CN113482989B - 水轮机调速器液压系统压力容器应急补气系统及方法 - Google Patents
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Abstract
水轮机调速器液压系统压力容器应急补气系统及方法，该系统包括应急补气装置、油罐、补气瓶，本发明在系统黑启动等应急状态下，能根据压力油罐的液位和压力，自动控制应急补气装置进行自动补气，保证水轮机调速器液压控制系统压力油罐中油气比在合理范围，从而确保调速器液压控制系统能提供长效稳定并压力指标达标的压力油源去操作导叶开度执行机构。
Description
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系统压力容器应急补气系统及方法。
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。由于油液具有不易压缩性，为了保证油液具有相对稳定的压力，必须在压力容器中填充部分气体，并且需要调速器液压控制系统根据压力容器中填充气体含量来控制自动补气系统。中国专利“一体化水轮机调速系统自动补气装置”(申请号201921999139.6)公开了一种一体化水轮机调速系统自动补气装置。该现有技术中当压力容器油气比偏离额定值缺气时，通常通过自动补气装置补气，未考虑黑启动应急状态下，系统漏气导致缺气需补气，但无外部充足电源供应，空压机无动力电源，高压气系统不能正常工作，不能正常自动补气的情况，不适用于黑启动等应急状态下应急补气。
发明内容
本发明提供一种水轮机调速器液压系统压力容器应急补气系统及方法，旨在解决黑启动等应急状态下无外部充足电源供应，空压机无动力电源，高压气系统不能正常工作，无法正常为液压系统气罐补气，但系统漏气导致缺气情况下，应急处理解决液压系统油罐压缩气缺失问题。保证调速器液压控制系统提供长效稳定并压力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：
水轮机调速器液压系统压力容器应急补气装置，该应急补气装置101EL包括：补气空气过滤器100FJ、n个补气瓶BQP1-BQPN、补气装置102EL；
n个补气瓶BQP1-BQPN通过压缩空气管路连接补气装置102EL，压缩空气管路连接有补气空气过滤器100FJ；
所述补气装置102EL包括电动阀301PV、手动补气阀*401、自动补气单向阀100VT、手动排气阀*402。
水轮机调速器液压系统压力容器应急补气系统，该系统包括：
应急补气装置101EL、油罐YG；
n个补气瓶BQP1-BQPN分别通过压缩空气支管路连接手阀*111-*11n；
n个补气瓶BQP1-BQPN通过压缩空气管路连接补气装置102EL，压缩空气管路连接有补气空气过滤器100FJ；
补气装置102EL连接油罐YG；
油罐YG设有油罐安全阀100VQ、压力罐油位计100LN、压力罐液位传感器101MN、油罐液位开关传感器101SN-104SN、压力罐压力开关传感器101PS-102PS、压力罐压力表100PG、压力罐压力传感器121MP；
所述补气装置102EL包括电动阀301PV、手动补气阀*401、自动补气单向阀100VT、手动排气阀*402。
所述电动阀301PV、压力罐油位计100LN、压力罐液位传感器101MN、油罐液位开关传感器101SN-104SN、压力罐压力开关传感器101PS-102PS、压力罐压力传感器121MP均连接电控系统。
水轮机调速器液压系统压力容器应急补气系统，该系统包括：
油罐YG，传感器组，补气装置102EL，控制器，人机交互装置，电气回路，通迅回路，补气瓶BQP1-BQPN；
传感器组，采集油罐YG压力、油罐YG油位、补气装置102EL的补气阀开关位置状态，并将其通过电气回路传输给控制器；
