小水电微机式调速器加压装置改造探讨

谯兴宇

摘 要：微机式调速器采用了可编程技术、液压技术和数字化技术相结合生产的一种新型自动化调速器，被越来越多的小水电站使用，主要为水轮发电机组实现自动起、停机提供动力保障，如该系统故障频出，直接影响到水轮发电机组安全、稳定、可靠运行。本文针对微机式调速器液压系统中的电接点压力表及在高油压时不动作，造成步进电机损坏这一故障现象及原因进行分析，对该液压系统中的加压装置在改造过程出现的新问题及进一步改造原理进行阐述，对小水电站自动化装置的一些辅助设备改进行有益的探讨。

关键词：微机式调速器；电接点压力表；继电器；液压系统

中图分类号：TB 文献标识码：A doi：10.19311/j.cnki.1672-3198.2018.35.100

1 背景現状

随着PLC技术在调速器上的广泛应用，调速器的产品性能及可靠性得到大幅度提高，采用可编程微机调速器替代原机械式调速器已被越来越多的小水电站使用，提升了小水电的自动化运行水平，改造后的小水电运行值班已经实现无人值守或少人值守，减少了劳动强度并提升了经济效益。现小水电装机容量在1000kW以下的机组的自动化改造，生产厂家因小水电自动化设备利润薄，在改造过程中基本上都是借鉴大、中型水电站自动化成熟模式，并对一些功辅助功能进行优化，加之不同厂家对自动化备进行优化时又存在个体化差异，使小水电自动化设备存在不足。如小水电站在自动化设备维修、维护上经验不足，可能会造成部份自动化设备故障频出，又集中反应在微机式调速器液压系统中电接点压力表故障，引起液压系统步进电机在油压超过规定值时不动作，持续加压使步进电机过负荷、过电流导致线圈绝缘损坏。微机式调速器在液压系统失去油压后，使水轮发动机组机失去力保护，如不能及时发现并处理该故障，当机组出现跳闸或其它机械故障时，不能及时关闭水轮机导叶，导致故障扩大甚至事故。

2 故障现象及原因分析

在从事小水电自动化装置维修过程中，经常遇到小水电站微机式调速器液压系统步进电机损坏，我认真分析液压系统加压原理图（图1所示），当油压降低至规定的低油压值时，电接点压力表中间转换触点②与低油压触点③接通（油压升高时触点②与触点③自动断开），接触器1KM动作且步进电机启动工作，接触器1KM-1自保持触点使接触器KM主触点持续导通，同理当油压升至规定的高油压值时，电接点压力表中间切换触点②与高油压触点①接通，接触器2KM动作，其触点2KM-2切断接触器1KM的工作电源，接触器1KM失电且主触点断开，步进电机失电停止加压，工作原理没有问题。我拆开电接点压力表观察后发现，由于流过电接点压力表触点电流采用电机工作接触器1KM和2KM，型号为CJX2-32，线圈吸合瞬间容量达到110VA，保持需11VA，因此电接点表压力表的低油压触点③、中间切换触点②和高油压触点①在吸合或断开瞬间电流相对较大、且闭合、断开的频率高，设备运行一段时间后导致触点逐渐产生弧碳化，使触点之间逐渐发生接触不良，出现运行不稳定状态状态，特别是中间切换触点②和高油压触点①需在瞬间切除，如动作不可靠就会导致无法启动接触器2KM动作工作回路。接触器1KM主触点持续导通使电机持续加压，造成液压系统压力持续增大，电机过负荷时间延长，直接导致电机过电流使线圈绝缘损坏，使水轮机失去保护。在检查保护回路时发现，小水电站油压加压系统只使用了一只电接点压力表，当高压区控制转换触点损坏后，控制回路无法断开工作电源，引起液压系统步进电机不能停机，引起液压系统压力继续上升，使步进电机过负荷、过电流导致电机线圈绝缘损坏，步进电机损坏停止工作，调速器液压系统压力消失，使水轮机失去动力保护，直接影响机组设备的安全稳定运行。

3 改造后正作原理

为解决电接点压力表三个触点吸合或断开瞬间电流相对较大、且闭合、断开的频率高，导致触点产弧并逐渐碳化使电接表触点之间接触不良这一现象，并延长电接点压力表的使用寿命，经过查找相关资料及设备参数后，对图1所示的保护回路进行修改，在原图的基础上将1KM和2KM更换为两个电子继电器1KV、2KV（采用MY4N型），用电子继电器1KV的和2KV工作触点去控制接触器KM主触点闭合或断开，使电接点的保护回路和步进电机的启动回路分开，保护回路其工作原理如图2所示。

