CN113482897B - 巨型水轮发电机组调速器液压系统油泵控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

巨型水轮发电机组调速器液压系统油泵控制装置及方法，包括依次连接的回油箱、油泵、加载/卸载阀、压力油罐、排油阀和载荷，载荷的出油端和回油箱连接，油泵由电机驱动，电机和油泵控制箱电连接，通过检测过滤器处的过滤压力是否过高来判断是否产生过滤器堵塞现象导致，通过结合过滤压力和加载/卸载阀的出口压力来判断油泵工作是否正常，通过压力油罐对系统进行保压，防止故障导致的突然失压，利用压力传感器实现闭环控制，油泵运行工况分为启动过程、加载过程、卸载过程和停止过程，并且结合调速器工况进行油泵的间歇工作或者间歇卸荷，可以大大提升油压系统的稳定型，并降低电机和油泵的负载，增加使用寿命。

Description

巨型水轮发电机组调速器液压系统油泵控制装置及方法

技术领域

本发明涉及水轮机控制领域，特别是一种巨型水轮发电机组调速器液压系统油泵控制装置及方法。

背景技术

油泵作为调速器液压系统控制的重要设备之一，通常用于维持系统的油压，根据系统的油压值来控制油泵的启停和加卸载。当管道液压油内含杂质过多或者油泵磨损过大等因素时，会导致油泵启停或加载失败，若油泵启停或加卸载失败时将会导致整个系统失压或超压，且可能造成阀体、油泵等设备损坏，不利于整个液压系统和机组的稳定调节。

目前，在调速器液压系统控制方面实现了设备智能化、系统自动化控制，但是每个油泵的控制逻辑无法统一、设备维护和管理成本高，提高了人力成本高。同时，对设备的故障处理和检修维护都是基于维护人员的现场经验，并未进行动态的实时控制，并未进行根据实时采集信号进行设备控制和调节，降低了设备处理效率。

为保证水电站调速器事液压系统控制的可靠性，优化油泵控制的逻辑性，最大限度地提高设备的安全可靠性，保护设备安全，特设计一种水轮机调速器液压系统油泵控制及处理方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种巨型水轮发电机组调速器液压系统油泵控制装置及方法，能够准能够在油泵启动及运行过程中，通过对各个节点的检测来判断是否有异常现象发生，从而及时地进行针对性的调整。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

巨型水轮发电机组调速器液压系统油泵控制装置，包括依次连接的回油箱、油泵、加载/卸载阀、压力油罐、排油阀和载荷，载荷的出油端和回油箱连接，加载/卸载阀设有和回油箱相连的卸荷管道，油泵由电机驱动，电机和油泵控制箱电连接，加载/卸载阀的进口端、加载/卸载阀和压力油罐之间油管上以及压力油罐上分别设有泵出口压力传感器、管道压力传感器和油罐压力传感器，泵出口压力传感器、管道压力传感器和油罐压力传感器与PLC控制柜的输入端电连接，PLC控制柜的输出端与加载/卸载阀电连接，PLC控制柜和油泵控制箱电连接，PLC控制柜通过接收泵出口压力传感器的压力数值判断油泵是否正常工作，通过管道压力传感器和油罐压力传感器综合判断液压系统压力值，并结合当前的载荷工况和需求控制电机来调节系统压力。

优选的方案中，上述的压力油罐上还设有油罐压力高开关和油罐压力低开关，油罐压力高开关、油罐压力低开关与PLC控制柜的输入端电连接。

优选的方案中，上述的油泵进口端和出口端分别设有粗滤油器和精滤油器，粗滤油器和精滤油器上分别设有粗过滤压力传感器和精过滤压力传感器。

使用上述的巨型水轮发电机组调速器液压系统油泵控制装置的一种控制方法，包括以下步骤：

步骤一、PLC控制柜接收到系统需要启动油泵的的命令时，首先判断油泵是否满足启动条件，PLC控制柜接收油泵控制箱内电机控制器上电机参数，检查油泵初始化完成、处于远方控制模式，检查粗过滤压力传感器和精过滤压力传感器无堵塞命令，检测油泵无故障报警、油泵运行态满足启动条件，检测压力油罐处的系统压力值低于设定的启动稳态压力值，以上条件全部满足时，PLC控制柜判定满足油泵启动条件，PLC控制柜下发油泵启动命令，开始油泵启动进程，PLC控制柜首先下发卸载命令，断开与载荷连接，加载/卸载阀与回油箱接通，以避免带负载启动损坏油泵，若上述油泵启动条件有未达到的，停止启动进程并输出相应的告警；

