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水力发电 |
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S7-200控制水力发电站油压装置
油压装置在水电厂是重要的水力机械辅助设备，其作用是产生并贮存高压油，是机组启动，停止，调节出力之能源。若水轮机蜗壳进口之前设有蝴蝶阀，也就是蝴蝶阀的操作能源。压力油槽油压事故降低时，水轮发电机组将危险地失控，应有防护措施。
油压装置应满足下列要求：
1），水轮机组在正常运行或在故障情况下，均应保证有足够的压力油量供机组及蝴蝶阀操作之用，应考虑到在厂用电消失时有一定的能源储备。此要求可以选择足够的压力油槽容积与适当的控制程序来解决。
2），不论水力机组处于运行还是停机状态 ，油压装置均应处于准备工作状态，亦即油压装置的自动控制是独立进行的，由于本身条件---压力油槽中油压信号实现自动化的。
3），在水力机组操作过程中，油压装置的投入是自动进行的，不需要值班人员的参与。具体的说，当压力油槽压到达下限（如3.75MPa）时，启动工作螺杆油浆补油， 压力提升至油压额定值（如4.00MPa）时，停止工作油浆。
4），油压装置应设有备用的油浆电动机组，当工作螺杆油浆发生故障或者操作用油量急剧增长而造成压力油槽油压过低（如3.60MPa）时，启动备用螺杆油浆补油，压力提升至油压额定值（如4.00MPa）时，停止备用油浆，压力油槽油压过低要备用油浆投入时，应发出报警信号。
5），当油压装置发生各种罕见故障而造成压力油槽油压下降至事故低油压，（如2.70MPa）时，应迫使水轮发电机组事故停机，事故停机时应发出报警信号（在主机控制程序中也应考虑）。注意，这里启动主机事故停机之压油槽事故低油压值的整定，应比可操作水轮机组的最小油压值大出一定量值，确保水轮导叶在油压“崩溃”，前能够全关，另外负曲线率导叶的采用有利于这一问题的改善。
6）油压装置压力油槽应选择合适的油气体积比K，经验证明一般取1：2，因为：
K值增大时，由于操作放出等体积的油量后会造成压力油槽油压更大下降。今设压力油槽容积为V，，其中油占：KV/(1+K)，气体占V/(1+K),又设P,(P-△P)是放出△P体积油量前后的压力油槽油压，代入博伊尔定律：PV/(1+K)=(P-△P){V/（1+K）+△V}, 从而,△P=P*△V/{V/(1+K)+ △V},显然K越大，△P将越大，另外一方面，K太小，将没有足够的压力油量，此处和结合第一点考虑，在油压装置运行当中，由于微量气体不断地“溶于油中（溶解速度与油压成正比），较长时间后会造成K值增大，为此我们引用高压空气自动实行缺失补气（因为相对“干燥”，可考虑多级压力供气）。具体地说，当压力油槽油位上升至34%刻度，并且油压下降至3.95MPa时，打开可控气阀向压力油槽补气。当油压上升至4.05MPa，或者压力油槽油位降至31%刻度时，关闭可控气阀停止补气。
7），“补油”与”补气”,两个互相连锁，即“补油”时不“补气”，补气时不补油。
8），为使得“工作油浆”和“备用油浆”的总运行时间不致相差悬殊，引入“轮岗”思想，考虑到工作油浆运行次数多于备用油浆运行次数达88次后，轮换“工作油浆”与“备用油浆”此可巧妙利用西门子SWAP指令实现。
PLC控制系统的硬件设计
系统控制两台补油螺杆油浆电动机组（一台工作1台备用），1只补气电磁阀（其ZT电磁铁有开启和关闭2个线圈，可不带电工作），1只油压过低报警指示灯，1只油压事故低报警指示灯。系统有1个压力油槽油压测量输入点（模拟量输入），1个压力油槽油位测量出入点（模拟量输入）,1个启动按钮SB1的输入（数字量），1个停止按钮SB2的输入（数字量），2个补油油浆电动机组的输出（数字量），1个补气电磁阀开启线圈的输出（数字量）,1个补气电磁阀关闭线圈的输出（数字量），1个油压过低报警指示灯的输出（数字量），1个油压事故低报警指示灯的输出（数字量）。
合计整个系统需要开关量输入2点，数字量输出6点，模拟量输入2点。
因此：选用CPU222（8点数字量输入/6点数字量输出），模拟量模块选用EM231(4点输入)
压力变送器：选择国产AK-4型量程5MPa，输出信号4-20mA，输出接口为RS485的压力变送器2只（1只投入运行，1只作物理量备用）
油位传感器：承压油位传感器1只（如MSL-A隔离式液位变送器，采用进口高品质的隔离膜片的敏感组件加放大器，输出4-20mA二线制标准信号，封装于不锈钢外壳中）。
PLC控制系统的程序设计
1， 压力油罐压力测量与转换
当测得压力油罐压力到量程顶值5MPa时，AK-4型压力变送器的电流为20mA，AIW0的数值约为：32767.每毫安对应的A/D值约为32767/20，测得压力为0.1MPa时，AK-4型压力变送器的电流应为0.4mA，A/D值约为（32767/20）*0.4=655.34.被测压力为0.1-5MPa时，AIW0的对应数值约为655.34-32767，由此得出1KPa对应的A/D值大约为（32767-655.34）/(500-100)=6.55,由此得出AIW0的数值转换为实际压力值（单位kPa）的计算公式：
VW0的值={（AIW0-655.3）/655}*100+100
2,控制程序流程
程序简单说明：
启动油压装置后，把1和0分别传送给VB2000和VB2001，如遇停止信号则切断1#，2#油浆电动机组的电源，并关闭补气电磁阀。初始化时把“补气”油压上限值，“补油”油压上限值，“补气”油压下限值，“补油”，油压下限，“补油”油压过低值，事故油压值，罐内31%油位刻度值，罐内34%油位刻度值送入各自存储区。读取压力油槽油压与油位，若油压低于“补油”油压下限值，置位“工作油浆”投入标志，若油压低于“补油”油压过低值，置位“备用油浆”投入标志，V2000.0=1时，1#油浆机组为“工作”。2#油浆机组为“备用”。V2001.0=1时2#油浆机组为:“工作”，1#油浆机组为“备用”。若1#油浆机组工作次数比2#油浆机组“备用”次数多88，交换V2000.0与V2001.0内容，实现“工作”，“备用”轮岗，即转为1#油浆机组“备用”，2#油浆机组“工作”。若2#油浆机组“工作”次数比1#油浆机组“备用”次数多88，再交换V2000.0与V2001.0，再度实现“工作”，“备用”轮岗，油压过低，由Q0.4报警，低油压事故，由V500.0迫使水轮机组停机，并由Q0.5报警。油位高于上限，并且油压低于“补气”油压下限时，由Q0.2开启电磁补气阀，油位低于下限或者油位高于“补气”油压上限时，由Q0.3关闭电磁补气阀。
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