CN112943518B - 一种水轮机调速器液压油温控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种水轮机调速器液压油温控制系统及方法，该系统包括无压容器、冷却器、控制器、人机交互装置；无压容器设置有第一传感器，无压容器内设置有加热器；无压容器通过油管连接冷却器，冷却器连接水管；水管设置有冷却水电动阀，冷却水电动阀设置有第二传感器。第一传感器、第二传感器、冷却水电动阀均连接控制器，控制器连接人机交互装置。本发明旨在解决水轮机调速器液压控制系统中油液如何合理冷却及加热等温控问题、以及液压控制系统油温控制系统冷却态和非冷却态、加热态和非加热态转换过程的平稳过渡转换等问题。

Description

一种水轮机调速器液压油温控制系统及方法
技术领域
本发明属于水轮发电机组调速器液压控制系统技术领域，具体涉及一种水轮机调速器液压油温控制系统及方法。
背景技术
水轮发电机组调速器调节导叶开度、机组功率和频率，需要调速器液压控制系统提供长效稳定并压力、温度、压力油颗粒物含量等各方面指标达标的压力油源去操作导叶开度执行机构。由于系统运行和外部环境温度变化影响，会导致液压系统油液温度发生变化，偏离指标要求，为了保证油液具有相对稳定的温度，需要调速器液压控制系统根据液压系统油液温度来进行自动温度控制。
现有技术中调速器液压控制系统研究多侧重于对电液转换及液压放大等导叶操作执行机构的结构设计和控制性能进行研究，而对调速器液压控制系统在液压、液位、油温、油混水、油液颗粒物含量等方面的控制结构设计，以及压力维持设备、滤油设备、温控设备、补气设备等设备的控制方法等方面，公开的、系统的、全面的研究资料较少。中国专利“用于水轮机调速器的油压装置及其水轮机调速器”(申请号201921922421.4)仅公开了一种用于水轮机调速器的油压装置及其水轮机调速器的电气控制系统电路结构，未涉及软件控制逻辑处理方法。
发明内容
本发明提供一种水轮机调速器液压油温控制系统及方法，是一种水轮机调速器液压控制系统子系统中的油温控制系统及其电气控制方法，旨在解决水轮机调速器液压控制系统中油液如何合理冷却及加热等温控问题、以及液压控制系统油温控制系统冷却态和非冷却态、加热态和非加热态转换过程的平稳过渡转换等问题。保证调速器液压控制系统提供长效稳定并温度指标达标的压力油源去操作导叶开度执行机构。
本发明采取的技术方案为：
一种水轮机调速器液压油温控制系统，该系统包括：
无压容器、冷却器、控制器、人机交互装置；
无压容器设置有第一传感器，无压容器内设置有加热器；
无压容器通过油管连接冷却器，冷却器连接水管；水管设置有冷却水电动阀，冷却水电动阀设置有第二传感器；第一传感器、第二传感器、冷却水电动阀均连接控制器，控制器连接人机交互装置。
所述无压容器为无压回油箱。
所述第一传感器、第二传感器分别用于采集无压容器温度、冷却水电动阀的阀开关位置状态。
所述控制器，通过通讯回路，接受人机交互装置设置的液压控制系统的油温控制装置控制参数：液压控制系统冷却水阀开启温度T冷开、冷却水阀关闭温度T冷关、加热器开启温度T热开、加热器关闭温度T热关等，并根据通过电气回路接收到的传感器采集的液压控制系统状态信号，采用一种水轮机调速器液压油温控制方法进行逻辑处理后，对水轮机调速器液压控制系统中的油温控制系统进行控制，并通过电气回路，对冷却水电动阀进行开关控制，对加热器进行通断电源控制，同时将液压控制系统状态信息和故障报警信息通过通讯回路传输给人机交互装置。
所述人机交互装置与控制器进行通讯。将用户通过人机交互装置设置的液压控制系统控制参数：液压控制系统冷却水阀开启温度T冷开、冷却水阀关闭温度T冷关、加热器开启温度T热开、加热器关闭温度T热关等传送给控制器，同时人机交互装置采集控制器发送的液压控制系统状态信息和故障报警信息，进行图形化展示。
一种水轮机调速器液压油温冷却控制方法，包括以下步骤：