补气装置102EL，通过电气回路接受控制器输出给补气装置102EL的补气阀开关控制命令；控制器，通过通迅回路，接受人机交互装置设置的液压控制系统控制参数：液压控制系统应急补气液位、应急补气压力，并根据通过电气回路接收到的传感器组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控制系统应急自动补气方法，对水轮机调速器液压控制系统应急补气装置进行控制，并通过电气回路，对补气装置102EL的补气阀进行开关控制，同时将液压控制系统状态信息通过通迅回路传输给人机交互装置。当油罐YG压力小于应急补气压力、油罐YG油位大于应急补气液位时，打开补气装置102EL的补气阀进行自动补气；
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应急补气液位H补气、应急补气压力P补气等传送给控制器，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，进行图形化展示。
所述系统包括油源手阀，油源手阀位于油管上，当需要调速器液压控制系统提供压力油源去操作导叶开度执行机构时，手动打开油源手阀，油管用于提供压力油源去操作导叶开度执行机构。
所述补气装置102EL通过气管分别连接油罐YG、补气瓶BQP1-BQPN。
所述电气回路包括第一电气回路、第二电气回路，传感器组通过第一电气回路连接控制器，补气装置102EL通过第二电气回路连接控制器。
所述控制器通过通迅回路连接人机交互装置。
所述补气瓶BQP1-BQPN为用来存储为液压控制系统的油罐YG提供应急压力气源的压力容器。
本发明一种水轮机调速器液压系统压力容器应急补气系统及方法，技术效果如下：
1)本发明一种水轮机调速器液压控制系统应急补气装置，可以实现手动补气，自动补气和手动排气功能，适用性广泛。
2)本发明一种水轮机调速器液压控制系统应急补气装置，选用的补气瓶方便拆装更换和储存，使用完毕后方便及时更换补充气源，非常适合应急响应和应急处置。
3)采用本发明一种水轮机调速器液压控制系统应急补气系统和方法，可以解决系统漏气导致缺气需补气状态下，水轮机调速器液压控制系统压力油罐中气体如何合理补充问题，保证调速器液压控制系统提供长效稳定并压力指标达标的压力油源去操作导叶开度执行机构。
4)采用本发明一种水轮机调速器液压控制系统应急补气系统和方法，可以解决黑启动等应急状态下无外部充足电源供应，空压机无动力电源，高压气系统不能正常工作，无法正常为液压系统气罐补气，但系统漏气导致缺气情况下，应急处理解决液压系统油罐压缩气缺失问题，保证调速器液压控制系统提供长效稳定并压力指标达标的压力油源去操作导叶开度执行机构。
5)本发明一种水轮机调速器液压控制系统应急补气方法，具有很强的控制安全稳定性，全面考虑了补气阀开启失败、补气阀关闭失败、油罐压力液位传感器故障以及补气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应急自动补气控制程序发生逻辑紊乱失控的情况以及应急自动补气装置状态转换过程发生影响系统安全的事故。
附图说明
图1是本发明一种水轮机调速器液压控制系统应急补气装置结构示意图。
图2是本发明一种水轮机调速器液压控制系统应急补气系统结构示意图。
图3是本发明一种水轮机调速器液压控制系统应急自动补气方法流程示意图。
图4是图1中的各种线型含义示意图。
具体实施方式
水轮机调速器液压系统压力容器应急补气系统和方法，在系统黑启动等应急状态下，能根据压力油罐的液位和压力，自动控制应急补气装置进行自动补气，保证水轮机调速器液压控制系统压力油罐中油气比在合理范围，从而确保调速器液压控制系统能提供长效稳定并压力指标达标的压力油源去操作导叶开度执行机构。
本发明一种水轮机调速器液压系统压力容器应急补气装置，结构图如图1所示，应急补气装置101EL由补气空气过滤器100FJ、n个补气瓶BQP1-BQPN、补气装置102EL组成。本发明一种水轮机调速器液压系统压力容器应急补气装置，可以实现应急手动补气，应急自动补气和手动排气功能，适用性广泛。补气装置102EL由电动阀301PV、手动补气阀*401、自动补气单向阀100VT、手动排气阀*402及连接气管组成。
