0 引言
油壓裝置是水電廠重要的水力機(jī)械輔助設(shè)備，其作用是產(chǎn)生并貯存高壓油，是機(jī)組啟動、停止、調(diào)節(jié)出力的動力源。因此，無論水力機(jī)組處于運(yùn)行或停機(jī)狀態(tài)，必須保證油壓裝置處于正常的油壓狀態(tài)［1 ］ 。在水電廠中，為了確保油壓裝置的自動投入，一般在壓力油槽罐上安裝壓力控制器，提供壓力信號并控制油壓。而大多數(shù)水電廠油壓裝置的壓力油泵電機(jī)采用常規(guī)繼電器和接觸器來控制，存在接線復(fù)雜、誤動拒動、電機(jī)啟動電流大等缺陷，嚴(yán)重影響電廠的安全運(yùn)行。本文以廣東英德市白石窯水電廠為例，采用可編程邏輯控制器（ PLC） 和軟啟動器改
造油壓裝置控制系統(tǒng)。
1 控制原理和存在的問題
每臺機(jī)組安裝有2臺55 kW 的壓力油泵電機(jī)，互為備用。當(dāng)壓油槽罐油壓低于下限3. 6 MPa 時，啟動工作油泵;低于下下限3. 4 MPa 時，啟動備用油泵并發(fā)報警信號;達(dá)到正常油壓4. 0 MPa 則停泵。當(dāng)油壓裝置發(fā)生各種罕見故障而造成壓油槽油壓下降至事故低油壓3. 0 MPa 時，應(yīng)迫使水輪發(fā)電機(jī)組事故停機(jī)。
原系統(tǒng)設(shè)計存在以下幾個問題：
1） 由于壓力油泵啟動頻繁，常規(guī)繼電器觸點(diǎn)經(jīng)常燒壞，維護(hù)成本較高。
2） 只能人工手動定期切換2 臺油泵的自動和備用狀態(tài)，增加了員工的勞動強(qiáng)度。
3） 壓力油泵電機(jī)全壓啟動時，啟動電流很大，對0. 4 kV廠用電系統(tǒng)沖擊大。設(shè)計中， 為了能有效解決上述問題， 提出用PLC 和軟啟動器來改造原有系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)2臺油泵自動輪換、電機(jī)平緩啟動、維護(hù)和檢修方便等要求。
2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計
整個油壓裝置系統(tǒng)主要由PLC 完成壓力油罐壓力數(shù)據(jù)的采集、判斷以及對軟啟動器、電機(jī)的控制，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。
2. 1 PLC 硬件設(shè)計
PLC 為整個油壓裝置控制系統(tǒng)的核心控制元件，現(xiàn)在市場上有許多品牌的小型PLC 可供選擇。結(jié)合水電廠的實(shí)際情況，采用了調(diào)速器技改時換下來的三菱A 系列PLC ，一來充分利用了閑置設(shè)備，二來也可節(jié)省一筆開支。A 系列PLC 采用模塊化設(shè)計，可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要，自由添加模塊。系統(tǒng)配置了一塊A2AS 系列CPU 、一塊開關(guān)量輸入模塊A1SX41 、一塊開關(guān)量輸出模塊A1SY41 、一塊模擬量輸入/ 輸出模塊63ADA、一塊通信模塊A1SJ 71242R2 ，設(shè)計要求開關(guān)量輸入信號11 路、開關(guān)量輸出4 路、模擬量輸入2 路。
2. 2 軟啟動器控制設(shè)計
軟啟動器是一種集電機(jī)軟啟動、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新穎電機(jī)控制裝置，采用三相反并聯(lián)晶閘管作為調(diào)壓器，接入電源與電動機(jī)定子之間。根據(jù)水電廠使用經(jīng)驗(yàn)，選用性價比較高的國產(chǎn)雷諾爾軟啟動器JJ R2000 系列。圖2 為1 號壓力油泵控制接線，2 號壓力油泵控制亦相同。
圖2 1 號壓力油泵控制接線
工作原理如下：軟啟動器根據(jù)PLC 命令啟動電動機(jī)時，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動機(jī)逐漸加速，直到晶閘管全導(dǎo)通，電動機(jī)工作在額定電壓的機(jī)械特性上，實(shí)現(xiàn)平滑啟動，降低啟動電流，避免啟動過流跳閘。待電動機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)數(shù)時，啟動過程結(jié)束，軟啟動器自動接通旁路接觸器1 KM ，取代已完成任務(wù)的晶閘管，為電動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供額定電壓，以降低晶閘管的熱損耗，延長軟啟動器的使用壽命，提高其工作效率，同時使電網(wǎng)避免了諧波污染。此外，軟啟動器還具有過載、缺相、過熱保護(hù)功能。
3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計
考慮到油壓裝置系統(tǒng)的重要性和安全性，避免壓力控制器由于硬接點(diǎn)有時接觸不良的缺陷，設(shè)計時增加了壓力控制器模擬量輸入，并經(jīng)PLC 計算得到實(shí)際的壓力值，也作為控制判據(jù)。本系統(tǒng)程序設(shè)計采用模塊化、功能化結(jié)構(gòu)，便于調(diào)試和擴(kuò)展，主要由控制主程序、模擬量采集和計算、電機(jī)運(yùn)行時間統(tǒng)計、工作泵和備用泵輪換、報警等子程序組成，重點(diǎn)在于控制主程序和輪換判斷程序，確保工作泵和備用泵的啟/ 停及相互間的輪換。程序中，把2臺油泵的運(yùn)行時間作為工作泵和備用泵輪換的判據(jù)，運(yùn)行時間較短的作為工作泵，運(yùn)行時間較長的作為備用泵。圖3 給出了工作泵和備用泵輪換流程。
圖3 工作泵和備用泵輪換流程
4 結(jié)語
1 年多的應(yīng)用表明，以PLC、軟啟動器為核心設(shè)計的水電廠油壓裝置控制系統(tǒng)安全、可靠、使用方便，為電廠的安全運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的保障。
