CN114017420B - 一种调速器液压系统油液泄露故障自动处理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种调速器液压系统油液泄露故障自动处理系统及方法，该系统包括安装在机械管路上的电动阀；安装在导叶接力器开控制腔连接的机械管路上的导叶关闭单向节流阀和节流阀；设置在机械管路上的切换控制阀组；导叶位置传感器，用于检测导叶接力器位移模拟量信号。电动阀、切换控制阀组、导叶位置传感器均连接PLC控制器，PLC控制器分别连接人机交互装置、监控系统。采用本发明系统及方法，在水轮机调速器液压系统运行时，若发生液压系统油液泄露问题，可以及时进行故障自动应急处理，封闭泄漏管路，保持导叶开度不变，必要时进行停机关导叶操作，避免人为处置速度慢、效率低导致事故扩大等问题，保障调速器液压系统和机组设备运行安全。

Description

一种调速器液压系统油液泄露故障自动处理系统及方法
技术领域
本发明涉及调速器液压系统自动控制技术领域，具体涉及一种调速器液压系统油液泄露故障自动处理系统及方法。
背景技术
水轮发电机组调速器通过控制导叶的开度来调节机组负荷和转速，而控制导叶的开度需要调速器液压系统来提供操作导叶的动力。由此可见，调速器液压系统能否安全稳定运行在水轮发电机组进行发电控制过程中起着重要作用。调速器液压系统运行时，若发生油液泄露，会严重威胁水轮发电机组安全稳定运行。目前尚未有一种完善的调速器液压系统油液泄露故障自动处理系统和方法，当水轮机调速器液压系统发生油液泄露故障，及时进行故障自动处理，避免人为处置速度慢、效率低导致事故扩大等问题。
发明内容
本发明提供一种调速器液压系统油液泄露故障自动处理系统及方法，可应用于水轮机调速器液压系统运行中，若发生液压系统油液泄露问题，及时进行故障自动应急处理，封闭泄漏管路，保持导叶开度不变。必要时进行停机关导叶操作，避免人为处置速度慢、效率低导致事故扩大等问题，保障调速器液压系统和机组设备安全。
本发明采取的技术方案为：
一种调速器液压系统油液泄露故障自动处理系统，该系统包括：
安装在机械管路上的电动阀，电动阀用于控制机械管路通断；
安装在第一导叶接力器开控制腔连接的机械管路上的第一节流阀；安装在第二导叶接力器开控制腔连接的机械管路上的第二节流阀；第一节流阀、第二节流阀用于导叶关闭时，限制在第一导叶接力器、第二导叶接力器开控制腔油液回流速度。第一节流阀为导叶关闭单向节流阀。
设置在机械管路上的切换控制阀组，用于控制机械管路中油液流动路径方向；
该系统还包括导叶位置传感器，用于检测第一导叶接力器、第二导叶接力器位移模拟量信号。
所述电动阀、切换控制阀组、导叶位置传感器均连接PLC控制器，PLC控制器分别连接人机交互装置、监控系统。
所述人机交互装置，实时显示PLC控制器输出的调速器液压系统运行状态信息画面和各个电动阀开关状态，并将用户的停机关导叶指令、油液泄露故障人工复归指令通过通讯方式传输给PLC控制器。
所述PLC控制器，采集监控系统或者人机交互装置发出的停机关导叶指令，油液泄露故障人工复归指令，液压系统的状态信号以及导叶位置传感器上送的第一导叶接力器和第二导叶接力器位移模拟量信号(可转化为导叶开度信号)，对调速器液压系统漏油量进行监视，当诊断出调速器液压系统出现油液泄露故障时进行故障处理，避免事故扩大。
上述液压系统的状态信号包含液压系统隔离阀是否关闭状态。若隔离阀处于关闭状态，则调速器液压系统处于停运状态；若隔离阀处于开启状态，则调速器液压系统处于运行状态。所述监控系统可实时采集PLC控制器输出的调速器液压系统运行状态和各个电动阀开关状态信息，并向PLC控制器发出停机关导叶指令、油液泄露故障人工复归指令。
