摘要 ：自動(dòng)化元件是電廠(chǎng)機組自動(dòng)化控制設備的基礎，自動(dòng)化元件的應用是水電站實(shí)現“無(wú)人值班，少人值守”目標的前提。自動(dòng)化元件具有分布面廣、所處環(huán)境復雜和安裝條件要求高的特點(diǎn)，自動(dòng)化元件的可靠性直接影響了水電站的綜合自動(dòng)化水平。該文主要對自動(dòng)化元件在某個(gè)大型水電站的應用進(jìn)行探討。結合該水電站相關(guān)自動(dòng)化元件換型與技術(shù)改造，對水電廠(chǎng)使用自動(dòng)化控制技術(shù)存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，為解決自動(dòng)化技術(shù)在水電廠(chǎng)應用中存在的問(wèn)題提供參考。
概述
某大型水電站有若干臺單機為 700 MW 的水輪發(fā)電機組，電站主、輔設備的操作、監視完全依賴(lài)于自動(dòng)化元件。自動(dòng)化元件的工作是否可靠，直接關(guān)系著(zhù)水電站的安全可靠運行。電站自投產(chǎn)發(fā)電以來(lái)，機組自動(dòng)化元件就不斷地暴露出一些問(wèn)題，例如流量計、油混水、液位計及蠕動(dòng)探測等跳變、誤動(dòng)和拒動(dòng)等問(wèn)題時(shí)有出現 ；流量計、液位計等油水監測元器件缺少相應的校驗方法 ；多次因現地監測元件故障導致機組開(kāi)停機失敗。自動(dòng)化元件故障嚴重影響機組的正常運行及日常維護。
電廠(chǎng)針對自動(dòng)化元件缺陷進(jìn)行了一系列的換型改造，使機組自動(dòng)化控制設備的運行可靠性顯著(zhù)提高。該文旨在介紹自動(dòng)化元件在該電站的應用情況、故障及改造。
1 液位信號器和防腐磁翻板液位計
1.1 液位信號器應用情況
該電站頂蓋排水液位信號器采用的是空心導桿浮球形式。磁浮球隨液位升降在測量桿上滑動(dòng)，變送器將檢測桿內的電阻信號轉換成電流信號測量液位。這種液位傳感器使用一段時(shí)間后線(xiàn)性度下降，實(shí)際液位與測量值產(chǎn)生偏差。當機組停機后，頂蓋水位變化緩慢，頂蓋內水質(zhì)油污很大，油污水垢導致水位計浮球卡澀。頂蓋排水液位信號器換型前經(jīng)常因為卡澀故障導致頂蓋排水系統出現液位到達設定值不啟泵、泵輪換異常、液位低不停泵等故障。
2018 年 4 月，電站對 12 臺機組頂蓋排水液位計進(jìn)行了換型，更換頂蓋液位計換型為新型大間隙、帶涂層浮球液位計，更換后未發(fā)生卡澀故障，現地控制柜與監控系統液位基本一致，使用情況良好。
電站所有防腐磁翻板液位計使用的產(chǎn)品，采用的安裝方式有側裝和頂裝 2 種方式。電站使用的防腐磁翻板液位計出現的問(wèn)題主要體現在磁珠卡阻（調速、三部軸承），模擬量測值跳變、緩變（水導），磁性浮球失磁（水導、漏油箱），磁性開(kāi)關(guān)誤動(dòng)、抗干擾差（三部軸承、漏油箱）等 4 方面。從運行環(huán)境看，對于安裝環(huán)境干燥、液位變化緩慢的液位測量比較可靠，出現測量值跳變和磁性開(kāi)關(guān)誤動(dòng)的情況比較少，比如壓力油罐、回油箱等處的防腐磁翻板液位計。但是當測量液位變化劇烈、安裝環(huán)境潮濕時(shí)，防腐磁翻板液位計出問(wèn)題的情況比較多，尤其是水導油槽防腐磁翻板液位計。從安裝方式看，對于測量液位變化同樣劇烈的上導油槽、推導油槽和水導油槽防腐磁翻板液位計，側裝方式優(yōu)于頂裝方式。
1.2 防腐磁翻板液位計應用情況
