可編程控制器在宣平溪二級電站電動蝶閥改造中的應用

摘要：簡要介紹了宣平溪二級水電站采用電動蝶閥在設備改造中的應用，其結構，功能達到自動、保護效果好，運行穩定、安全可靠、經濟，實現電站操作自動化管理、取得了很好的效果。

關鍵詞：PLC控制；蝶閥改造；結構；效果

1 工程概況

宣平溪二級水電站為引水式電站，1992年并網發電，電站裝機容量6400KW（2×3200 KW），多年平均發電量1828萬KWh。設計水頭83.5米，設計流量9.54m3/s。水庫為母子庫形式布置，總庫容為3675萬m3，集雨面積92.2Km2。其中：母庫內庵水庫集雨面積57Km2，總庫容為2950萬m3；子庫青嶺水庫集雨面積35.2Km2，總庫容為725萬m3。母子庫間用連通隧洞貫通，連通隧洞長1648米，洞徑 2米。主要水工建筑物有：內庵水庫大壩，青嶺水庫大壩，發電引水隧洞、水庫連通隧洞、引水隧洞進口閘門啟閉設備，攔污柵，發電廠房等。是一座以發電為主，兼顧防洪、灌溉、供水等綜合利用的水利工程。

2 存在問題

電站原在于1991年新建時裝有二臺水輪機進水口主閥型號為JZH00/￠1250×16空氣圍帶式蝴蝶閥，它采用常規繼電器控制電磁閥結構的蝴蝶閥油壓控制系統，擔負著機組的后備保護及機組事故處理及互備檢修開啟和關閉水輪機進水閥任務，對機組的安全運行有著關鍵性的作用。二級電站1#、2#水輪機組進水蝴蝶閥于1992年11月投入運行，歷經19年長期運行，使蝴蝶閥的控制操作機構各電磁閥及主接力器磨損滲漏油嚴重，形響開關閥動作，有時就因活塞卡阻使蝴蝶閥不能開啟或關閉，現已達不到水電站微機自動化的控制要求，存在著一定的缺陷和安全隱患，影響著機組的安全運行，亟待更新改造。

原水輪機進水口主閥型號為JZH00/￠1250×16空氣圍帶式蝴蝶閥其控制原理如下圖所示：

蝴蝶閥控制操作系統采用常規繼電器和油壓控制，操作油壓為16KG/C㎡，配有專用液壓操作的油壓裝置，壓力油灌、油泵、電動機（7.5KW），液壓操作柜，接力器各兩臺，1.1 KG/C㎡空壓機、儲氣灌等操作系統。其控制操作過程復雜且故障多，與水電站實行自動化的要求差距較大，動作過程是，開閥；總供油閥開啟、操作操制開關50KA、51KA或41JQJ2發開閥令——開啟繼電器51HKJ勵磁動作——空氣圍帶放氣51DCFG勵磁動作、同時旁通閥開啟及鎖定撥出52DPK勵磁動作——蝸殼充滿水51YLX動作——四通滑閥及接力器開啟51DPK勵磁動作——蝶閥開啟、同時紅色指示燈HD亮——開啟繼電器51HKJ復歸——總供油閥、旁通閥關閉及鎖定投入52DPG 勵磁動作開閥結束。關閥：總供油閥開啟、操作操制開關50GA、51GA或41JTJ發關閥令——關閉繼電器51HGJ勵磁動作——旁通閥開啟及鎖定撥出51DPK勵磁動作、同時四通滑閥及接力器開啟51DPK勵磁動作——蝶閥關閉——同時綠色指示燈LD亮、空氣圍帶充氣51DCFK勵磁動作、關閉繼電器51HGJ復歸——總供油閥、旁通閥關閉及鎖定投入52DPG勵磁動作關閥結束。因此蝶閥控制操作較復雜且頻繁，其操作系統的繼電器回路工作量也大，且容易產生的故障點也較多，直接影響其檢修周期和使用壽命，液壓系統的油（透平油）損耗也較大，一旦繼電器失靈或操作失誤蝶閥空氣圍帶就會被拉破，空氣圍帶的使用壽命也有限（一般一至二年需更換），一套空氣圍帶成本就3000元，檢修費用較高、且調換的難度、工作量都很大，所以對進水蝴蝶閥的更造很有必要。