首先选择电子继电器的动作电压KMA、KMC，可从微机式调速器里取出24V直流或者采用AC220V交流，作为电子继电器1KV和2KV的工作电压。当油压降低至规定的低油压值时，电接点压力表中间触点③与低限触点②接通时，动作电压KMA经过中间触点③、低限触点②、继电器2KV的常闭触点2KV-2，继电器1KV的工作线圈至KMC，形成工作通路，电子继电器1KV动作，其常开触点1KV-1（1KV的自保持触点）和触点1KV-3接通，电源A相通过触点1KV-3，常闭触点2KV-4，接触器KM动作线圈后至电源C相，接触器KM动作且主触点接通，步进电机启动开始加压；当油压升至规定的高油压值时，电接点压力表中间转换触点②与高油压触点①接通，继电器2KV动作，其常闭触点2KV-2和触点2KV-4断开，电子继电器1KV和接触器KM同时失电，继电器1KV常开触点1KV-1和1KV-3由闭合切换至常开状态，当时电接点压力表的油压降低时，压力表中间转换触点②与高油压触点①自动断开，电子继电器2KV失电，其触点2KV-2和2KV-4由断开切换至常闭状态，微机式调速器油压装置系统自动进入下一个动作循环。

4 改造后应用与改进

微机式调速器液压系统油压装置改造运行3个月后，突然接到运行单位电话，说水轮发电机组在枯水时正常停机，再次启动微机式调速器时，发现电接点压力表油压归零，步进电机绝缘线圈损坏。我到现场检查二次控制回路没有发现异常，步进电机绝缘损坏系其它原因造成，寻问值班员得知，在枯水停机期间高压线路B相发生故障，导致10KV线路缺相运行30分钟左右后线路停电，经抢修后恢复送电，运行值班员在起机时发生上述故障。因此判断故障原因是A、C相电压正常，控制回路正常启动，步进电机正常启动，但由于电源B相缺相，导致步进电机缺相运行，电接点压力表油压无法上升至规定高压区，二次控制回路无法断开接触器KM的工作电源，使步进电机缺相运行导致电机线圈绝缘损坏，系外部设备原因造成的液压系统故障。因此在考虑保护回路同时，也应考虑到设备原因、外力原因等多方面因素，提高二次保护的可靠性。因此对保护回路作了进一步的改造，电子继电器KV的动作电压采用B相交流220V（或采用B相交流220V作为直流模块输入电压），避免缺相造成设备损坏，同时防止电接点油压表在高油压触点损坏，新增一个通电延时继电器KT，即当继电器KT头通电*S后（根据步进电机平均加压时长，人为设定步进电机的工作时间为*S，略大于正常加压时间），通电延时继电器KT的常闭触点延时断开，自动切断电子继电器1KV的自保持触点1KV-1回路，继电器1KV失电，达到断开接触器KM动作电源，达到备用保护的目的，其工作原理如图3所示。

当电接点压力表油压降低至低限触点③与中间转换触点②与低限触点②接通，电子继电器1KV动作动作，同时其常开触点1KV-1（1KV的自保持触点）和触点1KV-3接通，接触器KM动作主触点接通，步进电机启动开始加压，当油压升至规定高限触点①时与中间转换触点②接通时，电子继电器2KV动作，其常闭触点2KV-2和触点2KV-4断开，电子继电器1KV、电子延时继电器KT及接触器KM同时失电，其触点1KV-1和1KV-3由闭合切换至常开状态；如电接点压力表中间转换触点②与高限触点①不能接通时，备用保护回路启动，当通电延时继电器KT达到设定的通电*S后，延时继电器KT的常闭触点KT-2延时*S断开，自动切断电子继电器1KV的自保持回路电源，继电器1KV失电，常开触点1KV-1和1KV-3由闭合切换至常开状态，接触器KM失电，其主触点切换至断开位置，达到备用保护调速器液压系统的目的。为了提高微机式调速器液压系统的稳定性，可增加一个备用的电接点压力表，将其油压值设定略高于低限触点和略高于高限触点，可设置为报警回路或备用保护回路，为微机式调速器起到双重保护保护的目的，同时为延长电接表的使用寿命，可将电接压力表更换为油浸式电接压力表，可有效防止其三个触点吸合或断开瞬间电流相对较大、在触点闭合、断开的瞬间产弧、碳化问题，提高了触点的使用寿命，使调速器液压系统加压装置保护更为可靠，保证设备无故障运行，在此就不作详细论述。

5 结束语

该保护回路利用电子继电器线圈接通电接点压力表触点工作回路，使流过电接点压力表触点的工作电流很小，有效降压力表触点产弧、沾连和碳化问题，延长了该类精密仪器的使用寿命，通过几年应用实践，反馈信息设备运行可靠、稳定，效果较好。在小水电站自动化改造过程中，微机式调速器是关键一环，解决了调速系统在运行中存在的问题，降低小水电站自动化设备故障率，同时实现调速系统的自动控制和调节，保证机组安全稳定、可靠经济运行。