关键词：基础自动化；技术改造；十三陵蓄能电厂
摘 要：十三陵蓄能电厂机组投产初期，由于基础自动化控制系统和元件不完善，不稳定，严重影响了机组的安全稳定运行。为此，对机组机械保护及发电机辅助设备控制系统、球阀控制系统、水轮机控制系统、技术供水控制系统及其他自动化元件进行了改造并取得了成功，不仅提高了机组起动成功率，而且减少了机组非计划停运，为十三陵蓄能电厂的设备稳定运行起了重要的作用。
十三陵蓄能电厂自1995年12月第一台机组投产以来，由于进口机组自动化回路在设计上考虑不周和元件的选型方面的问题，曾多次出现机组起动不成功、运行中误动作跳闸停机现象。根据统计，从第一台机组投产到1998年10月份，机组起动不成功200多次，运行中误动停机120余次。严重影响了机组安全运行和自动化水平的提高，也制约了我厂“无人值班、少人值守”目标的实现。从1998年下半年开始，对全厂基础自动化20余项60多个回路及装置进行了技术改造，本文就改造情况分类做简要介绍。
1水力机械保护和发电机辅助设备控制系统的改造
1.1定子铁心及定子绕组温度高跳闸回路
定子铁心及定子绕组温度控制采取报警与跳闸两种形式。控制回路由PT100电阻温度计、温度继电器构成。通过电阻温度计阻值的变化，输入到温度继电器与设定的电阻值进行比较，超过设定值起动继电器内部的报警线圈和跳闸线圈，发出报警和跳闸信号。作为温度高跳闸的执行元件，温度继电器由于受电磁波干扰（如步话机、无线通讯设备等）几次造成机组停机，另外，当出现电阻测量回路端子松动也容易出现误动停机，从事件记录仪的几次事故分析来看，其干扰情况下继电器动作保持时间小于1 s。所以我们采取了延时跳闸出口时间的方法，使原来出口接点起动时间继电器5 s后作用于跳闸，以躲过干扰造成的误动，又不影响保护的功能，改造后未再发生保护误动。
1.2定子加热器控制回路
定子加热器是发电机的辅助设备之一，用来防止发电机在停机状态下结露。其控制回路安装在机械保护盘内。由于加热器功率大，三相电阻不平衡导致三相电流不平衡，经常将进线及接线端子烧焦、烧化；回路中的交流接触器容量小、拉弧能力低、接点粘连，造成接触器过热烧毁，在机械保护柜内存在着很大的火灾隐患。根据现场实际情况，将其控制回路独立成柜，通过测量定子加热器回路电流，对回路的空气开关、交流接触器、连接导线重新选型设计，增加了设备监视功能，消除了设备存在的隐患。
1.3机组机械制动甩负荷跳闸回路
机组机械制动的位置信号由8个限位开关来实现。由于基础振动大造成限位开关脱落，压紧弹簧位置调整不当造成机械制动位置返回信号不正确，影响了机组的起动成功率，也因限位开关的松动错位，造成机械制动跳闸信号的误动。针对出现的问题，一方面用进口胶固定限位开关，调整弹簧位置；另一方面，在控制回路中增加了低压压缩空气的气压开关量，将制动电磁阀后的压力表更换成国产JZ-150-A型压力控制器，压力控制器的常开接点串联于跳闸回路，即在机组运行过程中，有低压气时机械制动实际投入并作用于机组实现跳闸，如果没有加低压气而位置开关动作了则只发机械制动投入报警信号，避免了保护误动情况的发生。
2球阀控制系统的改造
在球阀的动作过程中，由于多种原因致使球阀不能按正确的顺序打开或关闭。造成转子和下游密封相撞，密封被破坏，漏水严重，对电厂和机组的安全运行构成威胁，同时也影响了电厂的经济运行。
2.1球阀不能正常开关的原因分析
(1)只有机械闭锁，而无电气闭锁。球阀在关闭过程中，只是靠阀门顺序架控制转子、下游密封和旁通阀的动作顺序，一旦阀门顺序架可调螺杆上的螺丝松动或顺序架所带动的液压阀出现问题，球阀的各个部分将不再按顺序动作。
(2)球阀不按正确顺序动作。监控系统发出的开球阀令为一脉冲信号，随着机组运行时间的推移，导叶漏水量和限位开关的延时特性都发生了变化，使球阀不能按照顺序打开和关闭。
(3)压差开关拒动。用于球阀上下游平压控制的压差开关，由于本身结构的不合理，造成开关可动部分的活塞渗水，开关内部锈蚀严重导致开关拒动，从而使球阀不能按时打开，机组不能正常起动。
2.2球阀控制回路的技术改造
(1)增加电气闭锁功能。通过改变电气控制回路中电磁阀的动作顺序即可实现电气闭锁。在球阀关闭过程中先接通关转子的排油回路，待转子全关后撤去顺序阀的操作油压，再依次关闭下游密封和旁通阀。这样可有效地防止由于螺丝松动或液压阀出现问题造成的误动故障，也避免了导叶漏水和限位开关的延迟特性所造成的误动。
(2)保证球阀按正确顺序动作。在下游密封开启油回路上增加一个电磁阀，目的是在球阀关闭时，只有转子全关以后，下游密封才可以关闭；球阀打开时，只要下游密封打开，位置接点返回，下游密封开启的水路有水压，就切断下游密封的动作油路。
(3)更换压差开关。我们选用了国产HTJ-100型压差变送器作为测量元件，SWP-80型智能控制仪作为执行元件，将变送器输出的4～20 mA模拟量送入控制器，控制器通过定值判断，将开关量送入球阀控制回路。为了满足机组黑起动的条件，选择了直流供电的控制器，这样解决了开关动作不灵活和拒动的问题，满足了原设计的要求，同时也减少了检修维护量。
