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丹江电厂辅助设备的更新与改造
作者:陈杰 朱晓玲 韩 波    文章来源:本站原创    点击数:2782    更新时间:2006-8-17

陈杰 朱晓玲 韩 波

 

  要: 水电厂油、水、风系统辅助设备往往不被足够重视,其后果是直接影响主设备的安全可靠运行。努力提高全厂辅助设备的综合自动化水平,是实现水电厂“无人值班”(少人值守)的必经之路。

 

关键词: 辅助设备 更新改造 计算机控制 运行值班

 

丹江口水力发电厂是千里汉江上的第一座大型水电厂,装有6150MW混流式水轮发电机组,年平均发电量38.3亿kWh保证出力25.9万千瓦,是担负华中电网调频、调峰、事故备用和旋转备用的主力发电厂,开停机次数频繁,发电设备平均利用小时数较高,没有全厂较高的综合自动化水平,安全运行是没有保障的。

水电厂综合自动化包括计算机监控系统及基础自动化。油、水、风系统辅助设备的自动化是基础自动化的重要组成部分。在水电厂,水轮机、发电机等主要设备被称为主机,与其配套的油、水、风系统的设备被称为辅机。主机的开、停机及正常运行完全依赖于辅机,没有辅机,主机将失去控制,不能运转。 

更新与改造辅助设备,提高基础自动化水平,旨在降低运行人员的劳动强度,减轻运行人员负担,以达到“无人值班”(少人值守)。为了避免计算机监控系统“大脑”发达,而“耳目”不灵、“手脚”笨拙的弊病,最大限度地发挥全厂综合自动化水平,早在计算机监控系统改造之前,丹江电厂就开始了辅助设备的更新改造,并且,随着计算机监控系统改造的进程而不断加快其步伐,逐步完善提高,收到良好的效果。

 

1  丹江电厂辅助设备介绍

 

1.1 主要配置

1.1.1 机组压油装置

主要包括集油槽、压力油罐、压油泵、监控回路等,供调速器、事故配压阀、电磁液压阀液压操作用油(压)。

1.1.2 机组冷却水系统

主要包括取水口、滤水器、供水电磁液压阀、供水管路电动阀、监控回路等,供发电机空气冷却器,发电机推力轴承和导轴承冷却器,水轮机导轴承冷却器,主变压器冷却器的冷却用水。

1.1.3 机组和厂房排水系统

主要包括检修水泵、渗漏水泵、射流泵、出水阀、监控回路等,供单元机组水轮机顶盖排水以及厂房渗漏集水井和机组检修集水井排水;

1.1.4 机组用气系统

主要包括高压和低压空气压缩机、储气罐、监控回路等,供机组压油罐补气、机组制动、

以及其它风动工具和检修时用气等。

1.2 设备运行 

⑴ 油、水、风系统庞大,辅助设备及元件数量多,分布广,全厂集中统一监控难度大,运行维护人员负担重;

⑵ 辅助设备由于运行时间久,起停频繁,造成机械磨损严重,油、水、风泄漏变大;

⑶ 原始辅助设备自动化执行元件全部国产,在制造、安装方面存在一些问题,以及原设计就是常规自动或手动控制,影响整体运行的安全、自动化水平。 

⑷ 用于辅助设备控制操作的压力、液位、温度、位移、流量等限位或限值检测的传感器,由于其对环境的不适应或老化而失灵或不准确;

⑸ 用于电机启动的磁力启动器,因工艺和材质欠佳经常失灵拒动;

⑹ 原辅助设备控制装置均无远方监控功能。

凡此种种,都将影响辅助设备的正常运行,也必然危及主设备的安全运行。因此,在过去要维持主设备的正常运行状况,只得靠“人海战术”,靠现场的“紧盯防守”,比如以往在空压机未改造之前,在机组检修和机组调相期间,由于用气量相当大,导至必须每天有两人在空压机机房值班,根据气罐气压的变化,及时启停空压机。尽管如此,也还未能确保设备的持续安全稳定运行,曾经发生过由于渗漏排水装置故障导致水淹廊道的重大事故。 

 

2  丹江电厂辅助设备改造 

 

2.1 改造方向 

    ⑴ 采用新型非电量检测元件的和执行元件,使计算机监控系统和辅助设备控制耳目一新”、“手脚灵活”。近些年来,随着传感器技术的发展和制造工艺的提高,各类新型压力和压差传感器,不同原理的液位传感器,国产或进口的优质电磁阀、电动阀和磁力启动器等相继在一些电厂投入运行,并取得了良好的效果。

    ⑵ 辅助设备监控多渠道、多层次,增强计算机监控系统和辅助设备监控的灵活性和可靠性。由于外围设备原件多、分布广,单点集中控制难度大,故可采用相对集中的控制方式,根据设备的具体情况和所在位置,接入相应的控制点;有条件的情况下,保证主要设备既有开关量限位监视控制,又有模拟量限值监视控制;既可以通过现地手动、自动,又可以通过LCU装置远方操作,形成多级控制操作冗余。

