固態繼電器在尼爾基水電廠二次控制回路的應用

任傳忱

(嫩江尼爾基水利水電有限責任公司，黑龍江齊齊哈爾161005)

0 前言

尼爾基發電廠位于內蒙古自治區莫力達瓦旗境內嫩江干流中游，裝機容量4×62.5MW，電站承擔電力系統調峰、負荷備用、事故備用和基荷。于2006年7月16日首臺機組發電。水輪機為軸流轉槳式，型號為ZZA833-LH-640。水導軸承采用稀油潤滑分塊瓦型式，把合固定在導流錐上。

在水輪機頂蓋排水方式的設計上，軸流轉槳式水輪機有異于混流式水輪機。混流式水輪機主要依靠座環2個固定空心導葉以自流方式排水，而軸流轉槳式機組頂蓋排水完全依靠水泵排水。一旦頂蓋排水出現故障，將可能發生淹沒水導軸承的事故，使機組被迫退出備用。

尼爾基發電廠的水輪機頂蓋排水設計采用2臺5.5kW潛水泵，水泵起/停由裝在導流錐內的型號為AFV-50/6/RF-Vuuu浮球信號器控制，控制回路采用CJX2-2510型交流接觸器，兩臺水泵自動循環運行，互為備用。當水位過高時啟動備用泵。

1 故障原因分析

水泵控制回路原理圖如圖1所示:

圖1 水泵控制回路原理圖

尼爾基水電廠自投運以來，多次發生水輪機頂蓋排水故障，造成淹沒水導軸承，使機組退出備用，進行搶修。

機組頂蓋排水故障次數及類型見表1。

在日常運行中，還多次發生由于頂蓋排水泵的交流接觸器觸頭燒壞，引起水泵工作不正常，頂蓋水位升高，檢修人員對其進行緊急更換。有時還經常在夜間出現此類故障。這些故障給機組的安全運行帶來很大隱患，加大了運行和檢修工作人員的工作量，增加了很多不必要的維護費用。

由于機組在正常運行中的頂蓋漏水是連續的且水量較大，頂蓋排水泵啟停頻繁。頂蓋排水泵交流接觸器因此長期、頻繁啟動，觸點開斷電流時產生的電弧導致觸點嚴重氧化，造成三相回路電阻不平衡，從而使運行電流三相不平衡，燒毀頂蓋排水泵。AFV-50/6/RF-Vuuu浮球信號器控制器，有時由于頂蓋排水的水流沖擊，使浮球傾斜發卡，不能正常控制水泵起停，也造成水泵工作不正常。

2 技術改造方案

針對水泵頻繁啟停，造成交流接觸器觸點嚴重氧化的問題，將控制回路接觸器型號改為SJG-120-Z3D型固態繼電器。固態繼電器的工作特點是采用可控硅式導通，無觸頭，開斷電流時無電弧，避免了因繼電器觸頭燒損和氧化造成的三相電流不平衡，降低了水泵的燒毀幾率。且控制回路采用直流24V電源，使日常檢修維護更加安全、方便。

(1)改造后的原理圖見圖2、3

圖2 控制回路改造后原理

圖3 #J1動力盤內原理圖

(2)施工步驟如下:

1)利用在輔機PLC控制APG7盤交流220V轉換直流24V的電源模塊。

2)保持從機旁盤APG7接至機旁動力盤1J1的1號頂蓋排水泵交流電源(C13、N11)不變。

3)將APG7盤XL3端子排8號端子上的1SAH:1改接至端子9號上。

4)將直流+12V引至XL3端子排的9號端子上.-12V引至XL3端子排的18號端子上，并利用4G-241a電纜的備用芯將-12V送到動力盤1J1的1號頂蓋排水10號端子。