1、控制器初始化，进入第2步。
2、控制器检测是否冷却阀已打开，若是，进入第11步；否则，进入第3步。
3、液压控制系统进入非冷却态，进入第4步。
4、控制器检测液压控制系统是否运行态且自动控制，若是，进入第5步；否则，进入第3步。
5、控制器检测是否液压控制系统油温>T冷开，若是，进入第6步；否则，进入第3步。
6、控制器检测是否距上次冷却超过600秒，若是，进入第7步；否则，进入第3步。
7、控制器检测是否液压控制系统油温传感器一、油温传感器二未同时故障，若是，进入第8步；否则，进入第3步。
8、液压控制系统进入冷却阀开启过程，进入第9步。
9、控制器发出开冷却阀控制命令，进入第10步。
10、控制器检测是否冷却阀已打开，若是，进入第11步；否则，进入第18步。
11、液压控制系统进入冷却态，进入第12步。
12、控制器检测油温传感器一、油温传感器二是否同时故障，若是，报传感器故障，进入第15步，否则，进入第13步。
13、控制器检测液压控制系统冷却是否已持续60分钟，若是，报冷却超时故障，进入第15步，否则，进入第14步。
14、控制器检测液压控制系统油温<T冷关，若是，进入第15步；否则，进入第12步。
15、液压控制系统进入冷却关闭过程，进入第16步。
16、控制器发出关冷却阀控制命令，进入第17步。
17、控制器检测是否冷却阀已关闭，若是，进入第3步；否则，进入第19步。
18、控制器检测冷却阀是否保持20秒未打开，若是，报冷却阀开启失败故障，进入第3步，否则，进入第10步。
19、控制器检测冷却阀是否保持20秒未关闭，若是，报冷却阀关闭失败故障，进入第11步，否则，进入第17步。
一种水轮机调速器液压油温加热控制方法，包括以下步骤：
步骤1、控制器初始化，进入步骤2。
步骤2、控制器检测是否加热器已通电，若是，进入步骤9；否则，进入步骤3。
步骤3、液压控制系统进入非加热态，进入步骤4。
步骤4、控制器检测液压控制系统是否运行态且自动控制，若是，进入步骤5；否则，进入步骤3。
步骤5、控制器检测是否液压控制系统油温<T热开，若是，进入步骤6；否则，进入步骤3。
步骤6、控制器检测是否距上次加热超过600秒，若是，进入步骤7；否则，进入步骤3。
步骤7、控制器检测是否液压控制系统油温传感器一、油温传感器二未同时故障，若是，进入步骤8；否则，进入步骤3。
步骤8、控制器发出加热器通电控制命令，进入步骤9。
步骤9、液压控制系统进入加热态，进入步骤10。
步骤10、控制器检测油温传感器一、油温传感器二是否同时故障，若是，报传感器故障，进入步骤13，否则，进入步骤11。
步骤11、控制器检测液压控制系统加热是否已持续60分钟，若是，报加热超时故障，进入步骤13，否则，进入步骤12。
步骤12、控制器检测液压控制系统油温>T热关，若是，进入步骤13；否则，进入步骤10。
步骤13、控制器发出加热器断电控制命令，进入步骤3。
本发明一种水轮机调速器液压油温控制系统及方法，技术效果如下：
1)本发明一种水轮机调速器液压油温控制系统，可以同时实现手动冷却，自动冷却和自动加热功能，适用性广泛。
2)采用本发明一种水轮机调速器液压油温自动冷却控制方法，可以解决水轮机调速器液压控制系统中油液如何合理冷却及加热等温控问题、以及液压控制系统油温控制装置冷却态和非冷却态、加热态和非加热态转换过程的平稳过渡转换等问题，保证调速器液压控制系统提供长效稳定并温度指标达标的压力油源去操作导叶开度执行机构。
3)本发明一种水轮机调速器液压油温自动冷却控制方法，具有很强的控制安全稳定性，全面考虑了冷却阀开启失败、冷却阀关闭失败、回油箱油温传感器故障以及冷却超时等设备异常工况报警和处置，避免调速器液压控制系统自动冷却控制程序发生逻辑紊乱失控的情况以及油温控制装置状态冷却态和非冷却态转换过程发生影响系统安全的事故。
