PCS7系統在三峽右岸電站油壓裝置集中測控中的應用

王立賢，楊 威

（哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

PCS7系統在三峽右岸電站油壓裝置集中測控中的應用

王立賢，楊 威

（哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

主要講述了三峽右岸電站調速器油壓裝置集中測控系統的實現，介紹了該系統的構成及功能實現，充分展示了該系統的高可靠性、穩定性和方便性。

PCS7；油壓裝置；S7-400H

0 引言

水輪發電機調速系統油壓裝置的作用是為調速系統提供安全、可靠、穩定的壓力油源，以實現水輪發電機組的開停機、頻率和負荷調節。水輪機調節系統油壓裝置運行的可靠性、穩定性直接關系到主設備的安全和發電的質量，油壓裝置自動化控制的可靠性是機組安全穩定運行的保證。主要講述三峽右岸電站油壓裝置集中測控系統的軟、硬件的構成及功能的實現等。油壓裝置集中測控系統從多個方面采用先進的設計理念，從硬件和軟件兩個方面提高系統的可靠性、安全性，使系統適應電站的運行環境，運行更加穩定并具有較好的運行效率，實現對油壓裝置系統的全面控制和監測，采用先進的模塊化控制手段，以自動化元件的測量信號作為控制依據，利用軟件程序實現各種工況的可靠控制。

1 油壓裝置的結構及工作原理

油壓裝置機械液壓系統圖見圖1。液壓系統由回油箱總裝、壓力罐總裝、油泵電機單元、隔離閥裝配、精細濾油裝置、事故配壓閥總裝、液控單向節流閥及相應的管路、閥門及自動化元件等組成。以第一臺泵組為例。由電動機驅動螺旋油泵101PO，從回油箱凈油區吸油，經過濾油器101FI到達油泵，經過油泵增壓后，在通過濾油器101FI到達卸荷安全閥。在卸荷安全閥卸荷狀態，油經過冷卻器200EH回到回油箱；在卸荷安全閥加載狀態，油到達操作系統或經過隔離閥100RI到達壓力罐，壓力罐的油也可以經過隔離閥到達操作系統。壓力油經過操作系統后，回油通過管路回到回油箱的臟油區。

圖1 油壓裝置機械液壓系統圖

此系統共有4臺油泵。由油泵控制裝置根據泵的運行狀況選擇每一臺泵的工況，分為主用泵和備用泵。油壓系統的主用泵連續運行，當系統壓力達到6.3MPa時，主用泵的卸荷安全閥卸荷功能啟動，泵出口的油經過冷卻器回到回油箱。當系統壓力降低到6.1MPa時，卸荷安全閥開始加載，使系統壓力升高。備用泵根據系統油壓的變化啟動或停止。當壓力下降到5.8MPa時，備用泵1啟動，當壓力繼續下降到5.6MPa時，備用泵2啟動，當壓力降低到5.4MPa時啟動備用泵3（僅DFEM機組），當罐內壓力上升到6.3MPa時，備用泵停止工作。

2 控制系統設計

2.1 控制系統的硬件構成

測控系統由1面控制柜及4個油泵啟動箱組成，控制柜主要負責各個子系統的控制，油泵啟動箱主要由油泵的控制回路（手動和自動）和主回路組成，主回路由接觸器、軟啟動器等元件工程；控制柜采用Siemens S7-400H系列AS 414-4-2H型號PLC構成硬冗余處理器，作為控制核心處理器，電源及I/O接口模擬量、開關量均采用冗余系統設計進行控制，并配置人機友好界面，使得對調速器油壓裝置的控制更加精確，響應更加快速穩定，更加便于維護，硬件配置如下表1所示；

表1硬件配置序號 名稱 型號 數量1AS 414-4-2H自動化系統配有接口模塊連接到以太網總線PS407電源 UR2-H（2*9槽）6ES7654-2VR34-0XX012DC 24V 冗余電源 10A 6ES7407-0KR00-0AA023后備電池 1.9Ah 6ES7971-BA0044IM153冗余套件 6ES7153-2AR01-0XA015有源總線模塊的DIN導軌 6ES7195-1GF30-0XA016有源總線模塊BM 2X 406ES7195-7HB00-0XA047開入模塊（32點，24VDC） 6ES7321-1BL00-0AA038開出模塊（16點，繼電器） 6ES7322-1HH01-0AA029模擬量輸入模塊（8路，多種信號） 6ES7331-7KF02-0AB0210模擬輸出模塊（8路） 6ES7332-5HF00-0AB0111MP370觸摸式面板，15英寸256色中文顯示 6AV6545-0DB10-0AX01

