双位置继电器在循环油泵控制中的应用

李贺宝，刘殿兴，武海鑫

（国网新源控股有限公司北京十三陵蓄能电厂，北京102200）

1 引言

北京十三陵抽水蓄能电厂位于北京昌平十三陵水库旁，距离市区30余km，是国家八五计划的重点工程，也是首都“9511”重点工程之一。电厂1990年筹建，1997年7月4台机组全部并网发电。十三陵电厂机组为4台200 MW可逆式抽水蓄能机组，全部具有黑启动功能，是首都电网调峰调频和紧急事故备用的重要电源。

十三陵电厂机组为半伞式结构，额定转速500 r/min，瞬时飞逸转速725 r/min。机组轴承系统分为上部导轴承、推力/下部导轴承和水轮机导轴承3部分，3部导轴承油循环系统均采用体外强迫循环，远方自动循环油泵启停。在机组长时间的运行过程中，考虑到循环油泵控制系统故障或是失电可能造成油泵停运的风险，为保证机组的安全稳定运行，对循环油泵控制系统进行了升级改造。

2 系统介绍

2.1 轴承系统介绍

十三陵电厂水泵水轮机轴承系统分为上部导轴承、推力/下部导轴承和水轮机导轴承3部分，3部导轴承油循环系统均采用体外强迫循环。每部导轴承油循环系统都是由导瓦、油盆、温度及油位测量报警元件、冷却外循环系统、控制系统组成。各部轴承油循环系统都设置2台油泵，一台油泵主泵，一台油泵备用，并能随时切换，当主油泵运行油流量不满足时，控制系统自动控制备用油泵启动。

2.2 油泵控制系统介绍

轴承油泵控制系统是由电源、PLC、输出输入模块、继电器组成，电源采取冗余配置。当油泵控制系统收到监控系统启泵命令后，通过继电器控制3部导轴承系统主油泵启动，控制系统判断油流量和轴承室中油位是否满足，将判断信号传送给监控系统决定是否进行之后的启机流程。

2.3 油泵控制系统改造背景

轴承油泵控制柜内关于油泵启停控制部分其改造前使用的执行继电器为中间继电器。控制系统收到监控系统启动油泵命令，PLC通过输出模块使中间继电器励磁，从而使轴承油泵启动，并在程序内部进行闭锁，油泵的内部控制逻辑如下页图1所示。

通过图1可以发现，当监控发出起泵命令后，%I1.0闭合，通过PLC的输出模块使中间继电器K001励磁，循环油泵得电运行。在循环油泵运行过程中，K001继电器需要一直处于励磁状态，此时一旦控制系统故障或是失电，可能造成输出模块失电，中间继电器K001便会失磁断开，轴承循环油泵失去电源停止运行。十三陵电厂机组正常运行时转速高达500 r/min，如果循环油泵停止将导致各部轴承瓦温迅速升高，使机组跳机停运，更严重则会烧毁导瓦。

至此我们可以看出，油泵现有的控制方式虽然简单直接，但其安全稳定性较低，因此决定对油泵的控制方式进行升级改造。

图1 油泵的控制逻辑

3 油泵控制改造方案

双位置继电器应用广泛成熟且具有自保持功能，即使励磁线圈失电继电器会保持当前状态不动作，油泵供电回路不会断开，当控制系统恢复正常后，双位置继电器恢复通断功能。鉴于以上优点本次油泵控制方式升级改造采用双位置继电器。

3.1 双位置继电器工作原理简介

双位置继电器顾名思义就是它有2个可控位置，这2个位置各自均可实现自保持。一般双位置继电器由2个电磁铁及1块衔铁组成闭合磁路，衔铁一端有弹片限制其位置。当合闸线圈通电时，衔铁克服弹片的反作用力进行动作。当合闸线圈断电时，由于弹片限制作用，衔铁仍处于合闸位置。只有当跳闸线圈通电时，衔铁才会克服弹片的限制作用力被吸向跳闸位置。同理，当跳闸线圈断电时，由于弹片的作用，衔铁仍会处于跳闸位置。至此，双位置继电器依托机械原理实现双位置切换并自保持，从而在控制流程上实现闭锁功能。

图2为双位置继电器工作原理图。

图2中常开点为线圈I的辅助触点，常闭点为线圈II的辅助触点。线圈I串联了一个线圈II的常闭接点、同样线圈II串联了线圈I的常开接点。只要线圈I通电，I的辅助触点即刻由常开变为常闭，同时II的辅助触点由常闭变为常开。这时线圈I断电，由于弹片作用线圈I会自保持，不受外部影响，只有当线圈II带电时辅助触点的位置才会反转过来。

图2 双位置继电器工作原理示意图

3.2 油泵控制改造内容

将控制循环油泵启停的中间继电器K001更换为双位置继电器，根据油泵电机容量，本改造方案选用SIEMENS的3RH1440-1BB40双位置继电器。更换后的双位置继电器K001由2个中间继电器控制，即循环油泵启动命令继电器K01和循环油泵停止命令继电器K045。

PLC内部控制程序中循环油泵启的动作命令仍由%Q2.0输出，增加油泵停止命令由%Q2.6输出，循环油泵运行自保持程序取消。

图3是改造后油泵控制逻辑图。

图3 改造后油泵控制逻辑图

当监控系统发出起泵命令后，%I1.0闭合，通过PLC的输出模块（%Q2.0）使中间继电器K01励磁，双位置继电器K001线圈I通过K01的辅助触点得电励磁，循坏油泵启动运行。中间继电器K01失电，双位置继电器K001为机械自保持，循环油泵正常运行。当监控系统发出停泵命令后，%I1.1闭合，通过PLC的输出模块（%Q2.6）使中间继电器K045励磁，双位置继电器K001线圈II通过K045的辅助触点得电励磁，K001线圈I辅助触点分开，循环油泵断电停止运行。

4 改造升级后试验方案

远方启动循环油泵，检查各部导轴承油流量正常。现地拉开循环油泵控制柜内电源开关QF02，QF03，使控制系统失电。双位置继电器K001保持当前状态不动作，循环油泵运转正常，各部导轴承油流量正常。恢复循环油泵控制系统电源，远方停止循环油泵，双位置继电器K001复位，循环油泵停止。至此得出结论，当现场出现突发情况导致控制系统失电无法正常工作时，依靠双位置继电器机械自保持特性，所控循环油泵可正常运转，从而保障了机组的正常运行。

5 结束语

通过中间继电器励磁程序自保持的油泵控制方式可靠性低，外界因素干扰大，一旦循环油泵停运，将会给机组造成巨大伤害并带来巨额经济损失。循环油泵控制方式改为双位置继电器控制后，因双位置继电器为机械式自保持，即使控制柜故障或是失电，循环油泵继续运行，提高了机组运行的稳定性，为机组安全运行提供了有力保障。