該電站調速液壓系統防腐磁翻板液位計使用多種型號和規格的防腐磁翻板液位計，使用過(guò)程中發(fā)現一些問(wèn)題，例如傳感器斷裂、準確度等級下降、線(xiàn)性度不能滿(mǎn)足應用要求。目前該電站選取四臺機組，將調速器液壓系統原管道 2#傳感器 Keller 壓力傳感器更換為科隆兩種不同型號壓力傳感器，試用期為 3 年，試驗到期后根據使用評估確定是否取消或換型 ；在使用過(guò)程中出現產(chǎn)品損壞、準確度、線(xiàn)性度等參數不滿(mǎn)足使用要求時(shí)，更換為原型號傳感器。
2 蠕動(dòng)探測裝置和轉速裝置
2.1 蠕動(dòng)探測裝置應用情況
該電站蠕動(dòng)探測之前主要使用的是氣動(dòng)式機械蠕動(dòng)裝置和電動(dòng)式機械蠕動(dòng)裝置，哈電機組和 VHS 機組使用的是氣動(dòng)式蠕動(dòng)裝置，型號為 RD-A 哈控，RD-A 型蠕動(dòng)探測裝置由投切器和發(fā)訊單元兩部分組成，當機組停機完成后通過(guò)蠕動(dòng)控制電磁閥（空氣電磁閥）向投切器通入壓縮空氣，它將發(fā)訊單元向前推進(jìn)，使其磨擦盤(pán)與機組大軸表面相接觸（有稍許正壓力）。如果大軸發(fā)生蠕動(dòng)，轉角達到 1.5° ~2°時(shí)，發(fā)訊單元便發(fā)出大軸蠕動(dòng)信號，作用于報警與制動(dòng)回路，投入制動(dòng)閘以防蠕動(dòng)現象擴延。機組起動(dòng)前，先動(dòng)作空氣電磁閥使投切器排氣，由于彈簧力的作用，發(fā)訊單元退回原位。離開(kāi)大軸表面 6 mm~8 mm，確保裝置安全。RD-A型蠕動(dòng)探測裝置系統原理如圖1所示。RD-A型探測裝置易卡澀導致探測裝置投退失敗，影響開(kāi)停機成功率。東電機組使用的是電動(dòng)式蠕動(dòng)裝置，型號為 PXJ-1D。PXJ-1D 型蠕動(dòng)探測裝置多起反饋信號拒動(dòng)的事件，導致開(kāi)停機流程退出，其原因為電動(dòng)式蠕動(dòng)裝置控制回路與位置反饋節點(diǎn)取自同一個(gè)行程開(kāi)關(guān)，當行程開(kāi)關(guān)常閉節點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)，電機停止轉動(dòng)，而此時(shí)可能因行程過(guò)短導致常開(kāi)節點(diǎn)尚未閉合，位置信號無(wú)法正常上送至監控系統。為了解決這一問(wèn)題，目前電站 15 臺機組蠕動(dòng)探測裝置已換型為非接觸式蠕動(dòng)探測裝置，避免開(kāi)停機過(guò)程中投入或退出蠕動(dòng)失敗導致的流程退出。非接觸式蠕動(dòng)探測裝置設計原理為 ：
該電站東電和哈電機組均采用占空比 0.5 的測速齒帶即齒帶中齒與槽的尺寸 1 ∶ 1，其均布 48 個(gè)齒和 48 個(gè)槽。因此，其每個(gè)齒對應的角度為 ：
δ=360 /（48×2）=3.75° （1）
由（1）式可知，在齒帶任一角度安裝一個(gè)接近開(kāi)關(guān)均可在大軸蠕動(dòng) 3.75°時(shí)測得一個(gè)上升沿或者下降沿信號。因此設置兩個(gè)接近開(kāi)關(guān)，其間距為齒帶凸起齒的 1/2 時(shí)，即可在大軸蠕動(dòng) 3.75° /2=1.875°時(shí)，2 個(gè)接近開(kāi)關(guān)中必有一個(gè)測得上升沿或者下降沿信號。因此采用雙接近開(kāi)關(guān)的設計思路能滿(mǎn)足國標要求，但是雙接近開(kāi)關(guān)方案存在大軸蠕動(dòng)角度較小時(shí)蠕動(dòng)報警即出口的問(wèn)題，其報警角度范圍范圍變化較大，和機組停機時(shí)的位置有關(guān)。為了使蠕動(dòng)報警信號更加合理，可采用四接近開(kāi)關(guān)方案。當角度轉動(dòng)至 1°至 2°時(shí)，裝置報警，并上送監控系統，并具備接近開(kāi)關(guān)故障判斷功能。

2.2 轉速裝置應用情況