步骤二、执行油泵启动过程，油泵控制箱内电机控制器接收到PLC控制柜发送的油泵启动命令，控制油泵启动运行，当油泵达到额定转速后检查泵出口压力值是否达到启动压力，若未达到，则油泵启动失败，PLC控制柜下发停止命令，转入停止过程，若达到，则油泵启动成功，进入步骤三；

步骤三、判断油泵加载条件，包括检查油泵处于运行状态，检测压力油罐处的系统压力值小于加载压力值，以上条件满足时PLC控制柜下发油泵加载命令；

步骤四、执行加载过程，PLC控制柜控制加载/卸载阀断开与回油箱连接，卸载结束，同时打开加载阀，油泵与载荷接通，在达到额定加载时间后PLC控制柜检测泵出口压力传感器处压力值是否达到油泵加载态的压力值，若未达到，则油泵加载失败，PLC控制柜下发停止命令，转入停止过程；

步骤五、油泵加载成功后，油泵继续加载工作系统压力持续升高，PLC控制柜压力油罐处的系统压力值大于油泵卸荷设定压力值，且检查油泵处于运行状态，检测油泵处于加载态且准备就绪，则满足卸载小件，PLC控制柜下发油泵卸载命令，油泵工况转入卸载过程；

步骤六 、执行卸载过程；

步骤七、当PLC控制柜接收到系统需要停止油泵的命令时，执行油泵停止过程。

上述的步骤六中若PLC控制柜接收调速器处于稳定运行状态，不需要进行频繁调节时，卸载的具体过程为：PLC控制柜检查油罐压力高开关和油罐压力低开关信号，当油罐压力高开关动作时，系统压力大于油罐压力高开关的压力设定值，控制电机停止，由压力油罐保持系统压力，系统压力开始下降，当系统压力低于油罐压力低开关的压力设定值时，触发油罐压力低开关动作，此时控制控制电机重新启动，如此往复，保持系统压力在油罐压力高开关和油罐压力低开关的压力设定值之间。

上述的步骤六中若PLC控制柜接收调速器处于调速状态时，卸载的具体过程为：PLC控制柜控制加载/卸载阀连通回油箱，断开油泵与载荷的连接，PLC控制柜检测加载/卸载阀的位置状态，判断油泵卸载是否成功，若油泵卸载失败，PLC控制柜下发停止命令，转入停止过程，若油泵卸载成功时，PLC控制柜持续检测压力油罐处的系统压力值，当系统压力值小于加载压力值时，再次开始加载过程，重复步骤四至步骤六，如此循环往复；

上述的步骤六过程中，PLC控制柜检测泵出口压力传感器故障、粗过滤压力传感器堵塞和精过滤压力传感器堵塞三者有至少一个报警出现时，输出报警信号，提醒进行滤芯更换，但不停止油泵；

PLC控制柜接收到液压系统处于备用态时下发停止命令，进入停止过程。

上述的步骤二至步骤六过程中，若PLC控制柜检测到出口压力传感器的压力升高速率大于设定的极限值时，PLC控制柜发出报警信号并下发停止命令，进入停止过程。

上述的步骤七中，油泵停止过程的具体步骤为：PLC控制柜控制加载/卸载阀断开与载荷连接，加载/卸载阀与回油箱接通,同时控制电机控制器停止电机，带动油泵停止。

本发明提供的一种巨型水轮发电机组调速器液压系统油泵控制装置及方法，通过检测过滤器处的过滤压力是否过高来判断是否产生过滤器堵塞现象导致，通过结合过滤压力和加载/卸载阀的出口压力来判断油泵工作是否正常，通过压力油罐对系统进行保压，防止故障导致的突然失压，通过在压力油罐处设置压力开关，可以根据压力开关来间歇启动油泵和电机，且能保证系统油压在设定的值域内，延长油泵和电机的使用寿命并提高稳定性，利用压力传感器实现闭环控制，油泵运行工况分为启动过程、加载过程、卸载过程和停止过程，可以实时动态测量油泵每一个工况下的压力值是否满足该工况下的需求，并进行实时的调整和转换油泵工况，以满足油泵运行工况的实际需求。