4)本发明一种水轮机调速器液压油温自动加热控制方法，具有很强的控制安全稳定性，全面考虑了回油箱油温传感器故障以及加热超时等设备异常工况报警和处置。避免调速器液压控制系统自动加热控制程序发生逻辑紊乱失控的情况以及油温控制装置状态加热态和非加热态转换过程发生影响系统安全的事故。
5)本发明一种水轮机调速器液压油温控制系统及方法广泛适用于小型、中型、大型、巨型等各种规模的水轮机调速器液压控制系统。
6)本发明一种水轮机调速器液压油温控制系统及方法采用了多个同类传感器测量温度，实现冗余测量，提高系统稳定可靠性。当一个油温传感器发生故障时，有备用传感器可以参与控制，提高系统稳定可靠性。同时无压容器1的体积较大，系统油液温度分布不均，增设冗余传感器多点测量，也可以避免局部温度变化影响系统整体温度测量的准确性，提高控制系统控制的准确性。
附图说明
图1是本发明油温控制系统结构示意图。
图2是本发明油温控制系统的电控系统结构示意图；
图3是本发明油温控制系统自动冷却控制方法流程示意图。
图4是本发明油温控制系统自动加热控制方法流程示意图。
图5是图2系统管路的线型图。
具体实施方式
如图1所示，一种水轮机调速器液压油温控制系统，该系统包括：
无压容器1、冷却器6、控制器4、人机交互装置5；
无压容器1设置有第一传感器，无压容器1内设置有加热器11；
无压容器1通过油管8连接冷却器6，冷却器6连接水管7；水管7设置有冷却水电动阀3，冷却水电动阀3设置有第二传感器；
第一传感器、第二传感器、冷却水电动阀3均连接控制器4，控制器4连接人机交互装置5。
所述无压容器1为无压回油箱。
所述第一传感器、第二传感器分别用于采集无压容器1温度、冷却水电动阀3的阀开关位置状态，并将其通过电气回路9传输给控制器4。冷却水电动阀3通过电气回路9接受控制器4输出给冷却水电动阀3的补气阀开关控制命令，并被第二传感器采集其补气阀开关位置状态。
冷却器6位于水管7和油管8上，通过冷却水和油液的热量交换，对油液进行冷却。
水管7连接冷却器6和冷却水源。
油管8连接冷却器6和无压容器1。
电气回路9，连接传感器2和控制器4，冷却水电动阀3和控制器4，控制器4和加热器11，实现状态信号、控制信号的传输。
通讯回路10，连接控制器4和人机交互装置5，实现液压控制系统控制参数、状态信息的传输。
加热器11安装在无压容器1内，通电时可以为无压容器1内的油液进行加热。
所述控制器4，通过通讯回路10，接受人机交互装置5设置的液压控制系统的油温控制装置控制参数：液压控制系统冷却水阀开启温度T冷开、冷却水阀关闭温度T冷关、加热器开启温度T热开、加热器关闭温度T热关等，并根据通过电气回路9接收到的传感器采集的液压控制系统状态信号，采用一种水轮机调速器液压油温控制方法进行逻辑处理后，对水轮机调速器液压控制系统中的油温控制系统进行控制，并通过电气回路9，对冷却水电动阀3进行开关控制，对加热器11进行通断电源控制，同时将液压控制系统状态信息和故障报警信息通过通讯回路9传输给人机交互装置5。
所述人机交互装置5与控制器4进行通讯。将用户通过人机交互装置5设置的液压控制系统控制参数：液压控制系统冷却水阀开启温度T冷开、冷却水阀关闭温度T冷关、加热器开启温度T热开、加热器关闭温度T热关等传送给控制器4，同时人机交互装置7采集控制器4发送的液压控制系统状态信息和故障报警信息，进行图形化展示。
第一传感器采用品牌为KOBOLD，型号为TDA-15H3D61L3M的温度传感器。包含油温传感器一、油温传感器二。设置多个同类传感器测量温度，实现冗余测量，提高系统稳定可靠性。当一个油温传感器发生故障时，有备用传感器可以参与控制，提高系统稳定可靠性。同时无压容器1的体积较大，系统油液温度分布不均，增设冗余传感器多点测量，也可以避免局部温度变化影响系统整体温度测量的准确性，提高控制系统控制的准确性。
第二传感器通常为冷却水电动阀3自带。
人机交互装置5，采用品牌为Schneider，型号为XBTGT7340的触摸屏。