所述第一导叶接力器和第二导叶接力器安装于水车室的水轮机接力环旁，第一导叶接力器和第二导叶接力器两端控制腔分别连接机械管路，通过控制第一导叶接力器和第二导叶接力器两端控制腔的压力，来控制第一导叶接力器和第二导叶接力器动作，进而来控制水轮机接力环的动作和水轮机导叶的动作。
第一导叶接力器和第二导叶接力器的开控制腔通压力油，关控制腔通不带压的回油时，导叶开度增加；导叶接力器的关控制腔通压力油，开控制腔不带压的回油时，导叶开度减小。
所述电动阀安装于机械管路上，接受PLC控制器的开关控制命令，并上送电动阀开关状态反馈信号给调PLC控制器。
所述机械管路包括带压的送油管路和不带压的回油管路。
第一管路单元两端分别连接第一节流阀和第一导叶接力器的开控制腔O；
第二管路单元两端分别连接第一节流阀和第二导叶接力器的开控制腔O；
第三管路单元两端分别连接第一节流阀和切换控制阀组；
第四管路单元两端分别连接第一导叶接力器的关控制腔C和切换控制阀组；
第五管路单元两端分别连接第二导叶接力器的关控制腔C和切换控制阀组；
第六管路单元两端分别连接第一导叶接力器的开控制腔O和第二节流阀；
第七管路单元两端分别连接第二导叶接力器的开控制腔O和第二节流阀；
第八管路单元两端分别连接第二节流阀和回油箱；
第九管路单元两端分别连接第一导叶接力器的关控制腔C和压油罐；
第十管路单元两端分别连接第二导叶接力器的关控制腔C和压油罐。
该系统还包括电气回路，所述电气回路包括PLC控制器输出给电动阀的开关阀控制信号回路、电动阀上送给PLC控制器的电动阀的开关状态反馈信号回路。
所述回油箱是调速器液压系统储存无压力油的容器，为液压系统提供压力油源。
所述压油罐是调速器液压系统储存压力油的容器，为液压系统提供压力油源。
一种调速器液压系统油液泄露故障自动处理方法，包括以下步骤：
步骤1：PLC控制器实时采集停机关导叶指令，油液泄露故障人工复归指令，接力器位移信号，液压系统的状态信号。
步骤2：PLC控制器检测液压系统的状态，若液压系统处于运行状态，进入步骤3；否则返回步骤1；
步骤3：PLC控制器诊断调速器液压系统是否出现油液泄露故障，若未发生油液泄露故障，打开M1、M2、M3、M4、M9、M10电动阀，关闭M5、M6、M7、M8电动阀，返回步骤1；否则，关闭M1、M2、M3、M4、M9、M10电动阀，进入步骤4。
步骤4：PLC控制器重新诊断调速器液压系统是否出现油液泄露故障。若仍诊断为发生油液泄露故障，打开M5、M6、M7、M8电动阀，进入步骤5；否则进入步骤7。
步骤5：PLC控制器检测接力器位移信号，若接力器位移信号(或者导叶开度)保持不变，或者导叶全关，则关闭M5、M6、M7、M8、M11电动阀，进入步骤6。
步骤6：PLC控制器检测是否收到油液泄露故障人工复归指令，若收到监控系统或者人机交互装置发出的油液泄露故障人工复归指令，返回步骤1。
步骤7：PLC控制器检测是否收到停机关导叶指令，若收到监控系统或者人机交互装置发出的停机关导叶指令，打开M5、M6、M7、M8电动阀，进入步骤8。
步骤8：PLC控制器检测是否收到油液泄露故障人工复归指令，若收到油液泄露故障人工复归指令，返回步骤1，否则返回步骤4。
采用本发明一种调速器液压系统油液泄露故障自动处理系统及方法，在水轮机调速器液压系统运行时，若发生液压系统油液泄露问题，可以及时进行故障自动应急处理，封闭泄漏管路，保持导叶开度不变，必要时进行停机关导叶操作，避免人为处置速度慢、效率低导致事故扩大等问题，保障调速器液压系统和机组设备运行安全。
