油压装置自动补气逻辑的修改与完善

张 磊 磊

(雅砻江流域水电开发有限公司，四川 成都 610051)

0 前 言

调速器油压装置和筒阀油压装置因为局部少量漏气，均需设置自动补气功能。自动补气正常逻辑为油罐油位偏高，达到自动补气油位，同时系统压力低于自动补气压力定值，系统开始补气，直至系统压力达到停止补气压力或油罐液位降至停补气油位。一般在设计自动补气功能时，停止补气压力略高于油泵停止压力，且在油泵运行时闭锁自动补气功能。自动补气功能能够正常运行时，可以不用人为干预，能节省人力成本。本文通过对比某电站两套油压装置自动补气控制逻辑差异，对调速器油压装置自动补气功能进行了完善，最终保证了调速器油压装置自动补气功能的正常运行。

1 系统组成

油压装置自动补气系统主要由油泵、压力油罐、自动补气阀、压力变送器、液位变送器以及控制系统等部分组成。压力油罐因存在微量漏气，在设备运行一段时间后，压力油罐液位会越来越高。控制系统通过采集压力油罐的压力、液位信号以及油泵运行信号，控制自动补气阀开启或关闭，从而实现自动补气功能，将压力油罐液位压至正常水平[1]。

2 调速器油压装置补气逻辑

某电站机组调速器油压装置设计了自动补气功能，但不同机组在运行过程中出现了不同的现象。其中一台机组运行一段时间后，压力油罐油位不断下降，其余机组压力油罐的油位则不断升高。所有机组的补气控制逻辑和动作都一样，即压力油罐液位较高时，自动补气功能能够自动投入。自动补气装置投入运行时间很短即复归，复归后短时间又投入，以上步骤一直重复，控制逻辑明显存在问题。电站油压装置控制系统采用贝加莱PCC2005，程序如下：

IF W_yg_bq and bq_ctl and NOT P_yg_z and NOT P_yg_b and NOT Do_bqg and NOT P_yg_rate THEN

Y_QD:=1

TON-11(IN:=Y_QD ，PT:=T#20S)

Do_bq：=TON-11.Q

补气投入的条件逻辑为：在自动补气投入的状态下，当油罐液位高于设定液位，油压不大于额定压力(6.3 MPa)，同时压力未降到主泵及备泵启动压力，自动补气投入。

停止补气的程序如下：

IF P_yg_rate OR W_st_bq OR W_yg_d OR P_yg_z OR P_yg_b THEN

M1:=1

ENDIF

IF (M1 AND bq_ctl) OR FE( bq_ctl)AND Do_bq THEN

M2:=1

TON-12(IN:=M2 ，PT:=T#20S)

Do_bqg：=TON-12.Q

ENDIF

退出自动补气包括两个条件：一是自动补气控制方式切换为手动，系统延时20 s退出自动补气；二是在满足以下条件之一停止补气，即油罐达到额定压力、油罐液位降至停补气油位、油罐油位低、油罐压力降至启动主泵压力或备泵压力。

程序主要变量如下：

W_yg_bq开始补气油位bq_ctl自动补气方式P_yg_z启主泵油压(5.8 MPa)P_yg_b启备泵油压(5.6 MPa)Do_bq开补气阀指令P_yg_rate大于等于额定压力(6.3 MPa)W_st_bq停止补气油位W_yg_d 油罐油位低Do_bqg停止补气

3 自动补气存在的问题

本电站调速系统油泵为断续运行，当系统压力达到额定压力油泵停止工作。首先分析大部分机组压力油罐液位会越来越高的问题，后续再对某台机组压力油罐液位不断下降的问题进行分析。系统存在的问题首先从控制逻辑着手。此段自动补气逻辑主要考虑压力油罐的液位。油罐液位达到补气液位时开始补气，压力达到额定压力6.3 MPa或液位过低、油罐压力突降等特殊原因下停止补气。自动补气停止信号进行了20 s延时，正常情况下应将油泵运行和自动补气投入过程分开，避免同时打油和补气，造成油罐压力过高。

