小水電微機式調速器加壓裝置改造探討

譙興宇

摘 要：微機式調速器采用了可編程技術、液壓技術和數字化技術相結合生產的一種新型自動化調速器，被越來越多的小水電站使用，主要為水輪發電機組實現自動起、停機提供動力保障，如該系統故障頻出，直接影響到水輪發電機組安全、穩定、可靠運行。本文針對微機式調速器液壓系統中的電接點壓力表及在高油壓時不動作，造成步進電機損壞這一故障現象及原因進行分析，對該液壓系統中的加壓裝置在改造過程出現的新問題及進一步改造原理進行闡述，對小水電站自動化裝置的一些輔助設備改進行有益的探討。

關鍵詞：微機式調速器；電接點壓力表；繼電器；液壓系統

中圖分類號：TB 文獻標識碼：A doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.35.100

1 背景現狀

隨著PLC技術在調速器上的廣泛應用，調速器的產品性能及可靠性得到大幅度提高，采用可編程微機調速器替代原機械式調速器已被越來越多的小水電站使用，提升了小水電的自動化運行水平，改造后的小水電運行值班已經實現無人值守或少人值守，減少了勞動強度并提升了經濟效益。現小水電裝機容量在1000kW以下的機組的自動化改造，生產廠家因小水電自動化設備利潤薄，在改造過程中基本上都是借鑒大、中型水電站自動化成熟模式，并對一些功輔助功能進行優化，加之不同廠家對自動化備進行優化時又存在個體化差異，使小水電自動化設備存在不足。如小水電站在自動化設備維修、維護上經驗不足，可能會造成部份自動化設備故障頻出，又集中反應在微機式調速器液壓系統中電接點壓力表故障，引起液壓系統步進電機在油壓超過規定值時不動作，持續加壓使步進電機過負荷、過電流導致線圈絕緣損壞。微機式調速器在液壓系統失去油壓后，使水輪發動機組機失去力保護，如不能及時發現并處理該故障，當機組出現跳閘或其它機械故障時，不能及時關閉水輪機導葉，導致故障擴大甚至事故。

2 故障現象及原因分析

在從事小水電自動化裝置維修過程中，經常遇到小水電站微機式調速器液壓系統步進電機損壞，我認真分析液壓系統加壓原理圖（圖1所示），當油壓降低至規定的低油壓值時，電接點壓力表中間轉換觸點②與低油壓觸點③接通（油壓升高時觸點②與觸點③自動斷開），接觸器1KM動作且步進電機啟動工作，接觸器1KM-1自保持觸點使接觸器KM主觸點持續導通，同理當油壓升至規定的高油壓值時，電接點壓力表中間切換觸點②與高油壓觸點①接通，接觸器2KM動作，其觸點2KM-2切斷接觸器1KM的工作電源，接觸器1KM失電且主觸點斷開，步進電機失電停止加壓，工作原理沒有問題。我拆開電接點壓力表觀察后發現，由于流過電接點壓力表觸點電流采用電機工作接觸器1KM和2KM，型號為CJX2-32，線圈吸合瞬間容量達到110VA，保持需11VA，因此電接點表壓力表的低油壓觸點③、中間切換觸點②和高油壓觸點①在吸合或斷開瞬間電流相對較大、且閉合、斷開的頻率高，設備運行一段時間后導致觸點逐漸產生弧碳化，使觸點之間逐漸發生接觸不良，出現運行不穩定狀態狀態，特別是中間切換觸點②和高油壓觸點①需在瞬間切除，如動作不可靠就會導致無法啟動接觸器2KM動作工作回路。接觸器1KM主觸點持續導通使電機持續加壓，造成液壓系統壓力持續增大，電機過負荷時間延長，直接導致電機過電流使線圈絕緣損壞，使水輪機失去保護。在檢查保護回路時發現，小水電站油壓加壓系統只使用了一只電接點壓力表，當高壓區控制轉換觸點損壞后，控制回路無法斷開工作電源，引起液壓系統步進電機不能停機，引起液壓系統壓力繼續上升，使步進電機過負荷、過電流導致電機線圈絕緣損壞，步進電機損壞停止工作，調速器液壓系統壓力消失，使水輪機失去動力保護，直接影響機組設備的安全穩定運行。

3 改造后正作原理

為解決電接點壓力表三個觸點吸合或斷開瞬間電流相對較大、且閉合、斷開的頻率高，導致觸點產弧并逐漸碳化使電接表觸點之間接觸不良這一現象，并延長電接點壓力表的使用壽命，經過查找相關資料及設備參數后，對圖1所示的保護回路進行修改，在原圖的基礎上將1KM和2KM更換為兩個電子繼電器1KV、2KV（采用MY4N型），用電子繼電器1KV的和2KV工作觸點去控制接觸器KM主觸點閉合或斷開，使電接點的保護回路和步進電機的啟動回路分開，保護回路其工作原理如圖2所示。

