滩坑水电站数字缸筒形阀电液同步控制系统介绍

2015-07-29兰春星中国水利水电第十二工程局机电安装分局浙江丽水323000

水电站机电技术 2015年2期

关键词：电液水电站液压

兰春星（中国水利水电第十二工程局机电安装分局，浙江丽水 323000）

兰春星
（中国水利水电第十二工程局机电安装分局，浙江丽水 323000）

摘要：滩坑水电站3号机组筒形阀采用了目前国内最先进的全数字集成式电液控制系统。文章就该系统的基本原理、性能参数、优点等进行了介绍。

关键词：滩坑水电站；数字缸筒形阀电液同步控制系统；介绍

0　引言

滩坑水电站位于浙江省青田县境内的瓯江支流小溪中游河段，是一座具有调峰、调频、调相和事故备用功能，同时兼顾防洪及具有其他综合利用效益的特大型水利水电枢纽工程。该电站装设3台200MW混流式机组及1台4 000 kW生态小机组，电站年利用小时数1 705 h，年发电量10.23亿kW·h。电站按无人值班要求设计,首台机组于2008年8月投产发电，2009年8月全部机组投入运行。

滩坑水电站1号、2号机组筒形阀采用的同步方式为改进型机械同步控制系统，3号机组采用了目前国内最先进的数字缸－筒形阀电液同步控制系统。3台200MW竖轴混流式水轮发电机组及筒形阀等设备由东方电机股份有限公司供货。

1　数字缸--筒形阀电液同步控制系统概述

1.1筒形阀及控制系统参数

3号机组筒形阀设计最大工作水头127m,最大升压水头160m；筒形阀正常开启时间：≤90 s，筒形阀正常关闭时间：≤70 s，筒形阀动水关闭时间：≤60 s，筒形阀动水关闭时接力器下腔最大压力（计算值）：15.0MPa，筒形阀失步的最大允许值：5.0mm。筒形阀筒体外径：5 528mm，筒形阀操作接力器数量：5个，接力器缸内径:280mm，接力器活塞杆直径：125mm，接力器行程:1 128mm；接力器操作油压：6.3MPa，事故操作最低油压：4.4MPa；；数字缸型号：SZG-280/125-1128。

1.2数字缸--筒形阀电液同步控制系统组成

数字缸－筒形阀电液同步控制系统是由液压控制系统和电气控制系统两部分组成的。液压部分为数字液压伺服控制装置，数字液压伺服控制装置安装在接力器的顶部（接力器上端盖上），形成5套数字缸，这是筒形阀电液同步系统的核心部分。筒形阀电气控制装置由2个800mm×800mm×2 260mm标准屏柜组成，他们分别是数字缸筒形阀电液同步控制柜、数字缸筒形阀电液同步功率柜。

图1

1.3液压控制系统

（1）液压控制系统的关键部件是数字缸。数字缸是一个高度集成的液压控制元件，是液压控制系统的关键部件，它由操作油缸（接力器）、智能数字液压伺服控制装置两个主要部分组成。数字缸内，集成有高精度数字液压伺服阀、高精度步进电机（也称数字电机）、特殊高精度内置式机械位置传感器、液控单向阀、单向阀、接力器位移变送器等。

（2）数字缸将原来复杂的速度控制盒位置闭环控制，变成了简单的数字脉冲开环控制。控制脉冲与接力器位移完全成一一对应关系，一个脉冲对应一个当量值，这种对应关系由数字缸内部自动完成的PID调节过程来保证。

（3）数字缸活塞杆移动位移的实际误差，是由设计、生产、装配决定的。在活塞杆移动过程中，没有累积误差，只有一个基础误差。

1.4数字缸--筒形阀电液同步控制系统工作原理

1.4.1筒形阀开启、关闭

筒形阀的开启、关闭，由5只直缸接力器驱动；5只直缸接力器的控制，采用带位置检测盒输出的新型数字缸完成。数字液压伺服控制装置安装在筒形阀操作接力器的顶部，即操作接力器端盖上，与操作接力器组成数字缸。在5只直缸接力器内，还集成有位移变送器；每个数字缸内部，集成有数字缸电-液转换接口，一个小型步进电机。

筒形阀是通过步进电机控制的。正常工作时，由筒形阀电气控制装置按照编好的程序，向5个步进电机输出速度和位置信号，筒形阀即可按给定的运行曲线高精度同步开启、关闭，脉冲频率代表接力器运行速度，脉冲总数代表行程，一一对应。这些功能的实现，依靠的是数字缸内部的传感器自动检测速度和位移，并与数字缸给定的速度指令和位置指令，在接力器内部时时比较和自动调节，并在接力器内实现了机械速度闭环和位置闭环。只要输出给5只直缸接力器顶部的数字缸同规律的控制信号，5只直缸接力器就能始终保持高精度的速度同步和位置同步。