附图说明

下面结合附图和实施例对发明作进一步说明：

图1为水轮机调速器液压油泵控制系统连接示意图；

图2为优选方案的系统示意图；

图3为另一优选方案的系统示意图；

图4为油泵控制及工况处理逻辑 。

图中：回油箱1、粗滤油器2、油泵3、精滤油器4、加载/卸载阀5、压力油罐6、排油阀7、载荷8、电机9、PLC控制柜10、油泵控制箱11、监控系统12。

具体实施方式

如图1中所示，巨型水轮发电机组调速器液压系统油泵控制装置，包括依次连接的回油箱1、油泵3、加载/卸载阀5、压力油罐6、排油阀7和载荷8，载荷8的出油端和回油箱1连接，加载/卸载阀5设有和回油箱1相连的卸荷管道，油泵3由电机9驱动，电机9和油泵控制箱11电连接，加载/卸载阀5的进口端、加载/卸载阀5和压力油罐6之间油管上以及压力油罐6上分别设有泵出口压力传感器、管道压力传感器和油罐压力传感器，泵出口压力传感器、管道压力传感器和油罐压力传感器与PLC控制柜10的输入端电连接，PLC控制柜10的输出端与加载/卸载阀5电连接，PLC控制柜10和油泵控制箱11电连接，PLC控制柜10通过接收泵出口压力传感器的压力数值判断油泵3是否正常工作，通过管道压力传感器和油罐压力传感器综合判断液压系统压力值，并结合当前的载荷工况和需求控制电机9来调节系统压力。

优选的方案如图2中所示，上述的压力油罐6上还设有油罐压力高开关和油罐压力低开关，油罐压力高开关、油罐压力低开关与PLC控制柜10的输入端电连接，按系统要求设定油罐压力高开关、油罐压力低开关的数值，当系统压力低于油罐压力低开关的压力数值时启动油泵3，当系统压力高于油罐压力高开关时停止油泵3，由于油泵3工作时压力上升速度快，且压力油罐6内压缩气体具有优良的压缩保压特性，当机组处在稳定工况，阀体不需要进行频繁的调节时，油泵3可以长时间不启动也能保证系统压力，可以大大延长油泵3和电机9的使用寿命，提高系统得到稳定性。

优选的方案如图3中所示，上述的油泵3进口端和出口端分别设有粗滤油器2和精滤油器4，粗滤油器2和精滤油器4上分别设有粗过滤压力传感器和精过滤压力传感器，利用粗滤油器2过滤掉回油管路中的杂质，防止进入油泵3油泵导致油泵机械磨损加快，精滤油器4可以过滤掉细小杂质，防止杂质进入加载/卸载阀5以及载荷8内的调速阀体，造成阀体粘滞，影响调速效果，造成机组可调性降低。

使用上述的巨型水轮发电机组调速器液压系统油泵控制装置的一种控制方法，包括以下步骤：

步骤一、PLC控制柜10接收到系统需要启动油泵的的命令时，首先判断油泵是否满足启动条件，PLC控制柜10接收油泵控制箱11内电机控制器上电机参数，检查油泵3初始化完成、处于远方控制模式，检查粗过滤压力传感器和精过滤压力传感器无堵塞命令，检测油泵无故障报警、油泵运行态满足启动条件，检测压力油罐6处的系统压力值低于设定的启动稳态压力值，以上条件全部满足时，PLC控制柜10判定满足油泵启动条件，PLC控制柜10下发油泵启动命令，开始油泵启动进程，PLC控制柜10首先下发卸载命令，断开与载荷8连接，加载/卸载阀5与回油箱1接通，以避免带负载启动损坏油泵，若上述油泵启动条件有未达到的，停止启动进程并输出相应的告警；