首先選擇電子繼電器的動作電壓KMA、KMC，可從微機式調速器里取出24V直流或者采用AC220V交流，作為電子繼電器1KV和2KV的工作電壓。當油壓降低至規定的低油壓值時，電接點壓力表中間觸點③與低限觸點②接通時，動作電壓KMA經過中間觸點③、低限觸點②、繼電器2KV的常閉觸點2KV-2，繼電器1KV的工作線圈至KMC，形成工作通路，電子繼電器1KV動作，其常開觸點1KV-1（1KV的自保持觸點）和觸點1KV-3接通，電源A相通過觸點1KV-3，常閉觸點2KV-4，接觸器KM動作線圈后至電源C相，接觸器KM動作且主觸點接通，步進電機啟動開始加壓；當油壓升至規定的高油壓值時，電接點壓力表中間轉換觸點②與高油壓觸點①接通，繼電器2KV動作，其常閉觸點2KV-2和觸點2KV-4斷開，電子繼電器1KV和接觸器KM同時失電，繼電器1KV常開觸點1KV-1和1KV-3由閉合切換至常開狀態，當時電接點壓力表的油壓降低時，壓力表中間轉換觸點②與高油壓觸點①自動斷開，電子繼電器2KV失電，其觸點2KV-2和2KV-4由斷開切換至常閉狀態，微機式調速器油壓裝置系統自動進入下一個動作循環。

4 改造后應用與改進

微機式調速器液壓系統油壓裝置改造運行3個月后，突然接到運行單位電話，說水輪發電機組在枯水時正常停機，再次啟動微機式調速器時，發現電接點壓力表油壓歸零，步進電機絕緣線圈損壞。我到現場檢查二次控制回路沒有發現異常，步進電機絕緣損壞系其它原因造成，尋問值班員得知，在枯水停機期間高壓線路B相發生故障，導致10KV線路缺相運行30分鐘左右后線路停電，經搶修后恢復送電，運行值班員在起機時發生上述故障。因此判斷故障原因是A、C相電壓正常，控制回路正常啟動，步進電機正常啟動，但由于電源B相缺相，導致步進電機缺相運行，電接點壓力表油壓無法上升至規定高壓區，二次控制回路無法斷開接觸器KM的工作電源，使步進電機缺相運行導致電機線圈絕緣損壞，系外部設備原因造成的液壓系統故障。因此在考慮保護回路同時，也應考慮到設備原因、外力原因等多方面因素，提高二次保護的可靠性。因此對保護回路作了進一步的改造，電子繼電器KV的動作電壓采用B相交流220V（或采用B相交流220V作為直流模塊輸入電壓），避免缺相造成設備損壞，同時防止電接點油壓表在高油壓觸點損壞，新增一個通電延時繼電器KT，即當繼電器KT頭通電*S后（根據步進電機平均加壓時長，人為設定步進電機的工作時間為*S，略大于正常加壓時間），通電延時繼電器KT的常閉觸點延時斷開，自動切斷電子繼電器1KV的自保持觸點1KV-1回路，繼電器1KV失電，達到斷開接觸器KM動作電源，達到備用保護的目的，其工作原理如圖3所示。

當電接點壓力表油壓降低至低限觸點③與中間轉換觸點②與低限觸點②接通，電子繼電器1KV動作動作，同時其常開觸點1KV-1（1KV的自保持觸點）和觸點1KV-3接通，接觸器KM動作主觸點接通，步進電機啟動開始加壓，當油壓升至規定高限觸點①時與中間轉換觸點②接通時，電子繼電器2KV動作，其常閉觸點2KV-2和觸點2KV-4斷開，電子繼電器1KV、電子延時繼電器KT及接觸器KM同時失電，其觸點1KV-1和1KV-3由閉合切換至常開狀態；如電接點壓力表中間轉換觸點②與高限觸點①不能接通時，備用保護回路啟動，當通電延時繼電器KT達到設定的通電*S后，延時繼電器KT的常閉觸點KT-2延時*S斷開，自動切斷電子繼電器1KV的自保持回路電源，繼電器1KV失電，常開觸點1KV-1和1KV-3由閉合切換至常開狀態，接觸器KM失電，其主觸點切換至斷開位置，達到備用保護調速器液壓系統的目的。為了提高微機式調速器液壓系統的穩定性，可增加一個備用的電接點壓力表，將其油壓值設定略高于低限觸點和略高于高限觸點，可設置為報警回路或備用保護回路，為微機式調速器起到雙重保護保護的目的，同時為延長電接表的使用壽命，可將電接壓力表更換為油浸式電接壓力表，可有效防止其三個觸點吸合或斷開瞬間電流相對較大、在觸點閉合、斷開的瞬間產弧、碳化問題，提高了觸點的使用壽命，使調速器液壓系統加壓裝置保護更為可靠，保證設備無故障運行，在此就不作詳細論述。

5 結束語

該保護回路利用電子繼電器線圈接通電接點壓力表觸點工作回路，使流過電接點壓力表觸點的工作電流很小，有效降壓力表觸點產弧、沾連和碳化問題，延長了該類精密儀器的使用壽命，通過幾年應用實踐，反饋信息設備運行可靠、穩定，效果較好。在小水電站自動化改造過程中，微機式調速器是關鍵一環，解決了調速系統在運行中存在的問題，降低小水電站自動化設備故障率，同時實現調速系統的自動控制和調節，保證機組安全穩定、可靠經濟運行。