固态继电器在尼尔基水电厂二次控制回路的应用

任传忱

(嫩江尼尔基水利水电有限责任公司，黑龙江齐齐哈尔161005)

0 前言

尼尔基发电厂位于内蒙古自治区莫力达瓦旗境内嫩江干流中游，装机容量4×62.5MW，电站承担电力系统调峰、负荷备用、事故备用和基荷。于2006年7月16日首台机组发电。水轮机为轴流转桨式，型号为ZZA833-LH-640。水导轴承采用稀油润滑分块瓦型式，把合固定在导流锥上。

在水轮机顶盖排水方式的设计上，轴流转桨式水轮机有异于混流式水轮机。混流式水轮机主要依靠座环2个固定空心导叶以自流方式排水，而轴流转桨式机组顶盖排水完全依靠水泵排水。一旦顶盖排水出现故障，将可能发生淹没水导轴承的事故，使机组被迫退出备用。

尼尔基发电厂的水轮机顶盖排水设计采用2台5.5kW潜水泵，水泵起/停由装在导流锥内的型号为AFV-50/6/RF-Vuuu浮球信号器控制，控制回路采用CJX2-2510型交流接触器，两台水泵自动循环运行，互为备用。当水位过高时启动备用泵。

1 故障原因分析

水泵控制回路原理图如图1所示:

图1 水泵控制回路原理图

尼尔基水电厂自投运以来，多次发生水轮机顶盖排水故障，造成淹没水导轴承，使机组退出备用，进行抢修。

机组顶盖排水故障次数及类型见表1。

在日常运行中，还多次发生由于顶盖排水泵的交流接触器触头烧坏，引起水泵工作不正常，顶盖水位升高，检修人员对其进行紧急更换。有时还经常在夜间出现此类故障。这些故障给机组的安全运行带来很大隐患，加大了运行和检修工作人员的工作量，增加了很多不必要的维护费用。

由于机组在正常运行中的顶盖漏水是连续的且水量较大，顶盖排水泵启停频繁。顶盖排水泵交流接触器因此长期、频繁启动，触点开断电流时产生的电弧导致触点严重氧化，造成三相回路电阻不平衡，从而使运行电流三相不平衡，烧毁顶盖排水泵。AFV-50/6/RF-Vuuu浮球信号器控制器，有时由于顶盖排水的水流冲击，使浮球倾斜发卡，不能正常控制水泵起停，也造成水泵工作不正常。

2 技术改造方案

针对水泵频繁启停，造成交流接触器触点严重氧化的问题，将控制回路接触器型号改为SJG-120-Z3D型固态继电器。固态继电器的工作特点是采用可控硅式导通，无触头，开断电流时无电弧，避免了因继电器触头烧损和氧化造成的三相电流不平衡，降低了水泵的烧毁几率。且控制回路采用直流24V电源，使日常检修维护更加安全、方便。

(1)改造后的原理图见图2、3

图2 控制回路改造后原理

图3 #J1动力盘内原理图

(2)施工步骤如下:

1)利用在辅机PLC控制APG7盘交流220V转换直流24V的电源模块。

2)保持从机旁盘APG7接至机旁动力盘1J1的1号顶盖排水泵交流电源(C13、N11)不变。

3)将APG7盘XL3端子排8号端子上的1SAH:1改接至端子9号上。

4)将直流+12V引至XL3端子排的9号端子上.-12V引至XL3端子排的18号端子上，并利用4G-241a电缆的备用芯将-12V送到动力盘1J1的1号顶盖排水10号端子。

5)将1号顶盖排水泵交流220V“水泵运行指示灯”改用直流24V指示灯代替。

6)将机旁动力盘1J1中1号顶盖排水泵交流接触器更换为固态继电器，固态继电器的接线仍采用原有接线。

7)取消接至热继闭接点的N线，从动力盘J1的1号顶盖排水泵10号端子将APG7盘4G-241a电缆的备用芯送来的-12V电源引接到热继原来接N的节点。

8)将1J1的1号顶盖排水泵指示灯L13改接到固态继电器的进端，将原来的运行指示改为电源指示。

9)保持从机旁盘APG7接至机旁动力盘1J1的2号顶盖排水泵交流电源(C23、N21)不变。

10)将APG7盘XL3端子排17号端子上的2SAH:1改接至端子19号上。

11)将直流+12V引至XL3端子排的19号端子上.-12V引至XL3端子排的20号端子上，并利用4G-241a电缆的备用芯将-12V送到动力盘1J1的2号顶盖排水10号端子。

12)将2号顶盖排水泵交流220V“水泵运行指示灯”改用直流24V指示灯代替。

13)将机旁动力盘1J1中2号顶盖排水泵交流接触器更换为固态继电器，固态继电器的接线仍采用原有接线。

14)取消接至热继闭接点的N线，从动力盘J1的1号顶盖排水泵10号端子将APG7盘4G-241a电缆的备用芯送来的-12V电源引接到热继原来接N的节点。

15)将1J1的2号顶盖排水泵指示灯L13改接到固态继电器的进端，将原来的运行指示灯改为电源指示灯。

(3)改造后的接线端子简化图见图4、图5。

图4 APG4盘改造的端子接线图

图5 #J1动力盘端子接线图

(4)、针对原设计未考虑实时监测顶盖水位，机组投产后运行人员须经常到现地观测排水情况，工作负担较大，且效果也较差，特增设水位变送器，型号为：PR-46X/1mH2O/8190.050。

将模拟量信号上报到中控室上位机，实现了顶盖水位的实时监测和水位过高报警。

接线示意图见图6:

图6 接线示意图

施工方案如下:

(1)在水轮机室顶盖排水液位信号器附近加装水位变送器，将其零位设置距离水底3～4cm处。

(2)在水轮机端子上箱开孔安装WP-80水位显示仪表一块。

(3)将水位变送器的BK(+)、WH(-)引接水轮机端子箱上的水位显示仪表的12号-)、8号(+)接线端子。

(4)短接水位显示仪表的7号、15号接线端子。

(5)将WP-80仪表的模拟量输出(OUTmA/V)9(+)、10(-)接到到水轮机端子箱B端子排的84(+)、85(-)。

(6)从水轮机端子箱的A端子排上的空气开关下口并接AC220V电源到WP-80仪表的电源输入端子1号、2号。

(7)利用机组PLC盘APG6—1DX的(号)G-455d电缆的备用芯两根将84(+)、85(-)引至APG6左侧端子排XR1的164(+)、165(-)号端子。

端子接线示意图见图7:

图7 端子接线示意图

(8)从APG6盘至APG4盘新敷设一根4×1.5mm2电缆，将APG6盘的164(+)、165(-)转接到APG4盘左侧端子排XL2的4、5号端子。

端子接线示意图见图8:

图8 端子接线示意图

(9)在下位机将APG4盘1-CH6(AI2)模块的第2点(备用点)定义为“顶盖水位”。

(10)在中控室对应的程序中加入“顶盖水位”模拟量信号，并用作水位过高报警。

3 结束语

通过实际运行证明，改造后的水轮机组顶盖排水泵没有发生上述的控制回路故障，减低了水轮机组因顶盖受淹而造成的发电损失和设备损失，提高了水轮机发电机组运行的安全可靠性。同时运行值班人员可以直接在中控室看到水轮机顶盖的水位，减少了运行人员的巡回次数。