本发明一种水轮机调速器液压系统压力容器应急补气装置系统，结构图如图1所示，其包括应急补气装置101EL、油罐安全阀100VQ、气罐压力表101PG、压力罐油位计100LN、压力罐液位传感器101MN、油罐液位开关传感器101SN-104SN、压力罐压力开关传感器101PS-102PS、压力罐压力表100PG、压力罐压力传感器121MP、油罐YG。
补气瓶BQP1-BQPN分别通过压缩空气管路连接手阀*111-*11n；
手阀*111-*11n通过压缩空气管路相互连接，并连接补气空气过滤器100FJ；
补气空气过滤器100FJ通过压缩空气管路连接补气装置102EL；
补气装置102EL通过压缩空气管路连接油罐YG；
油罐YG上设置有油罐安全阀100VQ、压力罐油位计100LN、压力罐液位传感器101MN、油罐液位开关传感器101SN-104SN、压力罐压力开关传感器101-102PS、压力罐压力表100PG、压力罐压力传感器121MP。
通过液压控制系统电控系统，控制补气装置102EL的电动阀301PV开关动作，从而控制补气气管的自动通断，对油罐进行补气；
同时也可以通过*401手阀手动控制补气装置102EL，对油罐进行补气，通过*402手阀手动控制补气装置102EL，对油罐进行排气。
表1应急补气装置元件参数表
| 序号 | 名称 | 代号 | 数量 | |
| 1 | 补气空气过虑器 | 100FJ | 1 | |
| 2 | 应急补气装置 | 101EL | 1 | |
| 3 | 压力罐油位计 | 100LN | 1 | |
| 4 | 压力罐液位传感器 | 101MN | 1 | |
| 5 | 油罐液位开关传感器 | 101SN-104SN | 4 | |
| 6 | 压力罐压力传感器 | 121MP | 1 | |
| 7 | 压力罐压力开关传感器 | 101-102PS | 2 | |
| 8 | 压力罐压力表 | 100PG | 1 | |
| 9 | 油罐安全阀 | 100VQ | 1 | |
| 10 | 补气瓶 | BQP1-BQPN | n |
本发明一种水轮机调速器液压控制系统应急补气系统，由油罐YG，传感器组a1，补气装置102EL，控制器a2，人机交互装置a3，油源手阀a4，气管a5，油管a6，电气回路a7，通迅回路a8，补气瓶BQP1-BQPN组成。
油罐YG为有压油罐。
传感器组a1包括压力罐油位计100LN、压力罐液位传感器101MN、油罐液位开关传感器101SN-104SN、压力罐压力开关传感器101-102PS、压力罐压力传感器121MP。传感器组a1采集液压控制系统中油罐YG，补气装置102EL的物理量参数或状态信号，如油罐YG压力、油罐YG油位、补气装置102EL的补气阀开关位置状态等，并将其通过电气回路a7传输给控制器a2。
补气装置102EL通过电气回路a7接受控制器a2输出给补气装置102EL的补气阀开关控制命令，并被传感器组a1采集其补气阀开关位置状态。
控制器a2，通过通通迅回路a8，接受人机交互装置a3设置的液压控制系统控制参数，如液压控制系统应急补气液位、应急补气压力等，并根据通过电气回路a7接收到的传感器组a1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控制系统应急自动补气方法，对水轮机调速器液压控制系统应急补气装置进行控制，并通过电气回路a7，对补气装置102EL的补气阀进行开关控制，同时将液压控制系统状态信息通过通迅回路a8传输给人机交互装置a3。当油罐YG压力小于应急补气压力、油罐YG油位大于应急补气液位时，打开补气装置102EL的补气阀进行自动补气。
人机交互装置a3与控制器a2进行通讯。将用户通过人机交互装置a3设置的液压控制系统控制参数如液压控制系统应急补气液位H补气、应急补气压力P补气等传送给控制器a2，同时，人机交互装置a3采集控制器a2发送的液压控制系统状态信息，进行图形化展示。