3 改造方案設計

隨著社會發展和水電站實現計算機監控自動化、上等級上臺階要求、一些新技術新工藝新材料廣泛應用于水電站中。根據宣平溪二級水電站的實際情況，通過技術資詢和市場了解，目前市場上適應水電站使用的蝴蝶閥最先進的是金屬硬密封蝶閥，該閥為三維偏心金屬硬密封結構，密封型式為金屬對金屬密封，可調換的金屬密封圈對金屬密封，不銹鋼板與石墨復合板密封圈對金屬密封。所以在高溫高壓工況下，仍具有穩定的密封性能。驅動方式采用電動操作，同時旁通閥也采用三維偏心金屬硬密封結構的電動蝶閥。閥門電氣控制箱選用與計算機接口互聯同步的PLC可編程控制器自動控制方式，為下一步電站實現微機自動化改造相配套。經過多方調查分析、論證，決定采用電動式新型三偏心金屬硬密封的電動式蝴蝶閥，為此：由水電站自已提供生產圖紙，委托專業生產水電站的動水閥門生產廠家負責生產。其主閥型號確定為：D943H-16C 通徑￠1300MM，旁通閥確定型號為：D943H-16C 通徑￠150MM，蝴蝶閥的電動裝置采用楊州電力設備修造廠生產蝶閥用DZW350型和旁通閥用DQW60型兩種電動裝置。電氣控制柜采用西門子PLC可編程控制器控制，它具有遠/近控制切換，自動手動控制切換，過載保護，力矩保護，數椐傳輸等功能。與水電站微機監控自動化系統的通信相配套。其主要控制方式為：由轉換開關SA1可選擇遠程、本地、手動三種操作，由轉換開關SA2可選擇聯動、開主閥、開旁通閥三種控制方式，選擇遠程聯動則由微機監控系統后臺發出開、關閥命令，選擇本地聯動則由本地一鍵發出開、關閥命令，選擇手動則由本地進行調試開、關主閥、旁通閥調試操作時用，它具有結構簡單，操作方便，保護可靠、動作靈敏，安全穩定等特點。其控制動作邏輯和控制原理接線如下圖所示：

它的控制程序為：選擇遠程聯動操作，開閥由PC發開閥命令——檢查導葉是否全關位置——先開旁通閥——旁通閥全開——鍋殼沖水是否平壓——得到是平壓信號——發開主閥命令——主閥代全開位置——發關旁通閥命令——旁通閥全關位置——開閥結束，如果鍋殼沖水得不到是平壓信號——則等待300秒來判斷平壓信號——如否平壓——開閥失敗——發出故障報警。關閥由PC發關閥命令——先開旁通閥——旁通閥全開——發關主閥30秒命令——主閥停30秒主閥關至全關位置——發關旁通閥命令——旁通閥全關——關閥結束。本地聯動則由手動按鈕發出開閥或者關閥命令，操作程序與遠程相同。如果調試時操作，則把切換開關撥到主閥或旁通閥位置，按開主閥按鈕——先檢查鍋殼沖水是否平壓信號——開主閥命令——主閥全開位置——開閥結束。如果中途需要停等，則按停閥按鈕立即停。關閥操作也基本與開閥相同。同時與水電站微機監控系統配有RS485的通信接口，與監控系統后臺進行數據交換通信。這樣操作簡單又方便，大大減少了運行值班人員的勞動強度。

4. 施工安裝

整個進水蝴蝶閥及液壓控制系統的拆除，新電動蝶閥及電氣控制線路的安裝全部由本電站的技術及檢修人員承擔，從2008年11月24日開始到12月14日調試結束，一為電站節省了安裝費用，二也提高了電站的技術及檢修人員實際操作安裝技術水平。

4.1安裝的注意事項

4.1.1安裝環境

為了保證可編程控制器工作的可靠性，盡可能延長其使用壽命，在安裝時一定要注意周圍的環境，溫度在5——50度之間，相對溫度在35%——38%范圍之內，周圍無易燃和腐蝕性氣體，無過量的灰塵和金屬微粒，避免過度的振動和沖擊。

4.1.2注意事項

除滿足以上環境條件外，安裝時還應注意以下幾點：

1可編程控制器的所有單元必須在斷電時安裝和拆卸。

2為防止靜電對可編程控制器主件的影響，在接觸可編程控制器前，先用手接觸某一接地的金屬物體，以釋放人體所帶靜電。

3注意可編程控制器機體周圍通風和散熱條件，切勿將導線頭，、鐵屑等雜物通過風窗落入機體內。

在蝴蝶閥安裝中還應注意的是：

1、根據介質流動方向進行安裝；蝶閥與管道的連接螺栓，安裝時應按對角對方向多次擰緊，不得單件一次擰緊，以防受力不均而造成法蘭連接處泄漏。

2、電動蝶閥出廠時已將控制機構的啟閉行程調好，為防止電源接通時方向搞錯，用戶在第一次接通電源前，要先手動至關開位置的1/3初。并檢查指示盤方向與閥門開啟方向是否一致。

3、新裝的蝶閥必須在無水及無壓的情況下進行全開、全關，遠控，本地各方面的動作的調試，才可進入沖水情況下的各種試驗。

5 電動蝴蝶閥運行效果

這次電動蝴蝶閥改造共投入資金14萬元。其中電控箱兩臺0.8萬元，改造后進水電動蝶閥為西門子PLC可編程順序控制和常規手動控制相結合，與計算機監控系統相配套，操作靈敏可靠，運行安全穩定，無漏水。節省了用油用汽的運行成本，電動蝶閥操控性能也更為安全、經濟、大大減輕運行人員的勞動強度。改造后蝶閥于2008年12月15日投入運行至今運行很好，無漏水，動作可靠，運行隱定，保證了水電站的運行安全。