步骤二、执行油泵启动过程，油泵控制箱11内电机控制器接收到PLC控制柜10发送的油泵启动命令，控制油泵3启动运行，当油泵3达到额定转速后检查泵出口压力值是否达到启动压力，若未达到，则油泵3启动失败，PLC控制柜10下发停止命令，转入停止过程，若达到，则油泵3启动成功，进入步骤三；

步骤三、判断油泵加载条件，包括检查油泵3处于运行状态，检测压力油罐6处的系统压力值小于加载压力值，以上条件满足时PLC控制柜10下发油泵加载命令；

步骤四、执行加载过程，PLC控制柜10控制加载/卸载阀5断开与回油箱1连接，卸载结束，同时打开加载阀，油泵3与载荷8接通，在达到额定加载时间后PLC控制柜10检测泵出口压力传感器处压力值是否达到油泵加载态的压力值，若未达到，则油泵加载失败，PLC控制柜10下发停止命令，转入停止过程；

步骤五、油泵加载成功后，油泵3继续加载工作系统压力持续升高，PLC控制柜10压力油罐6处的系统压力值大于油泵卸荷设定压力值，且检查油泵处于运行状态，检测油泵处于加载态且准备就绪，则满足卸载小件，PLC控制柜10下发油泵卸载命令，油泵工况转入卸载过程；

步骤六 、执行卸载过程；

步骤七、当PLC控制柜10接收到系统需要停止油泵的命令时，执行油泵停止过程。

通过在油泵3启动时检测状态，可以避免油泵3带病启动，譬如在滤油器堵塞的情况下无法启动油泵3，需要先对滤网进行更换，但在油泵3的工作过程中时触发滤油器堵塞报警时，不会立即停止油泵，因为滤油器堵塞是渐进的，不会导致系统的陡然升压，因此等到发出报警提醒更换滤芯，并在下一个开启回合时不更换滤芯不能启动即可达到效果；

通过在控制过程中控制加载/卸载阀5的开断来控制油泵3与回油箱1、载荷8之间的通断来避免启动过程中油泵3负荷过大，电机9电流过载，延长油泵3和电机9使用寿命，也可在系统压力异常升高时通过加载/卸载阀5的卸荷作用使得油泵3泵出的油回油至回油箱1，避免压力由遇到后部载荷8的液阻之后继续升高系统压力导致油泵3受力加大、电机9电流过载以及载荷8处压力过高使系统损坏故障。

上述的步骤六中若PLC控制柜10接收调速器处于稳定运行状态，不需要进行频繁调节时，卸载的具体过程为：PLC控制柜10检查油罐压力高开关和油罐压力低开关信号，当油罐压力高开关动作时，系统压力大于油罐压力高开关的压力设定值，控制电机9停止，由压力油罐6保持系统压力，系统压力开始下降，当系统压力低于油罐压力低开关的压力设定值时，触发油罐压力低开关动作，此时控制控制电机9重新启动，如此往复，保持系统压力在油罐压力高开关和油罐压力低开关的压力设定值之间，通过压力油罐6内可压缩气体的保压作用，使得在不需要进行频繁调节时，即使电机9不工作，系统压力也不会迅速降低，使得电机9得以间歇工作，且保压时间要大大高于电机9的工作时间，通常时间比达到15-20，可以大大减小电机9的发热，延长电机9的使用寿命。

上述的步骤六中若PLC控制柜10接收调速器处于调速状态时，卸载的具体过程为：PLC控制柜10控制加载/卸载阀5连通回油箱1，断开油泵3与载荷8的连接，PLC控制柜10检测加载/卸载阀5的位置状态，判断油泵卸载是否成功，若油泵卸载失败，PLC控制柜10下发停止命令，转入停止过程，若油泵卸载成功时，PLC控制柜10持续检测压力油罐6处的系统压力值，当系统压力值小于加载压力值时，再次开始加载过程，重复步骤四至步骤六，如此循环往复，调速状态中，当系统压力高于卸载压力设定值后，通过加载/卸载阀5的卸荷和压力油罐6的保压的联合作用，虽然电机9不停止，但由于电机9不与载荷8连接，受到的液阻大大降低，

