石泉水电厂机械制动系统应用

石泉水电厂机械制动系统应用

针对石泉水电厂机组的机械制动方式采用常规的阀门管路结构，在发电机组高自动化程度运作的时代，制动系统逐渐暴露出自动化程度低、设备老化、制动效率低下等问题。对此现象，我们打算对发电机风闸制动系统控制回路及其管路进行更换改造，我们选取了以CIP31霍尔测速信号和CIP21齿盘测速信号两套可编程微机测速装置，是集测量、显示、输出和控制于一体的高性能转速测量装置。其独特的“三选二”转速测量方式保证了机械制动优越的可靠性，确保了机组安全稳定的运行，值得借鉴。

标签：石泉水电厂；制动系统；控制回路；测速装置

引言

石泉水電厂位于汉江上游陕西省石泉县城西一公里处，是汉江上游最早建设的大Ⅱ型水力发电厂和陕西电网调峰电厂之一，兼有灌溉、防洪、发展渔业等综合利用效益。其中一期工程装机容量3*45MW，安装三台混流式水轮发电机组，1975年建成投产。二期工程装机容量2*45MW，安装2台混流式水轮发电机组，2000年建成投产。机组的制动方式采用常规的阀门管路结构已使用38年，在发电机组高自动化程度运作的时代，我厂制动系统逐渐暴露出自动化程度低、设备老化、制动效率低下等问题，严重影响了机组安全稳定的运行。因此对2号发电机制动系统及其管路进行更换改造。

1 实施背景

石泉水力发电厂2号发电机制动器于1974年投入使用，制动系统控制依然采用老式的人工操作阀门管路的方法，过多的人工操作增加了运行人员的工作负担同时易造成值班员误操作。系统多年来从未进行过任何技改、更换等工作。尤其在近几年的运行过程中常出现撤压后风闸不能完全复位的情况，检修人员需进入风洞对每个风闸的行程开关进行检查一一排除，加大了维护工作量，不便于检修人员的维护工作。对机组的安全稳定运行和正常开停机产生较严重的影响。

2012年12月2号机组大修对原制动柜进行了技术改造，设计了新的制动系统及控制回路，新制动系统具有自动化程度高、可靠性高、手动操作简单等优点，投运以来零缺陷。

2 风闸制动系统控制回路组成和原理

2.1 风闸制动控制盘的组成

风闸集成控制装置、PLC模块、输入输出模块、霍尔测速装置、齿盘测速装置、中间继电器、压力变送器等。

2.2 风闸集成控制装置

SY11风闸控制装置把新型手动阀和电磁空气阀集中安装在一块集成板上，实现机组手、自动制动停机。SY11风闸控制装置主要由两个进口手柄阀SF1、SF2、一个进口的立式电磁空气阀AKF以及一块集成块组成，集成块的基础上还可以增设压力监测显示模块及过滤器。其示意图如图1所示，工作原理图如图2所示。

2.2.1 风闸控制装置下方有四个接口，分别为：P口接气源，A口为加闸口，B为反冲口，O口为排气口，根据接口定义连接气路。

2.2.2 风闸控制装置的上方，有两个A口的加闸压力测量口（YA、YA′）及两个B口反冲压力测量口（YB、YB′），可以接压力表及压力变送器等压力测量装置（接口均为G1/2”），压力测量口已经用G1/2”内六角堵头封堵，使用时旋开即可使用。