附图说明
图1是本发明调速器液压系统油液泄露故障自动处理系统结构示意图。
图1中线型表示如下：
图2是本发明调速器液压系统油液泄露故障自动处理方法流程图。
图3是切换控制阀组结构图。
图4是调速器液压系统漏油量监测系统结构图。
图5是调速器液压系统漏油量监测方法流程图。
其中：1-人机交互装置，2-PLC控制器。3-第一节流阀，4A-第一导叶接力器，4B-第二导叶接力器，5-电动阀，6-机械管路，7-电气回路，8-切换控制阀组，9-回油箱，9A-回油箱液位计，10-压油罐，10A-压油罐液位计，11-水轮机接力环，12-监控系统，13-导叶位置传感器，14-第二节流阀。
具体实施方式
如图1所示，一种调速器液压系统油液泄露故障自动处理系统，该系统包括：
安装在机械管路6上的电动阀5，电动阀5用于控制机械管路6通断；
安装在第一导叶接力器4A开控制腔连接的机械管路上的第一节流阀3；安装在第二导叶接力器4B开控制腔连接的机械管路上的第二节流阀14；第一节流阀3、第二节流阀14用于导叶关闭时，限制在第一导叶接力器4A、第二导叶接力器4B开控制腔油液回流速度。第一节流阀3为导叶关闭单向节流阀。
设置在机械管路6上的切换控制阀组8，用于控制机械管路6中油液流动路径方向；
该系统还包括导叶位置传感器13，用于检测导叶接力器位移模拟量信号；
所述电动阀5、切换控制阀组8、导叶位置传感器13均连接PLC控制器2，PLC控制器2分别连接人机交互装置1、监控系统12。
切换控制阀组8为三位五通液控主配压阀与比例阀的阀组组合，通过接收PLC控制器2输出的电流控制信号来控制比例阀的阀芯位置，从而控制主配压阀的液控压力，进而控制主配压阀的阀芯位置，最终控制四个连通主配压阀的机械管路相互连通的关系。切换控制阀组8结构图见图3。200DR为主配压阀，101EB为比例阀。
导叶位置传感器13安装在第一导叶接力器4A和第二导叶接力器4B上，用于检测输出第一导叶接力器4A、第二导叶接力器4B位移模拟量信号。
所述人机交互装置1，实时显示PLC控制器2输出的调速器液压系统运行状态信息画面和各个电动阀5开关状态，并将用户的停机关导叶指令、油液泄露故障人工复归指令通过通讯方式传输给PLC控制器2。
所述PLC控制器2，采集监控系统12或者人机交互装置1发出的停机关导叶指令，油液泄露故障人工复归指令，以及导叶位置传感器13上送的第一导叶接力器4A位移模拟量信号(可转化为导叶开度信号)。第一导叶接力器4A和第二导叶接力器4B同步动作，故导叶位置传感器13也可设计测量第二导叶接力器4B位移模拟量信号替代。根据调速器液压系统漏油量监测系统对调速器液压系统漏油量进行监视，当诊断出调速器液压系统出现油液泄露故障时，按照本发明一种调速器液压系统油液泄露故障自动处理方法进行故障处理，避免事故扩大。
PLC控制器2采用品牌为Schneider，型号为140CPU67160的PLC控制器。
监控系统12采用中水科技厂家生产的型号为H9000的监控系统。
水电站总监控系统总体层次上分为厂站层和现地控制单元层。现地控制单元层与电站控制网连接，采用现场总线技术，完成指定设备的现地监控任务。本发明中监控系统特指的是现地控制单元层，按被控对象单元分布，由全厂各现地控制单元(LCU)构成，包括各机组LCU，厂用电LCU，公用LCU，开关站LCU及坝顶LCU。各现地控制单元(LCU)包括PLC、触摸屏、网络设备、机柜等，负责设备(包括调速器液压系统设备)数据采集和处理、设备状态监视及过程监视、设备控制和调节以及设备信息通讯。