油源手阀a4位于油管a6上，当需要调速器液压控制系统提供压力油源去操作导叶开度执行机构时，需手动打开油源手阀a4。
补气装置102EL通过气管a5分别连接油罐YG、补气瓶BQP1-BQPN。
油管a6用于提供压力油源去操作导叶开度执行机构。
所述电气回路a7包括第一电气回路、第二电气回路，传感器组a1通过第一电气回路连接控制器a2，补气装置102EL通过第二电气回路连接控制器a2，实现状态信号、控制信号的传输。
控制器a2通过通迅回路a8连接人机交互装置a3，实现液压控制系统控制参数、状态信息的传输。
补气瓶BQP1-BQPN为用来存储为液压控制系统的油罐YG提供应急压力气源的压力容器，补气瓶为市面上通用高压氮气瓶，可选用规格为30Mpa、80L高压氮气瓶。补气瓶方便拆装更换和储存，使用完毕后方便及时更换补充气源，非常适合应急响应和应急处置。
控制器a2采用品牌为Schneider，型号为140CPU67160的PLC控制器。
人机交互装置a3采用品牌为Schneider，型号为XBTGT7340的触摸屏。
将本发明方法应用于某电站黑启动应急状态下调速器液压控制系统应急自动补气装置控制。该系统选用的补气瓶规格为30Mpa、80L高压氮气瓶，油罐额定压力为6.3Mpa，P补气为6.18Mpa，H补气为2000mm。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应急自动补气控制方法的详细步骤如下：
1、控制器a2初始化，检测是否应急状态，若是，进入第2步；否则，继续本步检测。
2、控制器a2检测是否补气阀已打开，若是，进入第12步；否则，进入下一步。
3、液压控制系统进入应急非补气态，进入第下一步。
4、控制器a2检测液压控制系统是否运行态且自动控制，若是，进入下一步；否则，进入第3步。
5、控制器a2检测是否液压控制系统油罐压力<6.18Mpa，若是，进入下一步；否则，进入第3步。
6、控制器a2检测是否液压控制系统油罐液位>2000mm，若是，进入下一步；否则，进入第3步。
7、控制器a2检测是否距上次补气超过600秒，若是，进入下一步；否则，进入第3步。
8、控制器a2检测是否液压控制系统油罐压力、液位无故障报警，若是，进入下一步；否则，进入第3步。
9、液压控制系统进入补气阀开启过程，进入下一步。
10、控制器a2发出开补气阀控制命令，进入下一步。
11、控制器a2检测是否补气阀已打开，若是，进入下一步；否则，进入第17步。
12、液压控制系统进入应急补气态，进入第13步，第18步和第19步。
13、控制器a2检测液压控制系统补气是否已持续5分钟，若是，进入下一步；否则，继续本步检测。
14、液压控制系统进入补气关闭过程，进入下一步。
15、控制器a2发出关补气阀控制命令，进入下一步。
16、控制器a2检测是否补气阀已关闭，若是，进入第3步；否则，进入第20步。
17、控制器a2检测补气阀是否保持30秒未打开，若是，报补气阀开启失败故障，进入第3步，否则，进入第11步。
18、控制器a2检测油罐压力、液位传感器是否故障，若是，进入第14步，否则，进入第2步。
19、控制器a2检测液压控制系统补气是否已持续6分钟，若是，报补气超时故障，进入第14步，否则，进入第2步。
20、控制器a2检测补气阀是否保持40秒未关闭，若是，报补气阀关闭失败故障，进入第12步，否则，进入第16步。
Claims (4)
1.水轮机调速器液压系统压力容器应急补气系统，其特征在于该系统包括：
油罐（YG），传感器组（a1），补气装置（102EL），控制器（a2），人机交互装置（a3），电气回路（a7），通迅回路（a8），补气瓶；
传感器组（a1），采集油罐（YG）压力、油罐（YG）油位、补气装置（102EL）的补气阀开关位置状态，并将其通过电气回路（a7）传输给控制器（a2）；
