CCS電站進水球閥控制系統設計

金玉成，王曉瑜，毛羽波

（哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

1 引言

進水閥是水電站廠房內所有設備和人員的保護閥，其控制系統性能的優劣直接影響著電站的安全運行。球閥應用水頭較高，密封性能較好，高水頭及抽水蓄能電站的進水閥普遍采用球閥，哈爾濱電機廠有限責任公司（以下簡稱哈電）從建廠伊始就著力于進水球閥的開發和研究[1]。厄瓜多爾CCS電站球閥由哈電與安德里茲公司聯合設計制造，球閥外圓直徑3.6 m，單閥體重量達40 t，球閥液壓系統的操作油壓為6.3 MPa，采用雙接力器結構。

2 球閥液壓控制系統

CCS項目球閥控制單元設置了球閥控制柜和密封控制柜，圖1為球閥機械液壓系統圖。系統圖上方虛框為球閥控制柜閥組，其中電磁閥SV101，SV102與HV101采用組合閥體結構，控制柜柜體設置標準管件接口，密封可靠，便于現場安裝。液動換向閥HV102安裝在球閥接力器主管路上，具有流量調節功能，可以現場整定開關機時間。正常開關球閥操作是通過電磁閥SV101控制各級液動閥來操作主接力器開關球閥活門，電磁閥SV101采用博世力士樂工業閥，線圈A帶電為球閥開機位，線圈B帶電為球閥關機位。

機械液壓系統圖下方虛框內為球閥密封控制閥組，全部安裝于球閥密封控制柜中，用于球閥工作密封及檢修密封的控制。球閥的工作密封位于球閥出水端，檢修密封位于球閥進水端，二者均通過取自進水管路的高壓水源控制密封元件的投退。正常開球閥操作時，工作密封及檢修密封應處于打開狀態。球閥關閉后，工作密封應處于關閉狀態。當球閥需要檢修時，才可以投入檢修密封。工作密封通過電磁閥SV201操作，其中電磁閥的左位為工作密封投入位，右位為工作密封退出位。檢修密封通過手操閥MV201操作，其中手操閥的左位為工作密封投入位，右位為工作密封退出位。

密封控制系統設置了開閥密封退出的液壓閉鎖控制。當球閥處于開啟狀態時，接力器開腔有壓，使密封控制柜的液動換向閥HV201處于上為工作，工作密封及檢修密封的先導液控閥控制油失壓，使高壓水閥HV203與HV205均處于密封退出位，這樣保證了開機狀態下，檢修密封始終處于退出狀態，防止由于誤操作造成球閥密封的損壞。

為了保證電站系統安全運行，除了正常關機操作外，本項目設計了掉電關閉球閥及機組過速關閉球閥作為反事故措施，如圖2球閥系統關機流程圖所示。

掉電關閥通過電磁閥SV102來實現，電磁閥SV102采用單線圈結構，工作時長期帶電，如果控制系統電源故障，電磁閥線圈失電，閥芯在彈簧力的作用下復位，控制油切換方向，關閉球閥。

在機組過速裝置動作后，為防止事故擴大，需要盡快關閉球閥。機組過速關閉球閥通過液動閥HV101實現。液動閥HV101為單彈簧結構，其中控制壓力油PX來自于機組過速保護裝置，機組正常運行時為其帶壓狀態，當機組過速時為失壓狀態。過速失壓時液動閥HV101在彈簧力作用下切換油路，控制液動換向閥HV102由左側開機位切換為右側關機位關閉球閥。

圖2 球閥系統關機流程圖

3 球閥電氣控制系統

球閥控制由球閥控制柜完成，按照無人值班少人值守原則設計，具備現地手動及遠方自動兩種控制模式。

因CCS電站外部供電電源為127 V AC及125 VDC兩種電壓等級，控制柜內采用雙電源冗余供電模塊將電源轉換為標準24 V DC控制電源，提高了供電的可靠性，滿足柜內可編程控制器及控制回路用電要求。

球閥控制柜內可編程控制器采用施耐德M340，該系列PLC結構緊湊，采用UnityPro編程軟件，可提供5種IEC編程語言并支持中文變量名[2]，是目前市場上性價比較高的一款可編程控制器。可編程控制器配置如下：電源模塊CPS2010一件，通訊模塊P34 1000一件，數字量輸入模塊DDI 1602一件，數字量輸入輸出混合模塊DDM16025一件。各模塊采用機架面板固定，方便現場調試。

可編程控制器接收監控命令及現地傳感器反饋信號，根據灌入的操作程序，實時開出控制信號到各執行元件。信號連接如圖3球閥控制柜接線原理圖所示，外部輸入信號采用繼電器隔離，由柜內繼電器觸點以硬回路信號接入可編程控制器，防止外部短路損壞模塊。

由球閥控制柜接線原理圖可以看出，工作密封及檢修密封的信號輸入均為3組，在內部編程時我們采用了同類信號3選2的控制邏輯，避免了因單個信號反饋裝置故障導致操作中斷，同時在內部編程設置了程序自檢及關鍵點監控功能，如發生操作故障，將開出報警信號到監控系統。

圖3 球閥控制柜接線原理圖

4 結論

CCS電站作為我國海外電建項目中裝機容量最大的水電站，全部8臺機組目前均已順利投產發電，本項目球閥控制系統的設計完全滿足現場工況需求，為機組安全運行提供了技術保證，同時對后續項目的球閥系統設計具有一定的借鑒意義。

[1]吳繼兵，樸春光.哈電水泵水輪機進水球閥的技術進步[J].大電機技術,2014(3).

[2]施耐德電氣公司.Modicon M340編程手冊[Z]，2008.