所述监控系统12可实时采集PLC控制器2输出的调速器液压系统运行状态和各个电动阀5开关状态信息，并向PLC控制器2发出停机关导叶指令、油液泄露故障人工复归指令。所述第一导叶接力器4A、第二导叶接力器4B安装于水车室的水轮机接力环11旁，第一导叶接力器4A和第二导叶接力器4B两端控制腔分别连接机械管路6，通过控制第一导叶接力器4A和第二导叶接力器4B两端控制腔的压力，来控制第一导叶接力器4A和第二导叶接力器4B动作，进而来控制水轮机接力环11的动作和水轮机导叶的动作。
第一导叶接力器4A和第二导叶接力器4B的开控制腔通压力油，关控制腔通不带压的回油时，导叶开度增加；导叶接力器的关控制腔通压力油，开控制腔通不带压的回油时，导叶开度减小。
所述电动阀5，安装于机械管路6上，接受PLC控制器2的开关控制命令，并上送电动阀开关状态反馈信号给调PLC控制器2。
电动阀5通常采用电动球阀，包括M1～M11共计11个电动阀。M1安装于连接第一导叶接力器4A关控制腔和切换控制阀组8的机械管路上；M2安装于连接第一导叶接力器4A开控制腔和第一节流阀3的机械管路上；M3安装于连接第二导叶接力器4B开控制腔和第一节流阀3的机械管路上；M4安装于连接第二导叶接力器4B关控制腔和切换控制阀组8的机械管路上；M5安装于连接第一导叶接力器4A关控制腔和机械管路公共点D的机械管路上；M6安装于连接第一导叶接力器4A开控制腔和第二节流阀14的机械管路上；M7安装于连接第二导叶接力器4B开控制腔和第二节流阀14的机械管路上；M8安装于连接第二导叶接力器4B关控制腔和机械管路公共点D的机械管路上；M9安装于连接切换控制阀组8和第二节流阀14、切换控制阀组8和回油箱9的共用机械管路上；M10安装于连接切换控制阀组8和机械管路公共点D的机械管路上；M11安装于连接压油罐10和机械管路公共点D的机械管路上。
所述机械管路6包括带压的送油管路和不带压的回油管路，
该系统还包括电气回路7，所述电气回路7包括PLC控制器2输出给电动阀5的开关阀控制信号回路、电动阀5上送给PLC控制器2的电动阀5的开关状态反馈信号回路。
所述回油箱9是调速器液压系统储存无压力油的容器，为液压系统提供压力油源。
压油罐10是调速器液压系统储存压力油的容器，为液压系统提供压力油源。
调速器液压系统漏油量监测系统结构图如图4所示，调速器液压系统漏油量监测系统包括：压油罐10、回油箱9、压油罐液位计10A、回油箱液位计9A、PLC控制器2、人机交互装置1、监控系统12；
压油罐10，用于为液压系统提供压力油源；
回油箱9，用于收集液压系统无压力回油；
压油罐10内设有压油罐液位计10A，用于测量压油罐10内压力油的液位；
回油箱9内设有回油箱液位计9A，用于测量回油箱9内无压力油的液位；
压油罐液位计10A、回油箱液位计9A连接PLC控制器2，PLC控制器2分别连接人机交互装置1、监控系统12。
所述PLC控制器2，采集压油罐液位计10A、回油箱液位计9A测得的压油罐10、回油箱9的液位信号，以及液压系统的状态信息，经过数据处理和计算，输出液压系统漏油量和液压系统油液泄露故障报警信息给人机交互装置1和监控系统12。
液压系统的状态信息包含液压系统隔离阀是否关闭状态。若隔离阀处于关闭状态，则调速器液压系统处于停运状态；若隔离阀处于开启状态，则调速器液压系统处于运行状态。