    ⑶ 辅助设备控制智能化,充分显示辅助设备自动控制的作用和效果。如:利用PLC、单片机对设备进行可编程控制;冗余设备定期且换运行;设备人机界面简单易操作等等。

2.2 改造的实施

2.2.1 压力开关

电厂油压装置压油罐上原来采用的是磁助式电接点压力表,在运行中经常出现接点弹跳、定值偏移、测值不准和胀管脱焊漏油等问题,造成油压信号频发、油泵起停紊乱等故障,严重时甚至引起低油压误动停机。2004年在4号机组压油装置上改用美国SOR公司的NN系列压力开关替代电接点压力表,用于油压保护和油泵控制。该型压力开关定值无飘移、耐冲击、防振动,不会因压力的波动而引起接点抖动,开关状态清晰明朗。在投运后,4号机组油压信号频繁报警登陆的现象已经基本消失,油泵起停的准确性和可靠性也得到保证,目前继续在运行观察中。

2.2.2 油压装置阀组

原油压装置阀组为主机厂提供的配套产品,制造工艺相对落后,卸载阀纯机械动作易发卡,弹簧式安全阀定值易漂移,长时间运行后机械磨损严重,造成阀组经常拒动或误动,相关维护班组维护量很大。新阀组为德国Rexroth 公司的新式机械电气双重传动组合逻辑阀组。其卸载阀一改以往的机械动作方式,改由电气控制,调整卸载时间方便,安全阀定值设置可靠不漂移,大大提高了阀组动作的可靠性。经使用证明,此阀组动作准确可靠,大大降低了机械故障的频率。目前1236号机组压油装置阀组已改造完毕。

2.2.3 机组油压装置控制系统

原机组采用的是水利电力部机电技术研究所的PCY-1型油压控制装置,以欧姆龙公司的PLC为控制核心,虽然运行比较可靠,但功能比较单一,油压越复限报警功能有限,限制了油泵各种工况下的监控。后来伴随机组监控系统的改造,逐步把油泵的控制权转移到南瑞SJ-600机组现地控制单元(LCU),利用LCU强大的流程设计和报警功能,保证了油泵常规和复杂工况下的控制和监控报警。通过流程设计,压油装置实现了主、备用泵依频次自动切换运行,油泵打压时间过长报警,油位越复限语音报警等功能,保证了油压装置的安全稳定运行。

2.2.4 压油装置油泵电机启动器

压油泵电动机由于投运年代较早,采用传统的交流接触器作为电机启动器,接触器接点由于电机启动频繁,工作周期短, 经常有烧毛、粘联、损坏的情况,而且电机保护功能不全,仅设有热偶继电器,不能防范运行中因断相引起的电机故障。随着可控硅技术的发展,电厂在90年代中期以后逐步将各油泵电机的起停控制器进行了更换。采用北京硕宇公司生产的交流电机固态控制器,该控制器集控制、保护为一体,具有过流、欠压、断相保护功能。运行表明, 可控硅固态控制器由于没有机械接点, 避免了触点接触不良, 拉弧、粘连等故障, 且保护功能齐全, 可有效地防止电动机烧坏事故。

2.2.5 集油槽和压油罐油位信号器

压油装置集油槽油位信号器未改造前采用的是空心导杆浮球形式,磁浮球随着液位的变化上下移动来指示油位的高低,通过接通导杆内的两个干簧接点来指示油位上下限,功能单一,不便于监控。经调查比较,决定选用西安江河电站技术公司的磁翻板式液位计。该液位计的最显著特点是液体介质与指示器完全隔离,以磁浮子为测量元件, 集磁翻板现地液位显示、传感器变送模拟量输出和轨道外挂磁记忆开关为一体;可将液位信号转换成二线制420mA DC标准信号,实现远距离指示、检测、记录与控制标;其油压报警值全量程范围内可调。目前该传感器已在256号机组集油槽投入运行。

压油装置压油罐油位信号器原来采用的是传统的磁珠液位计形式,无液位变送器,油位无法远方监控;浮筒磁记忆开关也比较老旧,经常发生油位信号误动或拒动。后来采用西安江河电站技术公司的UXJD型新式磁珠液位计对其进行了改进,该液位计带有液位变送器和新式磁记忆开关可以实现液位的远传、监测功能,经使用证明其新式磁记忆开关动作准确可靠,确保了油位限位报警功能的正常,为今后压油装置自动补气奠定了基础。2号机压油罐油位浮子进一步改进成了磁翻板液位计形式,目前正在试验观察中。