补气装置（102EL），通过电气回路（a7）接受控制器（a2）输出给补气装置（102EL）的补气阀开关控制命令；
控制器（a2），通过通迅回路（a8），接受人机交互装置（a3）设置的液压控制系统控制参数：液压控制系统应急补气液位、应急补气压力，并根据通过电气回路（a7）接收到的传感器组（a1）采集的液压控制系统状态信号，对水轮机调速器液压控制系统应急补气装置进行控制，并通过电气回路（a7），对补气装置（102EL）的补气阀进行开关控制，同时将液压控制系统状态信息通过通迅回路（a8）传输给人机交互装置（a3）；当油罐（YG）压力小于应急补气压力、油罐（YG）油位大于应急补气液位时，打开补气装置（102EL）的补气阀进行自动补气；
人机交互装置（a3），与控制器（a2）进行通讯；将用户通过人机交互装置（a3）设置的液压控制系统控制参数液压控制系统应急补气液位H补气、应急补气压力P补气传送给控制器（a2），同时人机交互装置（a3）采集控制器（a2）发送的液压控制系统状态信息，进行图形化展示；
水轮机调速器液压控制系统应急自动补气方法，包括以下步骤：
S1、控制器（a2）初始化，检测是否应急状态，若是，进入第S2步；否则，继续本步检测；
S2、控制器（a2）检测是否补气阀已打开，若是，进入第S12步；否则，进入下一步；
S3、液压控制系统进入应急非补气态，进入第下一步；
S4、控制器（a2）检测液压控制系统是否运行态且自动控制，若是，进入下一步；否则，进入第S3步；
S5、控制器（a2）检测是否液压控制系统油罐压力<P补气，若是，进入下一步；否则，进入第S3步；
S6、控制器（a2）检测是否液压控制系统油罐液位>H补气，若是，进入下一步；否则，进入第S3步；
S7、控制器（a2）检测是否距上次补气超过600秒，若是，进入下一步；否则，进入第S3步；
S8、控制器（a2）检测是否液压控制系统油罐压力、液位无故障报警，若是，进入下一步；否则，进入第S3步；
S9、液压控制系统进入补气阀开启过程，进入下一步；
S10、控制器（a2）发出开补气阀控制命令，进入下一步；
S11、控制器（a2）检测是否补气阀已打开，若是，进入下一步；否则，进入第S17步；
S12、液压控制系统进入应急补气态，进入第S13步，第S18步和第S19步；
S13、控制器（a2）检测液压控制系统补气是否已持续5分钟，若是，进入下一步；否则，继续本步检测；
S14、液压控制系统进入补气关闭过程，进入下一步；
S15、控制器（a2）发出关补气阀控制命令，进入下一步；
S16、控制器（a2）检测是否补气阀已关闭，若是，进入第S3步；否则，进入第S20步；
S17、控制器（a2）检测补气阀是否保持30秒未打开，若是，报补气阀开启失败故障，进入第S3步，否则，进入第S11步；
S18、控制器（a2）检测油罐压力、液位传感器是否故障，若是，进入第S14步，否则，进入第S2步；
S19、控制器（a2）检测液压控制系统补气是否已持续6分钟，若是，报补气超时故障，进入第S14步，否则，进入第S2步；
S20、控制器（a2）检测补气阀是否保持40秒未关闭，若是，报补气阀关闭失败故障，进入第S12步，否则，进入第S16步。
2.据权利要求1所述水轮机调速器液压系统压力容器应急补气系统，其特征在于：所述系统包括油源手阀（a4），油源手阀（a4）位于油管（a6）上，当需要调速器液压控制系统提供压力油源去操作导叶开度执行机构时，手动打开油源手阀（a4），油管（a6）用于提供压力油源去操作导叶开度执行机构。
3.据权利要求1所述水轮机调速器液压系统压力容器应急补气系统，其特征在于：所述补气装置（102EL）通过气管（a5）分别连接油罐（YG）、补气瓶（BQP1-BQPN）。
4.据权利要求1所述水轮机调速器液压系统压力容器应急补气系统，其特征在于：所述补气瓶（BQP1-BQPN）为用来存储为液压控制系统的油罐（YG）提供应急压力气源的压力容器。
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