雙位置繼電器在循環油泵控制中的應用

李賀寶，劉殿興，武海鑫

（國網新源控股有限公司北京十三陵蓄能電廠，北京102200）

1 引言

北京十三陵抽水蓄能電廠位于北京昌平十三陵水庫旁，距離市區30余km，是國家八五計劃的重點工程，也是首都“9511”重點工程之一。電廠1990年籌建，1997年7月4臺機組全部并網發電。十三陵電廠機組為4臺200 MW可逆式抽水蓄能機組，全部具有黑啟動功能，是首都電網調峰調頻和緊急事故備用的重要電源。

十三陵電廠機組為半傘式結構，額定轉速500 r/min，瞬時飛逸轉速725 r/min。機組軸承系統分為上部導軸承、推力/下部導軸承和水輪機導軸承3部分，3部導軸承油循環系統均采用體外強迫循環，遠方自動循環油泵啟停。在機組長時間的運行過程中，考慮到循環油泵控制系統故障或是失電可能造成油泵停運的風險，為保證機組的安全穩定運行，對循環油泵控制系統進行了升級改造。

2 系統介紹

2.1 軸承系統介紹

十三陵電廠水泵水輪機軸承系統分為上部導軸承、推力/下部導軸承和水輪機導軸承3部分，3部導軸承油循環系統均采用體外強迫循環。每部導軸承油循環系統都是由導瓦、油盆、溫度及油位測量報警元件、冷卻外循環系統、控制系統組成。各部軸承油循環系統都設置2臺油泵，一臺油泵主泵，一臺油泵備用，并能隨時切換，當主油泵運行油流量不滿足時，控制系統自動控制備用油泵啟動。

2.2 油泵控制系統介紹

軸承油泵控制系統是由電源、PLC、輸出輸入模塊、繼電器組成，電源采取冗余配置。當油泵控制系統收到監控系統啟泵命令后，通過繼電器控制3部導軸承系統主油泵啟動，控制系統判斷油流量和軸承室中油位是否滿足，將判斷信號傳送給監控系統決定是否進行之后的啟機流程。

2.3 油泵控制系統改造背景

軸承油泵控制柜內關于油泵啟停控制部分其改造前使用的執行繼電器為中間繼電器。控制系統收到監控系統啟動油泵命令，PLC通過輸出模塊使中間繼電器勵磁，從而使軸承油泵啟動，并在程序內部進行閉鎖，油泵的內部控制邏輯如下頁圖1所示。

通過圖1可以發現，當監控發出起泵命令后，%I1.0閉合，通過PLC的輸出模塊使中間繼電器K001勵磁，循環油泵得電運行。在循環油泵運行過程中，K001繼電器需要一直處于勵磁狀態，此時一旦控制系統故障或是失電，可能造成輸出模塊失電，中間繼電器K001便會失磁斷開，軸承循環油泵失去電源停止運行。十三陵電廠機組正常運行時轉速高達500 r/min，如果循環油泵停止將導致各部軸承瓦溫迅速升高，使機組跳機停運，更嚴重則會燒毀導瓦。

至此我們可以看出，油泵現有的控制方式雖然簡單直接，但其安全穩定性較低，因此決定對油泵的控制方式進行升級改造。

圖1 油泵的控制邏輯

3 油泵控制改造方案

雙位置繼電器應用廣泛成熟且具有自保持功能，即使勵磁線圈失電繼電器會保持當前狀態不動作，油泵供電回路不會斷開，當控制系統恢復正常后，雙位置繼電器恢復通斷功能。鑒于以上優點本次油泵控制方式升級改造采用雙位置繼電器。

3.1 雙位置繼電器工作原理簡介

雙位置繼電器顧名思義就是它有2個可控位置，這2個位置各自均可實現自保持。一般雙位置繼電器由2個電磁鐵及1塊銜鐵組成閉合磁路，銜鐵一端有彈片限制其位置。當合閘線圈通電時，銜鐵克服彈片的反作用力進行動作。當合閘線圈斷電時，由于彈片限制作用，銜鐵仍處于合閘位置。只有當跳閘線圈通電時，銜鐵才會克服彈片的限制作用力被吸向跳閘位置。同理，當跳閘線圈斷電時，由于彈片的作用，銜鐵仍會處于跳閘位置。至此，雙位置繼電器依托機械原理實現雙位置切換并自保持，從而在控制流程上實現閉鎖功能。

圖2為雙位置繼電器工作原理圖。

圖2中常開點為線圈I的輔助觸點，常閉點為線圈II的輔助觸點。線圈I串聯了一個線圈II的常閉接點、同樣線圈II串聯了線圈I的常開接點。只要線圈I通電，I的輔助觸點即刻由常開變為常閉，同時II的輔助觸點由常閉變為常開。這時線圈I斷電，由于彈片作用線圈I會自保持，不受外部影響，只有當線圈II帶電時輔助觸點的位置才會反轉過來。

圖2 雙位置繼電器工作原理示意圖

3.2 油泵控制改造內容

將控制循環油泵啟停的中間繼電器K001更換為雙位置繼電器，根據油泵電機容量，本改造方案選用SIEMENS的3RH1440-1BB40雙位置繼電器。更換后的雙位置繼電器K001由2個中間繼電器控制，即循環油泵啟動命令繼電器K01和循環油泵停止命令繼電器K045。

PLC內部控制程序中循環油泵啟的動作命令仍由%Q2.0輸出，增加油泵停止命令由%Q2.6輸出，循環油泵運行自保持程序取消。

圖3是改造后油泵控制邏輯圖。

圖3 改造后油泵控制邏輯圖

當監控系統發出起泵命令后，%I1.0閉合，通過PLC的輸出模塊（%Q2.0）使中間繼電器K01勵磁，雙位置繼電器K001線圈I通過K01的輔助觸點得電勵磁，循壞油泵啟動運行。中間繼電器K01失電，雙位置繼電器K001為機械自保持，循環油泵正常運行。當監控系統發出停泵命令后，%I1.1閉合，通過PLC的輸出模塊（%Q2.6）使中間繼電器K045勵磁，雙位置繼電器K001線圈II通過K045的輔助觸點得電勵磁，K001線圈I輔助觸點分開，循環油泵斷電停止運行。

4 改造升級后試驗方案

遠方啟動循環油泵，檢查各部導軸承油流量正常。現地拉開循環油泵控制柜內電源開關QF02，QF03，使控制系統失電。雙位置繼電器K001保持當前狀態不動作，循環油泵運轉正常，各部導軸承油流量正常。恢復循環油泵控制系統電源，遠方停止循環油泵，雙位置繼電器K001復位，循環油泵停止。至此得出結論，當現場出現突發情況導致控制系統失電無法正常工作時，依靠雙位置繼電器機械自保持特性，所控循環油泵可正常運轉，從而保障了機組的正常運行。

5 結束語

通過中間繼電器勵磁程序自保持的油泵控制方式可靠性低，外界因素干擾大，一旦循環油泵停運，將會給機組造成巨大傷害并帶來巨額經濟損失。循環油泵控制方式改為雙位置繼電器控制后，因雙位置繼電器為機械式自保持，即使控制柜故障或是失電，循環油泵繼續運行，提高了機組運行的穩定性，為機組安全運行提供了有力保障。