油位过高作为自动补气的主启动条件，只有在油泵运行时才有可能发生。油泵停止状态下，油罐的油位只能下降。因此，当油泵运行，油罐压力升高而压力尚未达到6.1 MPa时，自动补气会投入。实际上主油泵从5.8 MPa启动，至6.3 MPa停止，运行时间一般在30 s左右。自动补气从6.1 MPa投入，到油罐压力达到6.3 MPa停止，时间非常短，一般就10 s左右。油罐压力达到6.3 MPa，油泵和自动补气同时停止。短时间内油压将降至6.3 MPa以下，而此时油罐液位基本未变，仍处于高位，自动补气装置再次投入。自动补气投入后，油压将在短时间内再次升至6.3 MPa，自动补气再次退出。退出后，油罐压力再次降至6.3 MPa以下，自动补气装置再次投入。这就造成自动补气装置在不停地进行投退，补气目的并未达到，油罐液位也未能下降。

其次，分析其中一台机组调速器油压装置油位异常下降的特殊现象。因为自动补气动作的不正常，所以问题分析从控制系统和补气回路两部分开展。要使调速器压力油罐液位不断下降只有一种可能，便是油罐一直在补气。因为只有一台机组出现此种情况，所以问题不可能是控制程序造成的。若要自动补气一直投入，有一种可能是控制器的输出点粘死或者输入的信号点粘死，导致自动补气条件一直满足并投入运行。现场对控制器的输入信号和输出信号全部进行了检查，所有信号均正常。现场对自动补气阀带电情况检查，也没有发现补气阀一直带电的情况，所以导致油罐一直补气的问题不在控制系统。

另一种可能便是调速器油压装置自动补气管路存在漏气。调速器油压装置自动补气管路包括自动补气回路和手动补气旁路，正常运行时手动补气回路是关闭的，只有在自动补气功能退出后才会使用。现场检查手动补气旁路的阀门，发现阀门在全关位置，位置正确也无漏气声响。检查自动补气阀，发现自动补气阀存在轻微的漏气声音。将调速器油压装置补气回路隔离后，拆解自动补气回路，检查发现自动补气阀在未达到全关位置时，阀门的全关位置信号已经接通。即阀门实际未关严，但全关信号已经到达，控制系统收到全关信号后，补气阀断电，阀门无法全关。更换此台机组的自动补气阀后，故障消除。因问题只有一台机组出现，不属于通性问题，所以接下来需要处理的是通性问题，即补气逻辑存在的不合理性。

4 筒阀油压装置控制逻辑

某电站筒阀油压装置控制系统采用施耐德PLC，控制程序如下：

(*补气投入*)

IF(ZT_press<=610.0 and ZT_press>0.0) and ((ZT_LEVEL_ERR and DI_YWG_YLG) or INT_TO_REAL(LEVEL_TANK.value)>=640.0) and DI_QC_ZDBQ and DI_ZD THEN

cmd_bq_tr:=true；

cmd_bq_qc:=false；

END_IF；

if DI_TR_ZDBQ then

cmd_bq_tr:=false；

END_IF；

自动补气投入条件为油罐压力低于6.1 MPa，油罐液位达到补气液位640 mm，并且自动补气控制方式在自动状态，自动补气投入。此处自动补气考虑了油罐压力问题，避免油罐压力在6.3 MPa附近，自动补气装置反复动作，但其依旧未考虑油泵和自动补气同时运行的情况，同样存在不合理。

(* 补气切除*)

IF ZT_press>= 645.0 or ((ZT_LEVEL_ERR and DI_YWd_YLG) or (INT_TO_REAL(LEVEL_TANK.value)>10.0 and INT_TO_REAL(LEVEL_TANK.value)<550.0)) and DI_tr_ZDBQ and DI_ZD THEN

cmd_bq_qc:=true；

cmd_bq_tr:=false；

END_IF；

if DI_QC_ZDBQ then

cmd_bq_qc:=false；

end_if；

自动补气停止的判断逻辑为油罐压力达到6.45 MPa，或者油罐液位在补气过程中不断降低，低于补气停止液位550 mm，自动补气退出。此处的自动补气退出逻辑明显更加完善，首先其停止补气的压力为6.45 MPa而非6.3 MPa，有了足够的缓冲空间，便不会因为下次启泵油压达到6.3 MPa的同时液位过高。