3水轮机控制系统的改造
3.1水导轴承循环油泵控制回路
水导轴承循环油泵为水导轴瓦提供冷却用油。一号机水导轴承油泵曾由于夏季环境温度高，油泵出力降低，轴承油流量降低使机组跳闸。在原设计回路中，当油流量降低时控制回路起动备用油泵，同时关闭正在工作的主油泵。但一台油泵的运行不能使油流量满足要求，因此改造后的控制回路在油流量低时起动备用泵，同时使主泵不停，两台油泵同时运行，满足了油流量要求。
3.2水导轴承集油箱油位计控制回路
水导轴承集油箱油位计采用的是浮子式双稳态切换开关。由于切换开关受磁场的干扰，几次出现信号误动。为了解决此问题，我们对控制回路做了如下改进：当油位真正下降时，报警回路开关动作报警并自保持（只有浮子回升后才复归），如果这时油位继续下降至最低油位，跳闸开关也动作并保持，两开关都动作时，方能跳闸停机。任何一个开关单独动作都只发报警信号，而不作用于跳闸回路。根据双稳态切换开关自保持的特点，在原回路中接入两个中间继电器。当两个继电器都励磁时，将一对常开接点串联接入原跳闸回路，另外一对常开接点并联接入报警回路。这时，报警信号有双重意义，一是低油位信号，二是开关误动信号。改造后，有效的防止了两次误停机事故的发生。
3.3转轮排水阀位置接点
由于转轮排水阀的液压控制阀打开关闭位置接点易受环境振动的影响而错位，导致位置开关在排水阀打开或关闭后信号不能返回到监控系统，造成起动失败。为提高其可靠性，利用液压控制器的方向杆，在阀体外安装两个辅助位置开关，方向杆的转动使外部位置开关动作，开关接点与原接点并联，提高了其可靠性。
4技术供水系统
技术供水泵系统在机组投产初期，不断地发生水泵停运事故。冷却水的中断，直接影响到机组的安全运行，多次发生非计划停运。由于水泵起动电流大，经常将上一级电源开关顶跳；国产交流接触器拉弧能力低，固定不牢固，动静触头在短时间内就大面积烧伤；而且发生过两次动触头自行脱落故障，造成水泵缺相运行，烧毁了自耦变压器。平均每台水泵每月都需要更换一次动静触头，不仅增加了检修维护量，而且增加了检修费用。同时，原设备的直接起动方式造成水泵起动过程中产生水锤现象，存在着水淹厂房的重大隐患。技术供水泵的不稳定运行成为我厂急需解决的重要问题。
针对存在的问题，决定对其进行了彻底的改造。原来的起动控制柜和现地控制柜全部更换：现地控制柜内利用智能化的可编程控制器来实现原控制回路功能。采用了TSX3710028DRI可编程控制器完成技术供水的起动停止控制。通过智能化的PLC实现复杂的电气回路接线。回路的简化同时减少了故障点，提高了可靠性。起动控制柜内水泵的起停取消了原自耦变压器和交流接触器的控制，采用了ATS-46C41N全数字式交流电动机软起动控制器，实现电机的平滑起停，消除了水锤的发生；
此外，还进行了技术供水泵的其他改造项目，包括：
(1)解决了机组不能长时间调相问题。主要思路为一台机组调相时，将本台机组的冷却水出口阀关闭，将水排至同单元另一台机组的出水口，这样本台机组的冷却水水温不会升高，达到机组可以长时间调相目的。
(2)完善了水流量低时起动备用泵的功能。在原来的控制回路中，在水流量下降时，希望利用流量计的开关接点起动备用泵，但是因为流量开关只有一对接点而未能实现。我们利用联合轴承冷却水流量低跳闸回路延时继电器上的一对常开接点作为起动条件。当技术供水流量低时接点闭合，起动备用泵，如果备用泵起动后，水流量能满足要求，则开关接点断开，备用泵自保持，不作用机组跳闸，否则跳闸。
(3)实现了运行人员在中控室远方起动备用泵的功能。
5其他自动化元件的改造
5.1流量计
美国UM公司生产的挡板式流量计因其内部渗水严重、开关锈蚀而发生过直流接地，凸轮位置变化不能正确反应流量而发生保护误动。我们在管路上增加了一个国产蜗街式流量计，实现保护二取二功能，即只有当两个流量计因流量低JF 都动作后再发跳闸信号，其中任一个动作只发报警信号。同时，蜗街式流量计的控制器可以将流量值传到监控系统，运行人员在中控室即可以监视到流量的大小。但是蜗街式流量计灵敏度高，受环境的振动和噪音的影响示值变化大。为此，在跳闸回路中增加了对相应部位瓦温、油温的判断，保证水流减少，油温升高时才作用于出口。
5.2压力开关
球阀压油罐油压控制系统采用Square D型压力开关，该压力开关的整定值不易调整，且易变位；内部小开关经常损坏；传动机构不可靠，压力开关每年拆装进行校验，使接线和管路都有不同程度的破坏。现在我们采用可编程控制器（PLC）和Honeywell压力变送器取代了原控制系统。在管路中安装了两个压力变送器，其输出的模拟量送到PLC，通过PLC的逻辑判断可以灵活实现各种功能。
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