2.2 控制系統軟件設計

系統利用西門子PCS7過程控制軟件進行編程（軟件界面見圖2所示），采用模塊化編程方式，對各個功能進行詳細的劃分，獨立編程，形成各個功能模塊，利于維護和移植。本控制系統總體上可以分為液壓系統運行程序模塊、液壓系統開停機程序模塊以及I/O診斷程序模塊三個主要的控制程序，子程序主要包括回油箱冷卻控制程序模塊（FB501）、自動補氣控制程序模塊（FB503）、輔助泵啟動控制程序模塊（FB525）、主泵切換控制程序模塊（FB530）、主泵啟動控制程序模塊（FB508）、停泵控制程序模塊（FB507）以及其他輔助控制程序，液壓系統開停機流程圖見圖3。根據各個工況的不同控制要求，主要完成以下幾項功能：

（1）壓力的控制

壓力罐內的壓力應保持在6.1～6.3MPa之間，當壓力發生變化時，對油泵以及自動補氣裝置進行控制，以保持壓力罐內的壓力在合理的范圍內，保證機組的正常運行。

（2）自動補氣控制

壓油罐內的油氣體積比為1∶3，當壓力油罐內的油位達到上限，而壓力又降至6.1MPa以下，則自動補氣裝置動作向罐內補氣，直到壓力達到6.3MPa或油位降至下限油位，停止補氣。

（3）回油箱油位控制

回油箱油位低時，油位低開關動作自動添油，當油量加到足夠位置時，它的回油箱油位正常壓力開關接點閉合，通知關閉添油裝置。

（4）油泵的控制

三峽右岸電站調速器油壓裝置設有4臺油泵，互為主備用，正常運行時，其中1臺油泵長期運行，另外3臺油泵待機，稱之為輔助泵；當P＜5.8MPa時，啟動第一臺輔助油泵；P＜5.6MPa時，啟動第二臺輔助泵；當P＜5.4MPa時，啟動第三臺輔助泵；P＜4.84MPa，事故停機信號。長期運行的主泵可以在設定的時間內切換，另外任意一臺輔助泵則作為主泵運行；

（5）回油箱冷卻系統的控制

由于油泵長期運行，回油箱內的油溫會上升，為了滿足油壓裝置的運行溫度條件，回油箱設有冷卻系統，當溫度升高時，冷卻系統投入；當溫度降低時，冷卻系統撤出。

2.3 人機界面的設計

三峽右岸電站油壓裝置測控系統配置了人機友好界面，對油壓裝置的狀態進行實時監控，同時可以根據實際運行經驗對必要的參數進行設置或修改，極大的方便了電站機組的運行和維護。主要界面有：

（1）主界面：主要用于顯示油泵的運行狀態、油泵的運行時間、系統的壓力、壓力罐和回油箱內油的液位、以及油的溫度等等。

（2）故障查詢界面：記錄油壓裝置運行過程中出現的故障信號，為故障分析提供可靠的依據。

（3）系統設定界面：用于對系統運行參數的設定。

（4）趨勢圖：記錄壓力和液位之間的關系曲線。

3 結束語

西門子PCS7雙冗余測控系統在三峽油壓裝置上投入運行以來，各種工況運行穩定，沒有發生重大的故障，真正實現了“無人值班”（少人值守）的運行要求，給電站運行維護提供了很大的便利。

[1]西門子S7-400H快速入門手冊[Z].

[2]PCS7深入淺出ProcessControl System SIMATIC PCS7Version 6[Z].SiemensLtd,China A&D AS-Beijing.

[3]西門子S7—400系列可編程控制器硬件手冊[Z].北京：北京西門子自動化公司，1999.

[4]西門子S7—300系列可編程控制器硬件手冊[Z].北京：北京西門子自動化公司，1999.

TP273

B

1672-5387（2011）02-0028-03

2011-02-11

王立賢（1974-），男，碩士，工程師，從事水電站自動化系統、調速器系統及抽水蓄能機組調速器系統的開發和設計工作。