此外，筒阀油压装置自动补气还对其投入和退出成功与否进行了判断，若发现存在问题，能够及时提醒运行人员进行处理，具体程序如下：

(* 自动补气投入故障 *)

tmr_bqtr_fault(IN:=cmd_bq_tr ，PT:=T#30000MS)；

IF tmr_bqtr_fault.q and not DI_TR_ZDBQ THEN

zt_bqtr_fault:=true；

END_IF；

IF DI_TR_ZDBQ THEN

zt_bqtr_fault:=false；

END_IF；

(*自动补气停止故障*)

IF tmr_bqqc_fault.q and not DI_qc_ZDBQ THEN

zt_bqqc_fault:=true；

END_IF；

IF DI_qc_ZDBQ THEN

zt_bqqc_fault:=false；

END_IF；

当自动补气投入或者自动补气退出信号开出，延时20 s，若自动补气阀位置信号未能正常反馈，则报自动补气开启或停止故障[2]。

5 调速器油压装置自动补气逻辑修改

为保证调速器油压装置自动补气逻辑更加完善，对程序做如下方面的修改[3](见图1)。

图1 调速器油压装置自动补气逻辑程序修改示意

(1)为了实现油压液位过高投入自动补气功能，同时避开自动补气和油泵同时运行，应该在自动补气投入程序中增加油泵运行信号。

(2)若在自动补气过程中，油压下降过快，则油泵应正常启动，即油泵运行信号闭锁自动补气信号，但自动补气不闭锁油泵启动信号。

(3)增加油泵启动时对油压的判断条件，并将停止补气压力调整为6.45 MPa，保证补气过程的时间充足。

(4)若油泵运行过程中，液位达到过高值，则程序检测液位过高上升沿，在油罐压力降至6.0 MPa时，投入自动补气。

自动补气投入分为两个条件：一是油泵不在运行，油罐油位处于高位，同时压力低于6.0 MPa，自动补气投入运行；二是油泵运行时检测到液位过高，当油泵停止后，油罐压力降至6.0 MPa，此时只要油罐液位未降至停补气油位，自动补气装置均开始补气，直到压力油罐压力达到6.45 MPa。此逻辑能够很好地避免补气阀反复动作。另外当油罐压力下降的同时油罐液位高信号复归，补气阀也能向油罐进行补气，提高了补气效率。

补气阀退出的条件参考筒阀油压装置自动补气退出逻辑[4]。

6 结论与展望

自动补气逻辑看似简单，但在实际运行过程中很容易忽略油泵和补气配合问题。既要做到油泵和补气装置不同时运行，又要保证系统的补气效率，所以设备运行过程中应加强关注，避免自动补气阀在油罐额定压力附近反复动作，起不到实际的补气效果。

自动补气回路不仅可能导致压力油罐液位不断上升，也可能导致压力油罐液位的不断下降，其造成的原因是截然不同的。当系统逻辑不正确，补气功能不能正常投入，油罐油位将不断上升。若系统存在漏气，则油罐油位将不断下降。若二者刚好平衡，则油罐油位将不发生变化，不过此种情况基本不可能发生。因此，问题分析过程中，要考虑所有的因素。

油压装置自动补气动作实际是整个液压系统存在漏气造成的。若油压装置突然补气频繁，运行维护人员首先应先找到补气功能频繁动作的原因，找到系统的漏点。若漏点消除，则自动补气必然能恢复正常。

自动补气功能正常与否，直接影响了油罐的油气比例。当油罐内油位偏高，机组调节负荷时油罐油位将明显下降。而油位的明显下降必然造成油压装置压力下降明显，因为气的压缩性能是远高于油的。所以只有合适的油气比例，才能保证油压装置内既有足够的油，又能在机组调节负荷时减慢油罐压力降低的速度，这个一个相互牵制的关系。

随着自动控制系统的发展，控制系统应逐步具备大数据统计和分析功能。如补气系统的控制逻辑，不单单只是自身油压、油位的判断，应该将其相关量进行统计分析。又如机组一段时间的运行工况、每次补气运行的时间、每次补气时间间隔、不同机组的补气时间差别，应通过对这些情况的具体分析判断，针对不同运行工况，自主判断补气功能动作是否正常。当补气功能不正常时，能够及时提醒运行人员采取措施，避免异常发生。

本文通过两套补气装置的程序对比，对调速器油压装置自动补气逻辑程序进行了优化，提高了自动补气的可靠性。