控制器4，采用品牌为Schneider，型号为140CPU67160的PLC控制器。
实施例：
将本发明方法应用于某电站调速器液压控制系统油温控制装置控制。该系统T冷开为45℃，T冷关为35℃。以下结合该实施例对本发明方法作详述。
采用本发明方法，某电站水轮机调速器液压控制系统的油温控制系统自动冷却控制方法的详细步骤如下：
1、调速器液压控制系统控制器初始化，进入第2步。
2、调速器液压控制系统控制器检测是否冷却阀已打开，若是，进入第11步；否则，进入第3步。
3、液压控制系统进入非冷却态，进入第4步。
4、调速器液压控制系统控制器检测液压控制系统是否运行态且自动控制，若是，进入第5步；否则，进入第3步。
5、调速器液压控制系统控制器检测是否液压控制系统油温>45℃，若是，进入第6步；否则，进入第3步。
6、调速器液压控制系统控制器检测是否距上次冷却超过600秒，若是，进入第7步；否则，进入第3步。
7、调速器液压控制系统控制器检测是否液压控制系统油温传感器一、油温传感器二未同时故障，若是，进入第8步；否则，进入第3步。
8、液压控制系统进入冷却阀开启过程，进入第9步。
9、调速器液压控制系统控制器发出开冷却阀控制命令，进入第10步。
10、调速器液压控制系统控制器检测是否冷却阀已打开，若是，进入第11步；否则，进入第18步。
11、液压控制系统进入冷却态，进入第12步。
12、调速器液压控制系统控制器检测油温传感器一、油温传感器二是否同时故障，若是，报传感器故障，进入第15步，否则，进入第13步。
13、调速器液压控制系统控制器检测液压控制系统冷却是否已持续60分钟，若是，报冷却超时故障，进入第15步，否则，进入第14步。
14、调速器液压控制系统控制器检测液压控制系统油温<T冷关，若是，进入第15步；否则，进入第12步。
15、液压控制系统进入冷却关闭过程，进入第16步。
16、调速器液压控制系统控制器发出关冷却阀控制命令，进入第17步。
17、调速器液压控制系统控制器检测是否冷却阀已关闭，若是，进入第3步；否则，进入第19步。
18、调速器液压控制系统控制器检测冷却阀是否保持20秒未打开，若是，报冷却阀开启失败故障，进入第3步，否则，进入第10步。
19、调速器液压控制系统控制器检测冷却阀是否保持20秒未关闭，若是，报冷却阀关闭失败故障，进入第11步，否则，进入第17步。
采用本发明方法，某电站水轮机调速器液压控制系统的油温控制系统自动加热控制方法的详细步骤如下：
步骤1、调速器液压控制系统控制器初始化，进入第2步。
步骤2、调速器液压控制系统控制器检测是否加热器已通电，若是，进入步骤9；否则，进入第3步。
步骤3、液压控制系统进入非加热态，进入第4步。
步骤4、调速器液压控制系统控制器检测液压控制系统是否运行态且自动控制，若是，进入第5步；否则，进入步骤3。
步骤5、调速器液压控制系统控制器检测是否液压控制系统油温<25℃，若是，进入第6步；否则，进入步骤3。
步骤6、调速器液压控制系统控制器检测是否距上次加热超过600秒，若是，进入第7步；否则，进入步骤3。
步骤7、调速器液压控制系统控制器检测是否液压控制系统油温传感器一、油温传感器二未同时故障，若是，进入第8步；否则，进入步骤3。
步骤8、调速器液压控制系统控制器发出加热器通电控制命令，进入第9步。
步骤9、液压控制系统进入加热态，进入步骤10。
步骤10、调速器液压控制系统控制器检测油温传感器一、油温传感器二是否同时故障，若是，报传感器故障，进入步骤13，否则，进入步骤11。
步骤11、调速器液压控制系统控制器检测液压控制系统加热是否已持续60分钟，若是，报加热超时故障，进入步骤13，否则，进入步骤12。
步骤12、调速器液压控制系统控制器检测液压控制系统油温>T热关，若是，进入步骤13；否则，进入步骤10。
