CCS电站进水球阀控制系统设计

2018-01-26金玉成王晓瑜毛羽波

水电站机电技术 2018年1期

金玉成，王晓瑜，毛羽波

（哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨 150040）

1 引言

进水阀是水电站厂房内所有设备和人员的保护阀，其控制系统性能的优劣直接影响着电站的安全运行。球阀应用水头较高，密封性能较好，高水头及抽水蓄能电站的进水阀普遍采用球阀，哈尔滨电机厂有限责任公司（以下简称哈电）从建厂伊始就着力于进水球阀的开发和研究[1]。厄瓜多尔CCS电站球阀由哈电与安德里兹公司联合设计制造，球阀外圆直径3.6 m，单阀体重量达40 t，球阀液压系统的操作油压为6.3 MPa，采用双接力器结构。

2 球阀液压控制系统

CCS项目球阀控制单元设置了球阀控制柜和密封控制柜，图1为球阀机械液压系统图。系统图上方虚框为球阀控制柜阀组，其中电磁阀SV101，SV102与HV101采用组合阀体结构，控制柜柜体设置标准管件接口，密封可靠，便于现场安装。液动换向阀HV102安装在球阀接力器主管路上，具有流量调节功能，可以现场整定开关机时间。正常开关球阀操作是通过电磁阀SV101控制各级液动阀来操作主接力器开关球阀活门，电磁阀SV101采用博世力士乐工业阀，线圈A带电为球阀开机位，线圈B带电为球阀关机位。

机械液压系统图下方虚框内为球阀密封控制阀组，全部安装于球阀密封控制柜中，用于球阀工作密封及检修密封的控制。球阀的工作密封位于球阀出水端，检修密封位于球阀进水端，二者均通过取自进水管路的高压水源控制密封元件的投退。正常开球阀操作时，工作密封及检修密封应处于打开状态。球阀关闭后，工作密封应处于关闭状态。当球阀需要检修时，才可以投入检修密封。工作密封通过电磁阀SV201操作，其中电磁阀的左位为工作密封投入位，右位为工作密封退出位。检修密封通过手操阀MV201操作，其中手操阀的左位为工作密封投入位，右位为工作密封退出位。

密封控制系统设置了开阀密封退出的液压闭锁控制。当球阀处于开启状态时，接力器开腔有压，使密封控制柜的液动换向阀HV201处于上为工作，工作密封及检修密封的先导液控阀控制油失压，使高压水阀HV203与HV205均处于密封退出位，这样保证了开机状态下，检修密封始终处于退出状态，防止由于误操作造成球阀密封的损坏。

为了保证电站系统安全运行，除了正常关机操作外，本项目设计了掉电关闭球阀及机组过速关闭球阀作为反事故措施，如图2球阀系统关机流程图所示。

掉电关阀通过电磁阀SV102来实现，电磁阀SV102采用单线圈结构，工作时长期带电，如果控制系统电源故障，电磁阀线圈失电，阀芯在弹簧力的作用下复位，控制油切换方向，关闭球阀。

在机组过速装置动作后，为防止事故扩大，需要尽快关闭球阀。机组过速关闭球阀通过液动阀HV101实现。液动阀HV101为单弹簧结构，其中控制压力油PX来自于机组过速保护装置，机组正常运行时为其带压状态，当机组过速时为失压状态。过速失压时液动阀HV101在弹簧力作用下切换油路，控制液动换向阀HV102由左侧开机位切换为右侧关机位关闭球阀。

图2 球阀系统关机流程图

3 球阀电气控制系统

球阀控制由球阀控制柜完成，按照无人值班少人值守原则设计，具备现地手动及远方自动两种控制模式。

因CCS电站外部供电电源为127 V AC及125 VDC两种电压等级，控制柜内采用双电源冗余供电模块将电源转换为标准24 V DC控制电源，提高了供电的可靠性，满足柜内可编程控制器及控制回路用电要求。

球阀控制柜内可编程控制器采用施耐德M340，该系列PLC结构紧凑，采用UnityPro编程软件，可提供5种IEC编程语言并支持中文变量名[2]，是目前市场上性价比较高的一款可编程控制器。可编程控制器配置如下：电源模块CPS2010一件，通讯模块P34 1000一件，数字量输入模块DDI 1602一件，数字量输入输出混合模块DDM16025一件。各模块采用机架面板固定，方便现场调试。

可编程控制器接收监控命令及现地传感器反馈信号，根据灌入的操作程序，实时开出控制信号到各执行元件。信号连接如图3球阀控制柜接线原理图所示，外部输入信号采用继电器隔离，由柜内继电器触点以硬回路信号接入可编程控制器，防止外部短路损坏模块。

由球阀控制柜接线原理图可以看出，工作密封及检修密封的信号输入均为3组，在内部编程时我们采用了同类信号3选2的控制逻辑，避免了因单个信号反馈装置故障导致操作中断，同时在内部编程设置了程序自检及关键点监控功能，如发生操作故障，将开出报警信号到监控系统。