2.2.6 技术供水介质流动开关执行元件

原各机组系统冷却水进水阀为电动阀门,极限位置接点难以调整,无机械过载保护,运行中经常发生机械过载卡死或过极限开、关而烧电机。另外,电动阀门驱动装置在工艺上无防潮措施,使得电气回路经常发生接地,造成电动阀门无法正常运行。后来考虑到技术供水廊道现场环境比较潮湿,不适合电动阀门装置的运行,统一将六台机组的技术供水用电动阀门更换成用电磁配压阀换向配油的液压阀门,解决了阀门关闭不严和过载卡死等存在的问题,并避免了电气接地等现象的发生。电磁配压阀采用了水利电力部机电研究所的DPW863型两位四通电磁换向阀,该阀为双稳态工作方式,阀芯为水平卧设,驱动功率小;行程开关动作可靠,接点容量大,可以有效避免烧线圈和误动等故障。另外该阀电磁铁与外界相通的接合面处均用特种密封胶密封,提高了电器绝缘性能及防护等级。    

加装3号机组冷却水电动阀。三号主变压器为联络变压器,停机时不能停变,但3号机停机时机组发电机空气冷却器继续工作造成冷却器冷凝结露,定子绝缘下降。故在机组冷却水进水侧加装专门的电动阀门控制3号机组冷却水,当3号机停机备用时关闭机组冷却水阀门,冷却器停止供水,保证了3号机组较长时间停机状态下定子绝缘符合要求。

2.2.7 滤水器

原机组技术供水滤水器为主机厂提供的配套产品,由于产品年代较早,没有自动冲洗排污功能,只能依靠人工手动冲洗排污,运行和日常维护的工作量较大。针对滤水器存在的问题,电厂伴随监控系统改造,对六台机组滤水器和生活用水滤水器进行了更新改造。通过选用北京江河同辉电站技术公司的FZLQ-A型复合自动排污滤水器,取得了良好的效果。该滤水器具有以下优点:过滤面积大,出口水压稳定,可靠性高,既排沉积泥沙又排漂浮物,过滤彻底,新滤水器运行期间没有任何滤网堵塞、转动机构卡阻现象;PLC可编程逻辑控制,自动化程度高,有手动、定时,差压三种清污方式可选。自动冲洗排污滤水器的安装应用,大大提高了机组自动化水平,减轻了运行和检修人员的劳动强度。

2.2.8 渗漏集水井排水泵控制系统

原渗漏水井排水泵控制系统采用是常规电器元件进行控制。系统利用浮球式液位控制器采取几个关键水位信号,通过继电器开出来分合电机交流接触器,以此来控制水泵电机起停排水;通过在电源回路中串联电阻的方式进行简单的电机软启保护。由于水位采样不可靠,电机保护功能不完善,曾发生过因排水故障造成水淹廊道的重大事故,整个系统已不能满足稳定可靠运行要求。电厂在2002年选用了武汉海吉公司的YDKRWH型积水井排水泵控制系统对其老系统进了行更换,新系统采用高性能的单片机为核心控制单元,配置液位变送器、模数转换模块(A/D)、空气断路器、熔断器、RS485通讯接口、可控硅软启动装置等器件,实现了以下功能:

     自动排水:集水井自动排水控制,保证集水井的水位控制在预设的允许范围内。

② 主、备用泵的切换:可按定时切换,设定频次切换以及手动切换等方式完成主泵,备用泵的切换,保证各水泵电机处于良好的工况;主用电机故障时自动推出,备用电机切换

成主用电机。

③ 保护功能:控制水泵电机以低转矩起动,低转矩停机,启、停转矩,启动时间可按工况预先设定,调整,降低水泵启、停时的振动和冲击,保护水泵的安全,延长使用寿命。

④ 监视和报警功能:现地和远程时时监视集水井水位,系统的工作状态、水位过高报警,电机故障报警等;

⑤ 参数整定,状态显示功能:系统可以随工况的变化通过键盘设定调整主泵启动水位、备用泵启动水位、停泵水位、报警水位等,系统的工作状态可在液晶屏上清晰显示。

⑥ 通讯功能:系统留有RS232/RS485通讯接口,可轻松实现与计算机监控系统的连接,在中控室即可实时监视水井水位和电机运行状况。

2.2.9 检修水井排水泵控制系统

原检修集水井排水泵控制系统和老渗漏水泵控制回路相似,存在着自动化程度低,运行不可靠的缺点。20012002年,电厂经过和南瑞电气控制公司合作,采用了以PLC和双向可控硅为主控回路的智能化软启动装置代替老的电机控制元件。新系统配有美国进口的BO805型投入式静压液位传感器,该传感器量程大(026m)、精度高0.15%0.25%),安装简单、长期稳定性好,具有防冷凝防结露功能,能准确地将实际液位以420 mA电流形式输送给PLC监控装置并通过LCD面板以数字方式显示,监控装置通过监视模拟量限值起停电机。能实时在中控室监控画面上显示液位和电机运行状况,方便了运行人员的监控。

