南水北調解臺站立式軸流泵轉子頂車裝置自動化控制系統改造技術研究應用

李尚志 戴 康 張景峰 李浩宇 王 勇 薦 威

（1.南水北調東線江蘇水源有限責任公司徐州分公司 徐州 221000 2.江蘇省徐州水利建設有限責任公司 徐州 221000）

1 概況

南水北調解臺站是南水北調東線工程的第八級抽水泵站，位于江蘇省徐州市賈汪區境內的不牢河輸水線上，毗鄰解臺船閘，與劉山站、藺家壩站聯合運行，共同實現出駱馬湖125m3/s、入下級湖75m3/s 的調水目標，同時發揮樞紐原有的排澇效益。

解臺站主體工程包括泵站、節制閘等工程。泵站設計調水流量125m3/s，設計揚程5.84m，安裝5 臺套2900ZLQ32-6 型立式軸流泵（含備機1臺），配TL2800-40/3250 型同步電動機。水泵葉輪直徑2900mm，單機設計流量31.5m3/s，單機功率2800kW，總裝機容量14000kW。泵站為堤身式塊基型結構，站身共分兩塊底板，中塊兩孔一聯，邊塊三孔一聯。采用肘形進水流道，平直管出水流道，快速門加小拍門斷流。站上設工作門、事故門各5臺套，均采用QPPY Ⅱ-2×160kN 液壓啟閉機啟閉；站下進水流道配平面鋼質檢修門2 套共4 扇，電動葫蘆起吊。站下游有攔污柵橋和攔污柵，配HQ-A型回轉式清污機10 臺套，SPW 型皮帶輸送機輸送污物。解臺節制閘設計排澇流量500m3/s，為鋼筋混凝土胸墻式結構，共3 孔，每孔凈寬10m，設鋼質平板門，采用QPPY Ⅱ-2×160kN 液壓啟閉機啟閉。

2 運行管理中存在的問題

解臺站機組長時間停機后，推力軸承油膜破壞，機組在開機運行前必須進行頂轉子操作，將鏡板與推力瓦脫開使其間充滿潤滑油再落下開機，為避免燒瓦，目前解臺站采用由一臺移動式液壓泵站分別對5 臺機組的液壓頂組進行加壓，人工觀測液壓頂是否工作和轉子頂起的位置。此方式存在如下缺陷：①因無人工觀測設施，工作人員需臨時踩爬才能觀察到液壓頂工作動作狀態及轉子頂起高度，存在人員安全隱患；②人工觀測存在誤差，易造成轉子頂起高度不夠或超過規定頂起高度，以及液壓頂回位不夠；③移動式液壓泵站在安裝輸油管時會有溢油現象。

3 頂車裝置自動化控制改造措施

3.1 液壓系統改造措施

安裝1 臺液壓裝置為5 臺機組的液壓頂提供液壓源，液壓裝置工作壓力為：20MPa，最高允許壓力24MPa；流量：2.0L/min；功率：0.75kW；電源：380V，裝置包括電機、油泵、電磁換向閥、溢流閥等。液壓管路布置采用集中式對5 臺機組液壓頂組分別供油，并由手動球閥選擇對應的機組，油管采用無縫鋼管，進入機組風道后改用高壓軟管與液壓頂組管路連接。頂車形成設定為3～5mm，電源采用AC380V。自動化控制系統如圖1。

圖1 自動化控制系統圖

3.2 測控系統改造措施

在每臺機組水泵層安裝控制箱，包括PLC1 套，8 路隔離輸出；觸摸屏1 塊，機組運行信號檢測儀，控制繼電器和按鈕，液壓裝置控制電路等；在液壓頂位置安裝4 個傳感器，轉子位置安裝2 個傳感器。PLC 控制系統采用40 路隔離輸入，測控電源采用DC24V；液壓頂位置傳感器，檢測距離為50cm可調，分辨率≤3mm，響應時間≤2ms；恢復至原位；轉子位置傳感器檢測距離為15±1mm，響應頻率0.5kHz。測控系統如圖2 所示。

圖2 測控系統圖

4 操作方式

4.1 自動控制

將頂車裝置現地控制箱電源送上，將控制箱內斷路器置于ON 位置，然后按“電源啟動”按鈕（藍色）使測控裝置通電，待觸摸屏進入測控界面后，觀察各位置狀態，位置信號應全部為綠色，待一切正常后，啟動油泵，液壓站開始工作，再按紅色“供油”觸摸按鈕，測控裝置開始進入自動測控程序。測控啟動后，供油信號中“正在供油”字閃爍（移動式液壓裝置啟動供油），四個液壓頂位置信號由綠色變紅色，蜂鳴器響（液壓頂開始上升），當二個轉子“頂到位”信號之一由綠色變紅色時，出現“停止供油”信號，延時數秒鐘后，“正在回油”閃爍（移動式液壓裝置開始回油），待四個液壓頂位置信號由紅色變成綠色，蜂鳴器不響后，延時數秒鐘出現“停止回油”信號。至此，整個頂轉子操作過程全部結束。數秒鐘后，測控裝置自動切除電源。自動測控過程中如遇到緊急情況，可以按“急停”按鈕切斷測控裝置電源。

4.2 手動操作

現地控制箱內設有導軌式按鈕，可直接按箱內的“油泵啟動”“供油”“回油”按鈕，進行手動操作。

5 結語

南水北調解臺站立式軸流泵機組頂車裝置改造消除了工作人員觀察轉子是否到位存在的安全隱患，解決了人工觀測轉子和液壓頂位置不準確極易造成水泵機組運行事故的問題。改造后頂車裝置自動化程度高，實現自動頂車裝置一鍵啟動，測控精準，安裝調試操作方便，所用技術成熟，工作穩定可靠，填補了立式軸流泵機組自動化頂轉子的技術空白，同時為南水北調二期工程立式水泵機組頂車裝置積累了經驗■