定的操作能量，所以可靠地保持一定的油、气比例，是机组可靠、稳定运行的基本保证。相对而言，油泵泵油维持油的比例较容易实现，而真正实现自动补气维持气的比例则很困难，过去，水电站都是依靠人工来完成补气工作，其弊端是显而易见的。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种水电站油压装置自动补气系统及补气方法，采用压力和压差变送器作为压力油罐压力、油位参数的测量与处理，用以取代传统的调整困难、容易疲劳受损的接点压力表计或机械式压力继电器和浮子信号器，并能可靠地实现连续测量压力油罐压力、油位参数数据；采用可编程控制器(PLC)及其外围器件作压油装置的测控核心，将传统的继电逻辑控制改为计算机智能化程序控制，能可靠地自动完成压油装置各种工况的控制和信息处理、传递，以及实现建立在可靠测量压力油罐压力、油位基础上的、真正意义的自动补气功能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种水电站油压装置自动补气系统，包括分别与压力油罐相连接的自动补气阀组、压力变送器、压差变送器和压油泵；所述压力变送器和压差变送器分别通过信号线与可编程控制器连接，所述可编程控制器通过信号线与压油泵的交流软启动控制器连接，所述可编程控制器通过信号线与自动补气阀组的电气控制回路连接。

所述自动补气阀组包括通过管路依次连接的空气过滤器、第一手动球阀、补气电磁阀、第二手动球阀、单向阀、第三手动球阀；第一手动球阀还与排气电磁阀连接；空气过滤器、第四手动球阀和单向阀依次连接。

本发明还提供了一种水电站油压装置自动补气方法，包括如下步骤：

步骤一、可编程控制器内部逻辑控制参数设定：

（1）油压参数设定：停泵油压P3、工作油压P2、备用油压P1、补气停止油压P4、补气启动油压P5；且满足：P3≥P4＞P5＞P2＞P1；

（2）油位参数设定：补气启动油位h1、补气下限油位h2；且满足：h1＞h2；

步骤二、对调速器油压装置初始建压，使压力油罐内压缩空气和透平油的比例保持在压缩空气占60%～70%，透平油占30%～40%且压力油罐内油压值大于等于额定压力Pe；

步骤三、压力变送器、压差变送器分别实时采集压力油罐的油压信号和油位值信号，并将采集数据传送给可编程控制器；

步骤四、可编程控制器分别按如下公式实时计算油压值P和油位值h：

（1）P=A(U-U₀)，

式中：A为压力标度转换系数；U为压力变送器采集的测量电压；U0为压力变送器采集的零点电压；

（2）h=A′(U′-U₀′)

式中：A′为压差标度转换系数；U′为压差变送器采集的测量电压；U₀′为压差变送器采集的零点电压；

步骤五、可编程控制器根据实时采集计算出的油压值P和油位值h对压油泵、自动补气阀组进行自动控制，其中：

压油泵自动控制逻辑：当油压值P降低至工作油压P2时，可编程控制器输出信号，使一台压油泵的电机运转，将透平油打入压力油罐；当油压值P继续降低至备用油压P1时，可编程控制器输出信号，使两台压油泵的电机同时运转，将透平油打入压力油罐；当油压值P上升至停泵油压P3时，可编程控制器输出信号，使两台油泵的电机停止工作，然后转入自动补气阀组自动控制逻辑；

自动补气阀组自动控制逻辑：当油压值P降低至补气启动油压P5且压油罐内油位值h高于补气启动油位h1时，可编程控制器输出信号，打开自动补气阀组，开始自动补气：在补气过程中，当油压值P上升到补气停止油压P4时，可编程控制器输出信号，关闭自动补气阀组，完成自动补气，然后转入压油泵自动控制逻辑；当油压值P下降至工作油压P2或油位值h下降至补气下限油位h2时，可编程控制器输出信号，关闭自动补气阀组，结束自动补气转入压油泵自动控制逻辑。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：采用交流软启动控制器控制油泵电机，实现了强-弱电一体化的控制及无触点、无噪声和全保护的电机启停操作，从根本上解决了传统的电机控制器造成的种种缺陷；采用新型的补气电磁阀组，将差动操作阀、逆止阀、空气过滤器、手动补气阀、手动排气阀集成为一体，其新工艺、新材质保证了操作和控制的可靠性，在结构上避免了压油罐压缩空气的内漏和外漏，使其安全性、密封性和可靠性均迈上了一个新的台阶；装置可完全能够实现免维护、无操作的自动控制功能，为水电站辅助设备自动化的监测控制和实现无人值班(少人值守)创造了条件。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明。