上述的步骤六过程中，PLC控制柜10检测泵出口压力传感器故障、粗过滤压力传感器堵塞和精过滤压力传感器堵塞三者有至少一个报警出现时，输出报警信号，提醒进行滤芯更换，但不停止油泵；加载/卸载阀5之前的管路压力也大大降低，是的油泵的负载大大降低。

PLC控制柜10接收到液压系统处于备用态时下发停止命令，进入停止过程。

上述的步骤二至步骤六过程中，若PLC控制柜10检测到出口压力传感器的压力升高速率大于设定的极限值时，PLC控制柜10发出报警信号并下发停止命令，进入停止过程，通过停止过程中的立即卸荷将快速降低压力，防止压力不断增加导致的事故。

上述的步骤七中，油泵停止过程的具体步骤为：PLC控制柜10控制加载/卸载阀5断开与载荷8连接，加载/卸载阀5与回油箱1接通,然后控制电机控制器停止电机9，带动油泵3停止，卸荷的同时停止电机，可以快速降低管道压力，防止事故发生。

Claims (6)

1.巨型水轮发电机组调速器液压系统油泵控制方法，其特征是：所述的调速器液压系统包括依次连接的回油箱（1）、油泵（3）、加载/卸载阀（5）、压力油罐（6）、排油阀（7）和载荷（8），载荷（8）的出油端和回油箱（1）连接，加载/卸载阀（5）设有和回油箱（1）相连的卸荷管道，油泵（3）由电机（9）驱动，电机（9）和油泵控制箱（11）电连接，加载/卸载阀（5）的进口端、加载/卸载阀（5）和压力油罐（6）之间油管上以及压力油罐（6）上分别设有泵出口压力传感器、管道压力传感器和油罐压力传感器，泵出口压力传感器、管道压力传感器和油罐压力传感器与PLC控制柜（10）的输入端电连接，PLC控制柜（10）的输出端与加载/卸载阀（5）电连接，PLC控制柜（10）和油泵控制箱（11）电连接，PLC控制柜（10）通过接收泵出口压力传感器的压力数值判断油泵（3）是否正常工作，通过管道压力传感器和油罐压力传感器综合判断液压系统压力值，并结合当前的载荷工况和需求控制电机（9）来调节系统压力；

所述的压力油罐（6）上还设有油罐压力高开关和油罐压力低开关，油罐压力高开关、油罐压力低开关与PLC控制柜（10）的输入端电连接；

所述的油泵（3）进口端和出口端分别设有粗滤油器（2）和精滤油器（4），粗滤油器（2）和精滤油器（4）上分别设有粗过滤压力传感器和精过滤压力传感器；

所述的液压系统油泵控制方法如下：

步骤一、PLC控制柜（10）接收到系统需要启动油泵的命令时，首先判断油泵是否满足启动条件，PLC控制柜（10）接收油泵控制箱（11）内电机控制器上电机参数，检查油泵（3）初始化完成、处于远方控制模式，检查粗过滤压力传感器和精过滤压力传感器无堵塞命令，检测油泵无故障报警、油泵运行态满足启动条件，检测压力油罐（6）处的系统压力值低于设定的启动稳态压力值，以上条件全部满足时，PLC控制柜（10）判定满足油泵启动条件，PLC控制柜（10）下发油泵启动命令，开始油泵启动进程，PLC控制柜（10）首先下发卸载命令，断开与载荷（8）连接，加载/卸载阀（5）与回油箱（1）接通，以避免带负载启动损坏油泵，若上述油泵启动条件有未达到的，停止启动进程并输出相应的告警；