2.3 风闸制动控制回路的工作模式

风闸控制装置分为自动模式和电手动模式及手动模式，自动模式又分自动加闸刹车和自动反冲复位，手动模式分为手动加闸刹车和手动反冲复位。

2.3.1 自动模式：将手柄阀SF1转到自动位置，手柄阀SF2转到切除位，控制柜上SA1转换开关切至自动位置风闸控制装置进入自动操作模式。

a.自动加闸：电磁阀AKF左线圈通电，实现自动加闸刹车。

b.自动反冲：电磁阀AKF右线圈通电，实现自动反冲复位。

2.3.2 电手动模式：将手柄阀SF1转到自动位置，手柄阀SF2转到切除位，控制柜上SA1转换开关切至自动手动位置风闸控制装置进入电手动操作模式。

a.电手动加闸：按下加闸按钮，PLC模块接收到加闸令后，立即动作实现加闸刹车。

b.电手动反冲：按下反冲按钮，PLC模块接收到反冲令后，立即动作实现反冲复位。

2.3.3 手动模式：将手柄阀SF1转至手动位置，通过控制手柄阀SF2，即实现风闸控制装置的机械手动操作模式。

a.手动加闸：手柄阀SF2转到刹车（加闸）位置，可实现手动加闸刹车。

b.手动撤闸：手柄阀SF2转到复位（反冲）位置，可实现手动反冲复位。

2.4 风闸控制回路原理

2.4.1 控制回路机械原理：风闸动作信号接点由行程开关完成，行程开关被

固定安装在制动器支架上，制动风闸闸体上安装固定刚性拨条，拨条随风闸闸体的动作而上下移动。在拨条动作到某个固定位置时，触动行程开关操作触头，行程开关内部常开接点闭合，常关接点断开，当拨条离开固定为，行程开关操作触头复归，内部接点常开接点打开，常闭接点闭合，从而实现制动风闸实际位置信号由机械信号向电气信号的转变。

2.4.2 风闸电气控制回路原理：风闸控制投自动，正常情况下，停机过程中，机组转速下降至25%（12.5Hz）时，监控系统LCU发令投入风闸（电制动退出情况下）制动，加闸控制装置加闸指示灯点亮，刹车块加闸到位指示灯点亮；当机组转速下降至5%时（2.5Hz），经延时后（延时时间取决于机组转子由5%转速到停止时间），监控系统发令撤除风闸制动并反冲，加闸控制装置反冲指示灯点亮，风闸下降到位后指示灯亮，制动过程结束。

风闸控制投自动，异常情况下，机组LCU单元PLC退出运行，常规水机保护动作停机，在机组转速下降到25%时发出投入风闸制动令，加闸控制装置加闸指示灯点亮，刹车块加闸到位指示灯点亮，一直到机组完全停下来，风闸的撤除及反冲必须手动进行。

风闸控制另设有电手动、纯手动控制功能。电手动控制时，将控制把手置手动，按加闸按钮即可实现风闸加闸，再次按加闸按钮即可实现风闸撤除；风闸撤除后按反冲按钮即可实现风闸反冲，再次按反冲按钮即可实现风闸反冲撤除。为防止机组运行中人为误加闸和停机过程中高转速加闸，回路中接入了转速控制，只有机组转速在25%以下，才能实施电手动加闸！所有电控功能失效后，可对风闸实施纯手动控制：将手柄阀SF1转到手动位置，手柄阀SF2转到刹车（加闸）位置，可实现纯手动加闸刹车；手柄阀SF2转到复位（反冲）位置，可实现风闸纯手动反冲复位。

在测量转速的过程中，转速测量的准确性和可靠性非常重要，装置测量的误差、误动会造成制動环的磨损甚至造成机组停机。我们选取了CIP31型和CIP21型两套可编程微机测速装置，安装于风闸制动控制盘便于观察机组转速。（原转速装置安装于钟罩内，不便于值班人员及维护人员的观察。）

CIP31型测速装置测量探头安装于发电机水车室，采用霍尔测速信号送至装置。CIP21型测速装置测量探头安装于钟罩内采用齿盘测速信号送至装置。此测速装置以PLC作为核心控制元件，是集测量、显示、输出和控制于一体的高性能转速测量装置。采用交流、直流双电源供电，可实现无间断电源切换。具有多种工作模式可供选择设定，还有10对接点输出，同时装置采用触摸屏全中文人机界面显示操作，方便使用。两套测速装置使用更加确保了机组转速测量的准确性和可靠性。

为确保过转速事故停机时，采集的转速点一定要准确可靠，不能误动时，采取了“三选二”的方发，即当转速达140%时，只要齿盘测速和霍尔测速、残压测速其中任何两个测速装置检测到转速达到140%即监控系统发停机令加闸，确保了机组安全稳定的运行。