所述人机交互装置1，实时显示PLC控制器2输出的液压系统漏油量和液压系统油液泄露故障报警信息，并将用户设置的调速器液压系统油液泄露漏油量判据阈值V阈值通过通讯方式传输给PLC控制器2。
如图5所示，调速器液压系统漏油量监测方法，包括以下步骤：
步骤1)：初始化，实时采集压油罐10的液位信号h1和回油箱9的液位信号h2，液压系统的状态信息以及人机交互装置1输出的用户设置的调速器液压系统油液泄露漏油量判据阈值V阈值。
步骤2)：当调速器液压系统处于运行状态时，计算调速器液压系统油液体积初始值V初始；V初始＝h1o*S1+h2o*S2；
其中：调速器液压系统处于运行状态时，h1o为调速器液压系统压油罐10的初始液位，h2o为调速器液压系统回油箱9的初始液位。S1为调速器液压系统压油罐10的横截面积、S2为调速器液压系统回油箱9的横截面积。
步骤3)：当调速器液压系统处于运行状态时，实时计算调速器液压系统油液体积值V；V＝V1n+V2n＝h1n*S1+h2n*S2
其中：调速器液压系统处于运行状态时，V1n为调速器液压系统压油罐10中油液的体积，V2n为调速器液压系统回油箱9中油液的体积，h1n为压油罐的实时液位，h2n为回油箱的实时液位，S1为调速器液压系统压油罐的横截面积、S2为调速器液压系统回油箱的横截面积。
步骤4)：计算调速器液压系统实时漏油量V漏＝|V-V初始|。
步骤5)：当V漏>V阈值时，调速器液压系统油液泄露报警。
步骤6)：输出调速器液压系统漏油量V漏和液压系统油液泄露报警信息。
一种调速器液压系统油液泄露故障自动处理方法，如图2所示，包括以下步骤：
步骤1：PLC控制器2实时采集停机关导叶指令，油液泄露故障人工复归指令，接力器位移信号，液压系统的状态信号。
步骤2：PLC控制器2检测液压系统的状态，若液压系统处于运行状态，进入步骤3；否则返回步骤1；
步骤3：PLC控制器2诊断调速器液压系统是否出现油液泄露故障，若未发生油液泄露故障，打开M1、M2、M3、M4、M9、M10电动阀，关闭M5、M6、M7、M8电动阀，返回步骤1；否则，关闭M1、M2、M3、M4、M9、M10电动阀，进入步骤4。
步骤4：PLC控制器2重新诊断调速器液压系统是否出现油液泄露故障。若仍诊断为发生油液泄露故障，打开M5、M6、M7、M8电动阀，进入步骤5；否则进入步骤7。
步骤5：PLC控制器2检测接力器位移信号，若接力器位移信号(或者导叶开度)保持不变，或者导叶全关，则关闭M5、M6、M7、M8、M11电动阀，进入步骤6。
步骤6：PLC控制器2检测是否收到油液泄露故障人工复归指令，若收到监控系统12或者人机交互装置1发出的油液泄露故障人工复归指令，返回步骤1。
步骤7：PLC控制器2检测是否收到停机关导叶指令，若收到监控系统12或者人机交互装置1发出的停机关导叶指令，打开M5、M6、M7、M8电动阀，进入步骤8。
步骤8：PLC控制器2检测是否收到油液泄露故障人工复归指令，若收到油液泄露故障人工复归指令，返回步骤1，否则返回步骤4。

Claims (7)

1.一种调速器液压系统油液泄露故障自动处理系统，其特征在于：该系统包括：
安装在机械管路（6）上的电动阀（5），电动阀（5）用于控制机械管路（6）通断；
安装在第一导叶接力器（4A）开控制腔连接的机械管路上的第一节流阀（3）；安装在第二导叶接力器（4B）开控制腔连接的机械管路上的第二节流阀（14）； 第一节流阀、第二节流阀用于导叶关闭时，限制在第一导叶接力器（4A）、第二导叶接力器（4B）开控制腔油液回流速度；