5)將1號頂蓋排水泵交流220V“水泵運行指示燈”改用直流24V指示燈代替。

6)將機旁動力盤1J1中1號頂蓋排水泵交流接觸器更換為固態繼電器，固態繼電器的接線仍采用原有接線。

7)取消接至熱繼閉接點的N線，從動力盤J1的1號頂蓋排水泵10號端子將APG7盤4G-241a電纜的備用芯送來的-12V電源引接到熱繼原來接N的節點。

8)將1J1的1號頂蓋排水泵指示燈L13改接到固態繼電器的進端，將原來的運行指示改為電源指示。

9)保持從機旁盤APG7接至機旁動力盤1J1的2號頂蓋排水泵交流電源(C23、N21)不變。

10)將APG7盤XL3端子排17號端子上的2SAH:1改接至端子19號上。

11)將直流+12V引至XL3端子排的19號端子上.-12V引至XL3端子排的20號端子上，并利用4G-241a電纜的備用芯將-12V送到動力盤1J1的2號頂蓋排水10號端子。

12)將2號頂蓋排水泵交流220V“水泵運行指示燈”改用直流24V指示燈代替。

13)將機旁動力盤1J1中2號頂蓋排水泵交流接觸器更換為固態繼電器，固態繼電器的接線仍采用原有接線。

14)取消接至熱繼閉接點的N線，從動力盤J1的1號頂蓋排水泵10號端子將APG7盤4G-241a電纜的備用芯送來的-12V電源引接到熱繼原來接N的節點。

15)將1J1的2號頂蓋排水泵指示燈L13改接到固態繼電器的進端，將原來的運行指示燈改為電源指示燈。

(3)改造后的接線端子簡化圖見圖4、圖5。

圖4 APG4盤改造的端子接線圖

圖5 #J1動力盤端子接線圖

(4)、針對原設計未考慮實時監測頂蓋水位，機組投產后運行人員須經常到現地觀測排水情況，工作負擔較大，且效果也較差，特增設水位變送器，型號為：PR-46X/1mH2O/8190.050。

將模擬量信號上報到中控室上位機，實現了頂蓋水位的實時監測和水位過高報警。

接線示意圖見圖6:

圖6 接線示意圖

施工方案如下:

(1)在水輪機室頂蓋排水液位信號器附近加裝水位變送器，將其零位設置距離水底3～4cm處。

(2)在水輪機端子上箱開孔安裝WP-80水位顯示儀表一塊。

(3)將水位變送器的BK(+)、WH(-)引接水輪機端子箱上的水位顯示儀表的12號-)、8號(+)接線端子。

(4)短接水位顯示儀表的7號、15號接線端子。

(5)將WP-80儀表的模擬量輸出(OUTmA/V)9(+)、10(-)接到到水輪機端子箱B端子排的84(+)、85(-)。

(6)從水輪機端子箱的A端子排上的空氣開關下口并接AC220V電源到WP-80儀表的電源輸入端子1號、2號。

(7)利用機組PLC盤APG6—1DX的(號)G-455d電纜的備用芯兩根將84(+)、85(-)引至APG6左側端子排XR1的164(+)、165(-)號端子。

端子接線示意圖見圖7:

圖7 端子接線示意圖

(8)從APG6盤至APG4盤新敷設一根4×1.5mm2電纜，將APG6盤的164(+)、165(-)轉接到APG4盤左側端子排XL2的4、5號端子。

端子接線示意圖見圖8:

圖8 端子接線示意圖

(9)在下位機將APG4盤1-CH6(AI2)模塊的第2點(備用點)定義為“頂蓋水位”。

(10)在中控室對應的程序中加入“頂蓋水位”模擬量信號，并用作水位過高報警。

3 結束語

通過實際運行證明，改造后的水輪機組頂蓋排水泵沒有發生上述的控制回路故障，減低了水輪機組因頂蓋受淹而造成的發電損失和設備損失，提高了水輪機發電機組運行的安全可靠性。同時運行值班人員可以直接在中控室看到水輪機頂蓋的水位，減少了運行人員的巡回次數。