步骤二、执行油泵启动过程，油泵控制箱（11）内电机控制器接收到PLC控制柜（10）发送的油泵启动命令，控制油泵（3）启动运行，当油泵（3）达到额定转速后检查泵出口压力值是否达到启动压力，若未达到，则油泵（3）启动失败，PLC控制柜（10）下发停止命令，转入停止过程，若达到，则油泵（3）启动成功，进入步骤三；

步骤三、判断油泵加载条件，包括检查油泵（3）处于运行状态，检测压力油罐（6）处的系统压力值小于加载压力值，以上条件满足时PLC控制柜（10）下发油泵加载命令；

步骤四、执行加载过程，PLC控制柜（10）控制加载/卸载阀（5）断开与回油箱（1）连接，卸载结束，同时打开加载阀，油泵（3）与载荷（8）接通，在达到额定加载时间后PLC控制柜（10）检测泵出口压力传感器处压力值是否达到油泵加载态的压力值，若未达到，则油泵加载失败，PLC控制柜（10）下发停止命令，转入停止过程；

步骤五、油泵加载成功后，油泵（3）继续加载工作系统压力持续升高，PLC控制柜（10）压力油罐（6）处的系统压力值大于油泵卸荷设定压力值，且检查油泵处于运行状态，检测油泵处于加载态且准备就绪，则满足卸载小件，PLC控制柜（10）下发油泵卸载命令，油泵工况转入卸载过程；

步骤六 、执行卸载过程；

步骤七、当PLC控制柜（10）接收到系统需要停止油泵的命令时，执行油泵停止过程。

2.根据权利要求1所述的巨型水轮发电机组调速器液压系统油泵控制方法，其特征在于，所述的步骤六中若PLC控制柜（10）接收调速器处于稳定运行状态，不需要进行频繁调节时，卸载的具体过程为：PLC控制柜（10）检查油罐压力高开关和油罐压力低开关信号，当油罐压力高开关动作时，系统压力大于油罐压力高开关的压力设定值，控制电机（9）停止，由压力油罐（6）保持系统压力，系统压力开始下降，当系统压力低于油罐压力低开关的压力设定值时，触发油罐压力低开关动作，此时控制电机（9）重新启动，如此往复，保持系统压力在油罐压力高开关和油罐压力低开关的压力设定值之间。

3.根据权利要求2所述的巨型水轮发电机组调速器液压系统油泵控制方法，其特征在于，所述的步骤六中若PLC控制柜（10）接收调速器处于调速状态时，卸载的具体过程为：PLC控制柜（10）控制加载/卸载阀（5）连通回油箱（1），断开油泵（3）与载荷（8）的连接，PLC控制柜（10）检测加载/卸载阀（5）的位置状态，判断油泵卸载是否成功，若油泵卸载失败，PLC控制柜（10）下发停止命令，转入停止过程，若油泵卸载成功时，PLC控制柜（10）持续检测压力油罐（6）处的系统压力值，当系统压力值小于加载压力值时，再次开始加载过程，重复步骤四至步骤六，如此循环往复。

4.根据权利要求3所述的巨型水轮发电机组调速器液压系统油泵控制方法，其特征在于，所述的步骤六过程中，PLC控制柜（10）检测泵出口压力传感器故障、粗过滤压力传感器堵塞和精过滤压力传感器堵塞三者有至少一个报警出现时，输出报警信号，提醒进行滤芯更换，但不停止油泵；

PLC控制柜（10）接收到液压系统处于备用态时下发停止命令，进入停止过程。

5.根据权利要求4所述的巨型水轮发电机组调速器液压系统油泵控制方法，其特征在于，所述的步骤二至步骤六过程中，若PLC控制柜（10）检测到出口压力传感器的压力升高速率大于设定的极限值时，PLC控制柜（10）发出报警信号并下发停止命令，进入停止过程。

6.根据权利要求5所述的巨型水轮发电机组调速器液压系统油泵控制方法，其特征在于，所述的步骤七中，油泵停止过程的具体步骤为：PLC控制柜（10）控制加载/卸载阀（5）断开与载荷（8）连接，加载/卸载阀（5）与回油箱（1）接通,同时控制电机控制器停止电机（9），带动油泵（3）停止。

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