步骤13、调速器液压控制系统控制器发出加热器断电控制命令，进入步骤3。图2是本发明油温控制系统的电控系统结构示意图，表1为油温电控系统中涉及的部件名称、代码、数量。
表1油温电控系统部件名称、代码、数量
名称 代号 数量
回油箱温度开关传感器 101-102ST 2
回油箱温度传感器 101-102MR 2
回油箱温度计 200LT 1
回油箱温度传感器 101MR-102MR 2
油加热器 101-102PY 2
电机油泵组 101-10NPO n
泵出口压力传感器 101-10NMP n
回油箱液位传感器 102MN 1
回油箱液位开关传感器 111SN-113SN 3
回油箱油位计 200LN 1
泵进口过滤器 101-10NKI n
静电过滤循环系统 202FI 1
精密过滤器 200-201FI 2
泵出口过滤器 101-10NFI n
油冷却器 200EH 1
阀位置传感器 101FC-10NFC n
过滤器堵塞传感器 121FC-12NFC n
加卸载电磁阀 111DP-1N1DP n
加卸载液控阀 101DR-10NDR n
阀位置传感器 101FC-10NFC n
加载安全阀 101VQ-10NVQ n
加载单向阀 101VT-10NVT n
卸载单向阀 201VT-20NVT n
如图2所示，通过液压控制系统电控系统控制n＃加卸载电磁阀1N1DP两端的加卸载电磁线圈电流通断控制n＃加卸载液控阀10NDR所处的加卸载状态。当n＃油泵卸载时，方形回油箱的油液通过油管依次流经n＃泵进口过滤器10NKI、n＃电机油泵组10NPO、n＃泵出口过滤器10NFI、n＃加卸载液控阀10NDR、卸载单向阀20NVT、油冷却器200EH返回方形回油箱。电动阀101PV控制水管冷却水的通断，对通过油管流经油冷却器200EH的油液进行冷却。通过对油加热器101PY和102PY的电源开关控制，对方形回油箱的油液进行加热。方形回油箱上设计有多种油温传感器，监视回油箱油液油温状态。本发明一种水轮机调速器液压控制系统的油温控制系统可以实现手动冷却，自动冷却和自动加热功能，适用性广泛。

Claims (5)

1.一种水轮机调速器液压油温控制系统，其特征在于该系统包括：
无压容器(1)、冷却器(6)、控制器(4)、人机交互装置(5)；
无压容器(1)设置有第一传感器，无压容器(1)内设置有加热器(11)；
无压容器(1)通过油管(8)连接冷却器(6)，冷却器(6)位于水管(7)和油管(8)上，通过冷却水和油液的热量交换，对油液进行冷却；冷却器(6)连接水管(7)；水管(7)设置有冷却水电动阀(3)，冷却水电动阀(3)设置有第二传感器；
第一传感器、第二传感器、冷却水电动阀(3)均连接控制器(4)，控制器(4)连接人机交互装置(5)；
水轮机调速器液压油温冷却控制方法，包括以下步骤：
1、控制器(4)初始化，进入第2步；
2、控制器(4)检测是否冷却水电动阀(3)已打开，若是，进入第11步；否则，进入第3步；
3、液压控制系统进入非冷却态，进入第4步；
4、控制器(4)检测液压控制系统是否运行态且自动控制，若是，进入第5步；否则，进入第3步；
5、控制器(4)检测是否液压控制系统油温>T冷开，若是，进入第6步；否则，进入第3步；T冷开表示冷却水电动阀开启温度；
6、控制器(4)检测是否距上次冷却超过600秒，若是，进入第7步；否则，进入第3步；
7、控制器(4)检测是否液压控制系统第一传感器、第二传感器未同时故障，若是，进入第8步；否则，进入第3步；
8、液压控制系统进入冷却水电动阀(3)开启过程，进入第9步；
9、控制器(4)发出开冷却水电动阀(3)控制命令，进入第10步；
10、控制器(4)检测是否冷却水电动阀(3)已打开，若是，进入第11步；否则，进入第18步；
11、液压控制系统进入冷却态，进入第12步；
12、控制器(4)检测第一传感器、第二传感器是否同时故障，若是，报传感器故障，进入第15步，否则，进入第13步；