设置在机械管路（6）上的切换控制阀组（8），用于控制机械管路（6）中油液流动路径方向；
该系统还包括导叶位置传感器（13），用于检测第一导叶接力器（4A）、第二导叶接力器（4B）位移模拟量信号；
所述电动阀（5）、切换控制阀组（8）、导叶位置传感器（13）均连接PLC控制器（2），PLC控制器（2）分别连接人机交互装置（1）、监控系统（12）；
机械管路（6）包括第一~第十管路单元；
第一管路单元两端分别连接第一节流阀（3）和第一导叶接力器（4A）的开控制腔O；
第二管路单元两端分别连接第一节流阀（3）和第二导叶接力器（4B）的开控制腔O；
第三管路单元两端分别连接第一节流阀（3）和切换控制阀组（8）；
第四管路单元两端分别连接第一导叶接力器（4A）的关控制腔C和切换控制阀组（8）；
第五管路单元两端分别连接第二导叶接力器（4B）的关控制腔C和切换控制阀组（8）；
第六管路单元两端分别连接第一导叶接力器（4A）的开控制腔O和第二节流阀（14）；
第七管路单元两端分别连接第二导叶接力器（4B）的开控制腔O和第二节流阀（14）；
第八管路单元两端分别连接第二节流阀（14）和回油箱（9）；
第九管路单元两端分别连接第一导叶接力器（4A）的关控制腔C和压油罐（10）；
第十管路单元两端分别连接第二导叶接力器（4B）的关控制腔C和压油罐（10）。
2.根据权利要求1所述一种调速器液压系统油液泄露故障自动处理系统，其特征在于：所述人机交互装置（1），实时显示PLC控制器（2）输出的调速器液压系统运行状态信息画面和各个电动阀（5）开关状态，并将用户的停机关导叶指令、油液泄露故障人工复归指令通过通讯方式传输给PLC控制器（2）。
3.根据权利要求1所述一种调速器液压系统油液泄露故障自动处理系统，其特征在于：所述PLC控制器（2），采集监控系统（12）或者人机交互装置（1）发出的停机关导叶指令，油液泄露故障人工复归指令，液压系统的状态信号以及导叶位置传感器（13）上输送的第一导叶接力器（4A）、第二导叶接力器（4B）位移模拟量信号，对调速器液压系统漏油量进行监视。
4.根据权利要求1所述一种调速器液压系统油液泄露故障自动处理系统，其特征在于：所述监控系统（12）实时采集PLC控制器（2）输出的调速器液压系统运行状态和各个电动阀（5）开关状态信息，并向PLC控制器（2）发出停机关导叶指令、油液泄露故障人工复归指令。
5.根据权利要求1所述一种调速器液压系统油液泄露故障自动处理系统，其特征在于：所述第一导叶接力器（4A）、第二导叶接力器（4B）安装于水车室的水轮机接力环（11）旁，第一导叶接力器（4A）、第二导叶接力器（4B）两端控制腔分别连接机械管路（6），通过控制第一导叶接力器（4A）、第二导叶接力器（4B）两端控制腔的压力，来控制第一导叶接力器（4A）、第二导叶接力器（4B）动作，进而来控制水轮机接力环（11）的动作和水轮机导叶的动作。
6.根据权利要求1所述一种调速器液压系统油液泄露故障自动处理系统，其特征在于：所述电动阀（5）安装于机械管路（6）上，接受PLC控制器（2）的开关控制命令，并上送电动阀开关状态反馈信号给调PLC控制器（2）。
7.根据权利要求1所述一种调速器液压系统油液泄露故障自动处理系统，其特征在于：该系统还包括电气回路（7），所述电气回路（7）包括PLC控制器（2）输出给电动阀（5）的开关阀控制信号回路、电动阀（5）上送给PLC控制器（2）的电动阀（5）的开关状态反馈信号回路。
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