图1是水电站油压装置自动补气系统的结构示意图；

图2是自动补气阀组的结构示意图。

具体实施方式

一种水电站油压装置自动补气系统，如图1所示，包括分别与压力油罐4相连接的自动补气阀组1、压力变送器2、压差变送器3、压油泵6等器件；压力变送器2、压差变送器3信号经可编程控制器（PLC）采集处理后得到压力油罐油压值和油位值，可编程控制器（PLC）根据该值并通过内部逻辑程序控制压油泵6（交流软启动控制器）自动启停及自动补气阀组1的排气电磁阀23和补气电磁阀27（见图2）自动开、关以维持压力油罐内压缩空气和透平油的比例满足整个控制系统要求。

如图2所示，自动补气阀组1的结构如下：包括空气过滤器21、第一手动球阀22、第二手动球阀24、第三手动球阀26、第四手动球阀28、排气电磁阀23、补气电磁阀27、单向阀25及连接管路、连接板组成，其中：空气过滤器21、第一手动球阀22、补气电磁阀27、第二手动球阀24、单向阀25、第三手动球阀26依次连接；空气过滤器21用于与压缩空气连接，第三手动球阀26用于与压力油罐4连接；第一手动球阀22还与排气电磁阀23连接；空气过滤器21、第四手动球阀28和单向阀25依次连接。为避免锈蚀等因素影响自动补气阀组的正常工作，所有管路采用不锈钢管或黄铜管。管路通径为：Φ13mm，连接尺寸：G1/2″(内螺纹)，连接顺序如图2所示。

自动补气阀组具有如下特点：

（1）电磁阀，不受压力波动影响，线圈更换方便，消耗功率小（2×8W）。

（2）工作压力高，用小的功率去控制一个高的压力（额定压力：2.5/4.0/5.0/6.3MPa）。

（3）通过阀体的优化组合，避免了因电磁阀漏气而导致储能器的气压升高。

（4）自动补气阀组进口处带有空气过滤器，降低了电磁阀对气源清洁度的要求。

（5）气体排放口装有消声器，以降低排气噪音。

（6）结构组成简单，整体可靠性高。

（7）具有可选择的手动补气、排气功能。

自动补气阀组工作过程如下：

1、手动补气：

排气电磁阀23、补气电磁阀27处于失电状态，关闭第一手动球阀22和第二手动球阀24，开启第三手动球阀26、第四手动球阀28，压缩空气依次经空气过滤器21、第四手动球阀28、单向阀25、第三手动球阀26进入压力油罐4，手补气过程开始。补气结束后关闭第三手动球阀26、第四手动球阀28。

2、自动补气：关闭第四手动球阀28，开启第一手动球阀22、第二手动球阀24、第三手动球阀26，电气控制回路同时接通排气电磁阀23和补气电磁阀27的电源，补气电磁阀27打开、排气电磁阀23关闭，压缩空气经空气过滤器21、第一手动球阀22、补气电磁阀27、第二手动球阀24、单向阀25、第三手动球阀26进入压力油罐4，自动补气过程开始。自动补气结束后电气控制回路同时断开排气电磁阀23和补气电磁阀27的电源，补气电磁阀27关闭、排气电磁阀23打开，停止补气，同时气源的漏气由排气电磁阀23排出，不至于进到压力油罐里。

步骤一、可编程控制器（PLC）内部逻辑控制参数设定：

内部逻辑控制参数包括油压参数（停泵油压P3、工作油压P2、备用油压P1、补气停止油压P4和补气启动油压P5）和油位参数（补气启动油位h1、补气下限油位h2）。

参数P1-P5，h1-h2根据水轮机组容量大小、调速器类型及压力油罐外形尺寸的不同而不同，本处仅阐述两个参数逻辑大小关系。

油压值设定：P3≥P4＞P5＞P2＞P1；油位值设定：h1＞h2。

步骤二、对调速器油压装置初始建压（即压力油罐4内压力为零且无透平油时通过手动启动油泵注油和手动开启补气阀组补气过程，使压力油罐4内油、气比例及压力达到额定要求）：手动操作压油泵6的启动、停止开关和手动操作自动补气阀组1的手动球阀（第一手动球阀22、第二手动球阀24、第三手动球阀26、第四手动球阀28），使压力油罐内压缩空气和透平油的比例保持在压缩空气占60%～70%，透平油占30%～40%且压力油罐内油压值大于等于额定压力Pe。该过程要求启动压油泵6及开关自动补气阀组1循序渐进、交替配合完成。

