轴流转桨式水轮机顶盖排水系统改造

 轴流转桨式水轮机顶盖排水系统改造

孙莉娜

陕西汉江投资开发有限公司喜河水力发电厂   陕西  喜河   725271

摘要：本文以水电厂机组顶盖排水系统控制系统改造为例，对我厂顶盖排水系统的组成及功能进行了详细介绍，并重点介绍本次改进的创新点及其应用。

关键词：顶盖系统；可编程控制器；控制系统

0 引言

长期以来，水电厂顶盖排水系统始终是困扰机组安全运行的重要因素之一，说其大，它只不过是水轮机的一个辅助系统，说其小，它却常常使发电机组强迫停运，甚至引起水淹水导事故，严重威胁到机组的安全稳定运行。

水电厂装机容量3×60MW，水轮机为轴流转桨式，型号为ZZD394-LD-580。众所周知，轴流转桨式水轮机顶盖排水有异于混流式水轮机，混流式水轮机顶盖排水主要依靠座环2个固定空心导叶以自流方式排至渗漏集水井，而轴流式机组顶盖排水则完全依靠水泵排水。一旦顶盖排水出现故障，将直接影响机组安全运行。水电厂顶盖排水设置两台排水泵，互为备用。用常规的浮子液位开关、交流中间继电器等元件控制水泵运行。由于主轴密封和导叶轴套漏水量较大，使水泵启停频繁，给运行、检修人员带来诸多困扰。因此，改造项盖排水回路是亟待解决的问题。

1原顶盖排水系统状况

水电厂原顶盖排水系统有2台排水泵，工作泵1台、备用泵1台。由于设计时没有充分考虑机组漏水量的大小，且两台泵功率小抽水效率低，运行时间较长，启动较为频繁。顶盖排水泵控制系统设计不合理，只能人为进行主、备用泵的切换，无法实现自动轮换切换且排水泵、控制箱内空间狭窄不便于日常检修维护。同时，控制系统存在单智能显控仪，单传感器信号反馈不准确，无PLC控制等缺点，在实际运行中暴露出诸多问题，已经远不能适应水电站自动化的要求，更不能满足水电站“无人值班，少人值守”的运行方式。为了解决上述问题，决定对顶盖排水控制系统进行改造。

2 新系统组成及功能

安装2支液位传感器、2台显控仪，实现传感器和液位控制仪相互备用；安装3台自动启动潜水泵，实现自动轮换；安装1台备用离心泵，手动投入或主泵长期启动时投入，提高抽水效率和可靠性；更换顶盖排水系统控制盘，加装PLC，排水泵启停由PLC执行，预留远程启停控制功能； 安装电源自动切换装置，实现备用电源自动切换；完善信号上送，补充长期启动、液位超高等信号。提高排水系统可靠性及排水效率，减轻运行人员的劳动强度，使其满足保证机组安全稳定的要求。系统主要功能及工作原理图如下：

2.1 PLC控制

机组顶盖排水泵控制盘配置1套可编程控制器（PLC），用于监测、控制三台电机的轮换启动、停止，以及故障报警等信息。根据安装在机组支持盖进人孔位置的液位传感器，通过PLC监测、控制三台顶盖排水泵的轮换启动/停止，以及故障报警等信息，程序设计更加可靠。

2.2双智能显控仪，双液位变送器

水电厂机组顶盖排水系统将原有单液位变送器、单智能显控仪，改为双液位变送器、双智能显控仪，确保信息采集准确可靠:接线方式为双传感器智能显控方式，每台智能显控仪表都可控制电动机的启泵工作状态，两台智能显控仪表共同完成电动机的停泵工作状态。每块智能显控仪都是通过液位探头采集液位信号，再由智能显控仪动作不同节点，进而控制三台泵的工作状态。

2.3排水泵自动启停

各排水泵均具有“自动/备用/切除/手动”4种控制方式。在自动方式下，将由PLC根据水位控制器控制3台排水泵自动启停，程序中增设了排水泵运行次数的判定比较以此来实现轮换其工作/备用方式。正常情况下，3台排水泵均投入自动运行，根据顶盖水位上升情况，轮换启动。当其中一台排水泵故障后，其余的也能正常轮换投入运行。控制把手切至手动时，即可实现手动功能。

2.4轮换方式

   此次系统改造主要实现顶盖排水泵的自动轮换，方便运行维护。排水泵轮换方式分为次数轮换，并可以在控制面面板人机界面手动选择。

    2.5增加备用泵

   新增一台备用泵，作为紧急临时备用泵回路。缩短了紧急情况下临时排水泵投入时间、减少了人力物力资源，更加有效抑制了事故的发生，提高了设备运行可靠性。

4.改造后效果

改造后的顶盖排水系统排水效果显著，对泵的危害明显缩小，系统运行更加稳定。顶盖排水泵长期启动时间变短，由原来15min缩短为8min左右；顶盖排水泵启动间隔时间变长，由原来4min变为30min以上。水电厂顶盖排水系统改造后提高了机组运行的稳定性和可靠性，保证了机组顶盖及时有效排水，解决了改造前存在的实际问题。新系统运行稳定，满足排水泵自动启停、轮换功能和相关技术标注，达到了改造的预期效果。

  5结论

此次改造中，水电厂维护运行人员直接参与到排水系统改造的方案设计、系统改造、程序调试过程中，不但有利于改造后的排水控制系统更加符合现场时间情况，方便维护运行，而且通过改造提高了技术人员的业务水平，为水电厂设备安全运行提供了保障。同时，排水系统的改造实现了真正意义上的自动化、智能化，满足水电站

“无人值班、少人值守”的运行方式。