該電站調速器轉速裝置為能事達公司利用 PCC2003 系列研發(fā)，目前存在著(zhù)以下安全隱患。
1）該裝置軟件為前能達員工編制，結構復雜，現能事達公司無(wú)法對軟件進(jìn)行有效維護，該裝置缺乏轉速信號跳變保護功能，導致機組開(kāi)機過(guò)程中或空載工況下，可能發(fā)生過(guò)速保護誤動(dòng)現象，導致開(kāi)機失敗，緊急時(shí)影響電網(wǎng)的安全運行。
2）該裝置硬件平臺為PC2003 系列模件，據貝加萊廠(chǎng)商反饋該系列模件 2018 年 6月停產(chǎn)，屆時(shí)將導致 18 臺機組不能穩定采購備件的情況，影響設備長(cháng)期穩定連續運行。
3）換型的 PCC 新型號模件，則與舊型號模件不兼容，若進(jìn)行替換，需要全部更換，且需要重新進(jìn)行安裝試驗。同時(shí) PCC 模件存在周期性升級換代的情況，一般每 6-8 年左右需要重新?lián)Q型替換安裝，進(jìn)行安裝試驗的調試過(guò)程，設備全生命周期維護成本高昂，且維護過(guò)程中安全風(fēng)險較大。
采用哈爾濱瑞格大公司生產(chǎn)的一體化轉速裝置 SPCT 進(jìn)行更換，保證設備正常運行。該裝置特點(diǎn)是經(jīng)過(guò)其他電廠(chǎng)長(cháng)期運行檢驗，軟件邏輯功能完善，核心硬件版本穩定，無(wú) PCC模件存在周期性硬件升級換代的情況，可保證備件長(cháng)期穩定供應，有效降低裝置全壽命周期內的綜合運營(yíng)成本。為了解決這些安全隱患，使用其他電廠(chǎng)已經(jīng)應用了 10 年之久的一體化轉速裝置 SPCT 對原轉速裝置作換型替代，提高設備的整體可靠性和降低設備全生命周期維護成本。
3 流量計
該電站用于流量測量的自動(dòng)化元件主要有 3 種，分別是用于水測量的電磁流量計（科隆和西門(mén)子系列）以及用于油測量的熱導式流量計（FOLOLO）和渦輪流量計（FOLOLO）。該電站自動(dòng)化元件流量計問(wèn)題主要體現在電磁流量計（科隆和西門(mén)子系列）測值跳變、死機等（技術(shù)供水系統、冷卻系統），熱導流量計故障率較高（外循環(huán)系統），渦輪流量計測值反應時(shí)間過(guò)長(cháng)影響開(kāi)停機操作（高壓油）等 3 方面。西門(mén)子電磁流量計在電站和其他電站都得到廣泛使用，該流量計對水質(zhì)和安裝條件要求高，電磁流量計的直管段要滿(mǎn)足設計要求。西門(mén)子電磁流量計安裝方式有水平安裝和豎直安裝方式 2 種。如果流量計安裝在豎直管道建議水流方向由下往上流，這樣可以*大限度地減小液體中氣泡對測量的影響。如果西門(mén)子電磁流量計旁邊有強磁場(chǎng)干擾，流量計本體需要有良好的接地。
電廠(chǎng)哈電機組之前推導軸承高壓油總管上未安裝流量計。推導軸承高壓油建壓成功條件為 ：任意一臺油泵運行&總管流量開(kāi)關(guān)量動(dòng)作&高壓油頂起壓力大于門(mén)檻值&高壓油頂起完成 &制動(dòng)閘落下。上述判據中缺少高壓油流量模擬量判據，實(shí)際運行中高壓油流量開(kāi)關(guān)難以準確整定，同時(shí)存在較大的零漂導致測值不穩定。
經(jīng)過(guò)改造升級，高壓油建壓成功判據中增加高壓油流量模擬量判據。這樣既能反映真實(shí)的油泵及輸出油流運行情況，又有效地提高高壓油建壓成功判斷的可靠性。
4 結語(yǔ)
自動(dòng)化元件在電站的應用過(guò)程中，因為產(chǎn)品質(zhì)量、安裝精度、設計原理，壽命老化和運行環(huán)境等原因出現了一些問(wèn)題。絕大多數問(wèn)題通過(guò)不斷思考和驗證已經(jīng)得到了解決。還有少數問(wèn)題的解決處在驗證階段。自動(dòng)化元件的應用仍存在一些需要我們去思考和補充的地方。