步骤三、压力变送器2、压差变送器3分别实时采集压力油罐4的油压信号和油位值信号，并将采集数据传送给PLC控制器；

步骤四、PLC控制器分别按如下公式实时计算油压值P(MPa)和油位值h(mm)：

（1）P=A(U-U₀)，

式中：A为压力标度转换系数(MPa/V)；U为压力变送器2采集的测量电压(V)；U0为压力变送器2采集的零点电压(V)。

（2）h=A′(U′-U₀′)

式中：A′为压差标度转换系数(mm/V)；U′为压差变送器3采集的测量电压(V)；U₀′为压差变送器3采集的零点电压(V)。

步骤五、可编程控制器（PLC）根据实时采集计算出的油压值P和油位值h对压油泵、自动补气阀组进行自动控制：

初始建压完成后，可编程控制器（PLC）根据油压值P和油位值h对调速器油压装置整个系统进行自动控制，以维持压油罐内透平油的压力及油位（即压力油罐内压缩空气和透平油的比例保持在压缩空气占60%～70%，透平油占30%～40%且压力油罐内油压值P大于等于额定压力Pe）。

压油泵自动控制逻辑：当油压值P降低至工作油压P2 (即额定压力Pe的90%左右)时，PLC控制器输出信号，使一台压油泵的电机运转，将透平油打入压力油罐4；当油压值P继续降低至备用油压P1(即额定压力Pe的85%左右)时，PLC控制器输出信号，使两台压油泵的电机同时运转，将透平油打入压力油罐4。当油压值P上升至停泵油压P3(即额定压力Pe)时，PLC控制器输出信号，使两台油泵的电机停止工作，然后转入自动补气阀组自动控制逻辑。

自动补气阀组自动控制逻辑：当油压值P上升到停泵油压P3(即额定压力Pe)后，因调速器用油或调速器系统内泄漏会造成油压值P降低。当油压值P降低至补气启动油压P5且此时压油罐内油位值h高于补气启动油位h1时，可编程控制器输出信号，打开自动补气阀组（即接通排气电磁阀23和补气电磁阀27的电源），开始自动补气；在补气过程中，当油压值P上升到补气停止油压P4时，可编程控制器输出信号，关闭自动补气阀组（即断开排气电磁阀23和补气电磁阀27的电源），完成一次自动补气，然后转入压油泵自动控制逻辑。当在自动补气过程中（即已经开始自动补气但油压值P还未上升到补气停止油压P4），存在机组启动、停机、调整负荷等操作致使调速器用油量大增的情况，此时，油压值P会下降，当油压值P下降至工作油压P2或油位值h下降至补气下限油位h2时，关闭自动补气阀组（即断开排气电磁阀23和补气电磁阀27的电源），结束本次自动补气转入压油泵自动控制逻辑，以满足调速器用油的需求。

Claims

1.一种水电站油压装置自动补气系统，其特征在于：包括分别与压力油罐相连接的自动补气阀组、压力变送器、压差变送器和压油泵；所述压力变送器和压差变送器分别通过信号线与可编程控制器连接，所述可编程控制器通过信号线与压油泵的交流软启动控制器连接，所述可编程控制器通过信号线与自动补气阀组的电气控制回路连接。

2.根据权利要求1所述的水电站油压装置自动补气系统，其特征在于：所述自动补气阀组包括通过管路依次连接的空气过滤器、第一手动球阀、补气电磁阀、第二手动球阀、单向阀、第三手动球阀；第一手动球阀还与排气电磁阀连接；空气过滤器、第四手动球阀和单向阀依次连接。

3.根据权利要求2所述的水电站油压装置自动补气系统，其特征在于：所述管路采用不锈钢管或黄铜管。

4.一种水电站油压装置自动补气方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、可编程控制器内部逻辑控制参数设定：

（1）P=A(U-U₀)，

（2）h=A′(U′-U₀′)

5.根据权利要求4所述的水电站油压装置自动补气系统及补气方法，其特征在于：所述工作油压P2 为额定压力Pe的90%；备用油压P1为额定压力Pe的85%；停泵油压P3等于额定压力Pe。