13、控制器(4)检测液压控制系统冷却是否已持续60分钟，若是，报冷却超时故障，进入第15步，否则，进入第14步；
14、控制器(4)检测液压控制系统油温<T冷关，若是，进入第15步；否则，进入第12步；T冷关表示冷却水电动阀关闭温度；
15、液压控制系统进入冷却关闭过程，进入第16步；
16、控制器(4)发出关冷却水电动阀(3)控制命令，进入第17步；
17、控制器(4)检测是否冷却水电动阀(3)已关闭，若是，进入第3步；否则，进入第19步；
18、控制器(4)检测冷却水电动阀(3)是否保持20秒未打开，若是，报冷却水电动阀(3)开启失败故障，进入第3步，否则，进入第10步；
19、控制器(4)检测冷却水电动阀(3)是否保持20秒未关闭，若是，报冷却水电动阀(3)关闭失败故障，进入第11步，否则，进入第17步；
水轮机调速器液压油温加热控制方法，包括以下步骤：
步骤1、控制器(4)初始化，进入步骤2；
步骤2、控制器(4)检测是否加热器(11)已通电，若是，进入步骤9；否则，进入步骤3；
步骤3、液压控制系统进入非加热态，进入步骤4；
步骤4、控制器(4)检测液压控制系统是否运行态且自动控制，若是，进入步骤5；否则，进入步骤3；
步骤5、控制器(4)检测是否液压控制系统油温<T热开，若是，进入步骤6；否则，进入步骤3；T热开表示加热器开启温度；
步骤6、控制器(4)检测是否距上次加热超过600秒，若是，进入步骤7；否则，进入步骤3；
步骤7、控制器(4)检测是否液压控制系统第一传感器、第二传感器未同时故障，若是，进入步骤8；否则，进入步骤3；
步骤8、控制器(4)发出加热器(11)通电控制命令，进入步骤9；
步骤9、液压控制系统进入加热态，进入步骤10；
步骤10、控制器(4)检测第一传感器、第二传感器是否同时故障，若是，报传感器故障，进入步骤13，否则，进入步骤11；
步骤11、控制器(4)检测液压控制系统加热是否已持续60分钟，若是，报加热超时故障，进入步骤13，否则，进入步骤12；
步骤12、控制器(4)检测液压控制系统油温>T热关，若是，进入步骤13；否则，进入步骤10；T热关表示加热器关闭温度；
步骤13、控制器(4)发出加热器断电控制命令，进入步骤3。
2.根据权利要求1所述一种水轮机调速器液压油温控制系统，其特征在于：所述无压容器(1)为无压回油箱。
3.根据权利要求1所述一种水轮机调速器液压油温控制系统，其特征在于：所述第一传感器、第二传感器分别用于采集无压容器(1)温度、冷却水电动阀(3)的阀开关位置状态。
4.根据权利要求1所述一种水轮机调速器液压油温控制系统，其特征在于：所述控制器(4)，通过通讯回路(10)接受人机交互装置(5)设置的液压控制系统的油温控制装置控制参数：液压控制系统冷却水电动阀开启温度T冷开、冷却水电动阀关闭温度T冷关、加热器开启温度T热开、加热器关闭温度T热关，并根据通过电气回路(9)接收到的第一传感器、第二传感器采集的液压控制系统状态信号，采用一种水轮机调速器液压油温控制方法进行逻辑处理后，对水轮机调速器液压控制系统中的油温控制系统进行控制，并通过电气回路(9)，对冷却水电动阀(3)进行开关控制，对加热器(11)进行通断电源控制，同时将液压控制系统状态信息和故障报警信息通过通讯回路(9)传输给人机交互装置(5)。
5.根据权利要求1所述一种水轮机调速器液压油温控制系统，其特征在于：所述人机交互装置(5)与控制器(4)进行通讯；将用户通过人机交互装置(5)设置的液压控制系统控制参数：液压控制系统冷却水电动阀开启温度T冷开、冷却水电动阀关闭温度T冷关、加热器开启温度T热开、加热器关闭温度T热关传送给控制器(4)，同时人机交互装置(5)采集控制器(4)发送的液压控制系统状态信息和故障报警信息，进行图形化展示。
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