2.2.10 空气压缩机的更新改造。

原机组和检修用气系统采用的是皮带传动的老式活塞式空气压缩机,由电接点压力表和继电器组成的常规控制回路负责控制。老空压机打气效率低,噪音大,故障率高;电接点压力表定值易偏移;控制装置没有报警输出。经过论证考察,在2000年和2001年更新了5台新式空压机。12号高压机空气压缩机为Ingersoll-Rand公司的15T2\NH7型多缸空压机,由三菱公司的PLC配合新式压力开关负责电机起停和系统保护,并具有远传功能。配合空压机的改造,高压气罐用新式差压传感器取代老式电接点压力表,用来控制空压机的起停和保护。34、号低压机和520立方空压机采用的是无锡阿特拉斯·科普柯压缩机有限公司(ATLAS-COPCO)设计制造的整箱式喷油螺杆旋转压缩机系统。34号低压机的型号是GA37FF520立方空压机的型号为GA90\160,这两款空压机设备在电气一次接线结构上,采用星型--三角型转换的降压启动方式,同时大量采用性能优良的SIMENS接触器,大大提高了系统的安全性和可靠性;同时在控制方式上,采用微处理器进行自动控制,人机界面简单易操作,可以对各种重要数据进行设置,同时具有当地和远方遥控操作方式,可对运行状态进行实时监控。另外该设备还具有气水分离和冷却系统,保证了压缩机的安全稳定运行。与老系统相比,新系统的最大特点为整箱式结构,具有安装维修方便、运行噪音低、环保性好等优点,投入使用后基本上做到了免维护,取得了很好的运行效果。

2.3 实施效果

2.3.1 促进了设备操作可靠性的提高

机组辅助设备的更新与改造使计算机监控系统功能得到充分发挥,大大提高了机组辅助设备运行监视的可靠性。在中控室即可全面了解设备运行状态,同时采用模拟量和开关量双重监视和控制,使设备运行更加可靠。

辅助设备未大量改造之前,每年均发生多起因设备原因造成的机组开停机不成功,2000年后开停机成功率逐渐提高,到2004年开停机成功率达到99.7%

2.3.2 促进了运行管理水平的全面提高

机组辅助设备的改造与计算机监控系统密切相关,在机组辅助设备得以更新改造和改造后,使监控系统的信息更加充分可靠,充实了计算机监控系统人机界面窗口。运行人员可在中控室直接监视到所有设备的状况,相关设备操作由各控制装置自动完成,使运行人员摆脱了定期抄表和频繁巡检的繁重劳动。元件的智能报警及时反映出设备的故障信息,使运行人员及时掌握设备状况,及时消除设备隐患,降低事故风险。

2.3.3 促进了运行值守方式的进步

电厂发电初期的运行值班方式采用分散值班,机组机旁、中控室及重要部位均有人值班。198611月采用相对集中值班方式,厂房内设置1个机械值班点,电气值班集中于中控室。19961月机电合一值班。值班方式的每一次变化都是伴随着辅助设备自动化元件的更新改造,辅助设备自动化元件的更新改造为值守方式的进步提供了有力保障。

 

3  存在的问题

 

⑴ 油、水、风系统辅助设备元件多,由不同设备制造商提供,采用的设备和控制技术相差很大,有的采用较高档次的微电脑控制或者可编程序控制器(PLC),并取消了盘台后备控制,实现了LCD或触摸屏控制;有的则使用常规盘装仪表控制,致使外围设备的控制点多达10几个,给集中控制带来了很大的困难。

⑵ 设备故障跳闸后由于没有先进的事件记录功能,导致不能很好地分析事件原因和预防事件的再发生。

⑶ 由于许多设备还处于试验选型阶段,不少自动化执行元件产品不成熟或者适应环境能力有限,影响了整个设备的运行可靠性,如个别电磁阀动作不可靠,部分磁记忆接点拒动或误动等都需要我们在今后的工作中一步步解决。

电厂6台机组压油装置在安装时没有设计有自动补气功能。通过加装原水利、电力部机电研究所的B3012型补气装置,并且与计算机监控系统配合,实现了机组自动补气功能。该装置以补气电磁阀为主要元件,集补气、排气、安全保护于一体;但由于油压、风压、油位传感器可靠性和整体配合上面的限制,一直没有正式投入运行,有待我们进一步完善。

 

4  结束语

 

总而言之,辅助设备的更新与改造的实施,大大提高了全厂综合自动化水平,提高了发供电设备等效可用系数;也大大减轻了运行值班人员和维护人员的劳动强度,为改变传统的运行值班方式,实现“无人值班”(少人值守)创造了良好的条件。

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