安装于直缸接力器内的位移变送器，实时检测各直缸接力器实际位置、行程，并将检测信号实时送到筒形阀电气控制装置，电气控制装置接收接力器位移信号，并监视、测量、分析、处理。

1.4.2筒形阀的同步原理

5只直缸接力器是否同步，是通过5只直缸接力器位移信号来监视、测量和判断的，即通过接力器实际位移和位移基准量BM相比较后的超前（后）偏差量△BM与最大失步允许值△BMmax的对比，判断是否需要纠偏以达到同步目的。5只直缸接力器的实际位置、行程，是由位移变送器、位移测量单元共同完成测量。

位移基准量的确定：在本控制系统中，位移基准量是以5只位移变送器的算术平均值BM来确定的。位移基准量BM=（BM01+BM02+BM03+BM04+BM05）/5；其中BM01∽BM05为5只接力器实际位移值。

超前位移偏差量：△BM=BM0i-BM；

超后位移偏差量：△BM=BM-BM0i；（i=1∽5）最大失步允许值△BMmax的确定：该值由筒形阀设计计算确定。

1.4.3筒形阀失步的纠偏

若筒形阀在开启、关闭的过程中，5只直缸接力器中的任意一只接力器实际位移，通过与位移基准量BM相比较，该接力器超拖后 (超前)移量差值△BM，超过最大失步允许值△BMmax的20%且在最大失步允许值△BMmax的35%内时，电气控制系统就发出筒形阀失步报警信号。此时电气控制系统就向控制该接力器的步进电机，发出矫正控制信号，电气控制系统就加速开启（停止）相应数字缸步进电机的控制脉冲信号，这样就会加速（停止）该接力器的移动速度，以尽快达到与位移基准量平衡一致。当筒形阀倾斜量达到最大失步允许值的20%以内，即20%△BMmax≤△BM，电气控制系统的筒形阀失步报警信号就消失。

1.4.4数字缸--筒形阀电液同步控制系统的优点

与机械同步控制系统相比，数字缸--筒形阀电液同步控制系统具有如下优点：

（1）筒形阀在任何位置开启、关闭操作，所有接力器都高精度同步，这是本系统最大的优点。

（2）正常操作控制时，具有任意曲线开启、关闭筒形阀的功能，功能全面。

（3）系统压力油源消失，也可保持筒形阀位置长期锁定不变。

（4）系统结构简单、器件少，便于安装和调试，大大减少了工地安装、调试时间。

（5）操作方便、简单，有利于电站维护。

2　出现的问题及处理方案

（1）2号传感器故障

在滩坑水电站3号机组第一次充水后的动作试验过程中，发现2号传感器故障。拆开传感器后发现里面有大量积水，经风干处理，故障仍然存在，判定2号传感器不能工作。同时检查所有传感器，其余传感器没有积水、结露、潮湿等现象。

解决方案：更换新的传感器。更换后重新设定零点，系统工作正常。

（2）2号步进电机轴发卡

在滩坑水电站3号机组第一次充水后筒形阀调试过程中，观察2号接力器步进电机，发现步进电机轴没有旋转，经过仔细的排查，判定2号步进电机轴卡死。

解决方案：将2号步进电机取下，在电机轴上加入润滑油，经处理后电机工作正常。

（3）1号接力器数字缸行程反馈传动轴卡涩抱死及2号步进电机卡死

在3号机组投产后第二年进行的A修工作结束后进行筒阀无水开启试验时（调试模式），1号接力器发“卡阻”信号，筒阀无法开启。现场A修技术人员采用千斤顶对筒阀进行机械调平后，筒阀开启约10mm后再次报“卡阻”信号。后在东电厂家专业人员指导下，经检查发现1号接力器数字缸行程反馈传动轴卡涩抱死。

解决方案：现场打磨处理后传动轴能灵活转动，但试验过程中1号接力器反馈的行程数字不变，控制系统仍然报“卡阻”信号，拆除接力器油缸上端盖板后发现传动丝杠与油缸活塞间固定相对位置的固定装置4颗螺钉被剪切，传动丝杠处于自由状态，无法真实反映活塞的运动，经处理后正常。处理好1号接力器卡阻故障进行启闭试验时又发现2号接力器出现卡阻故障，经检查发现2号接力器步进电机定子因进水锈蚀抱死，从而导致接力器数字缸内活塞与传动丝杠间的联轴插销断裂，后经更换步进电机以及加工联轴插销后正常。