雙位置繼電器在循環(huán)油泵控制中的應(yīng)用

李賀寶，劉殿興，武海鑫

（國網(wǎng)新源控股有限公司北京十三陵蓄能電廠，北京102200）

1 引言

北京十三陵抽水蓄能電廠位于北京昌平十三陵水庫旁，距離市區(qū)30余km，是國家八五計劃的重點工程，也是首都“9511”重點工程之一。電廠1990年籌建，1997年7月4臺機組全部并網(wǎng)發(fā)電。十三陵電廠機組為4臺200 MW可逆式抽水蓄能機組，全部具有黑啟動功能，是首都電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻和緊急事故備用的重要電源。

十三陵電廠機組為半傘式結(jié)構(gòu)，額定轉(zhuǎn)速500 r/min，瞬時飛逸轉(zhuǎn)速725 r/min。機組軸承系統(tǒng)分為上部導(dǎo)軸承、推力/下部導(dǎo)軸承和水輪機導(dǎo)軸承3部分，3部導(dǎo)軸承油循環(huán)系統(tǒng)均采用體外強迫循環(huán)，遠方自動循環(huán)油泵啟停。在機組長時間的運行過程中，考慮到循環(huán)油泵控制系統(tǒng)故障或是失電可能造成油泵停運的風(fēng)險，為保證機組的安全穩(wěn)定運行，對循環(huán)油泵控制系統(tǒng)進行了升級改造。

2 系統(tǒng)介紹

2.1 軸承系統(tǒng)介紹

十三陵電廠水泵水輪機軸承系統(tǒng)分為上部導(dǎo)軸承、推力/下部導(dǎo)軸承和水輪機導(dǎo)軸承3部分，3部導(dǎo)軸承油循環(huán)系統(tǒng)均采用體外強迫循環(huán)。每部導(dǎo)軸承油循環(huán)系統(tǒng)都是由導(dǎo)瓦、油盆、溫度及油位測量報警元件、冷卻外循環(huán)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。各部軸承油循環(huán)系統(tǒng)都設(shè)置2臺油泵，一臺油泵主泵，一臺油泵備用，并能隨時切換，當(dāng)主油泵運行油流量不滿足時，控制系統(tǒng)自動控制備用油泵啟動。

2.2 油泵控制系統(tǒng)介紹

軸承油泵控制系統(tǒng)是由電源、PLC、輸出輸入模塊、繼電器組成，電源采取冗余配置。當(dāng)油泵控制系統(tǒng)收到監(jiān)控系統(tǒng)啟泵命令后，通過繼電器控制3部導(dǎo)軸承系統(tǒng)主油泵啟動，控制系統(tǒng)判斷油流量和軸承室中油位是否滿足，將判斷信號傳送給監(jiān)控系統(tǒng)決定是否進行之后的啟機流程。

2.3 油泵控制系統(tǒng)改造背景

軸承油泵控制柜內(nèi)關(guān)于油泵啟停控制部分其改造前使用的執(zhí)行繼電器為中間繼電器?？刂葡到y(tǒng)收到監(jiān)控系統(tǒng)啟動油泵命令，PLC通過輸出模塊使中間繼電器勵磁，從而使軸承油泵啟動，并在程序內(nèi)部進行閉鎖，油泵的內(nèi)部控制邏輯如下頁圖1所示。

通過圖1可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)監(jiān)控發(fā)出起泵命令后，%I1.0閉合，通過PLC的輸出模塊使中間繼電器K001勵磁，循環(huán)油泵得電運行。在循環(huán)油泵運行過程中，K001繼電器需要一直處于勵磁狀態(tài)，此時一旦控制系統(tǒng)故障或是失電，可能造成輸出模塊失電，中間繼電器K001便會失磁斷開，軸承循環(huán)油泵失去電源停止運行。十三陵電廠機組正常運行時轉(zhuǎn)速高達500 r/min，如果循環(huán)油泵停止將導(dǎo)致各部軸承瓦溫迅速升高，使機組跳機停運，更嚴重則會燒毀導(dǎo)瓦。

至此我們可以看出，油泵現(xiàn)有的控制方式雖然簡單直接，但其安全穩(wěn)定性較低，因此決定對油泵的控制方式進行升級改造。

圖1 油泵的控制邏輯

3 油泵控制改造方案

雙位置繼電器應(yīng)用廣泛成熟且具有自保持功能，即使勵磁線圈失電繼電器會保持當(dāng)前狀態(tài)不動作，油泵供電回路不會斷開，當(dāng)控制系統(tǒng)恢復(fù)正常后，雙位置繼電器恢復(fù)通斷功能。鑒于以上優(yōu)點本次油泵控制方式升級改造采用雙位置繼電器。

3.1 雙位置繼電器工作原理簡介

雙位置繼電器顧名思義就是它有2個可控位置，這2個位置各自均可實現(xiàn)自保持。一般雙位置繼電器由2個電磁鐵及1塊銜鐵組成閉合磁路，銜鐵一端有彈片限制其位置。當(dāng)合閘線圈通電時，銜鐵克服彈片的反作用力進行動作。當(dāng)合閘線圈斷電時，由于彈片限制作用，銜鐵仍處于合閘位置。只有當(dāng)跳閘線圈通電時，銜鐵才會克服彈片的限制作用力被吸向跳閘位置。同理，當(dāng)跳閘線圈斷電時，由于彈片的作用，銜鐵仍會處于跳閘位置。至此，雙位置繼電器依托機械原理實現(xiàn)雙位置切換并自保持，從而在控制流程上實現(xiàn)閉鎖功能。

圖2為雙位置繼電器工作原理圖。

圖2中常開點為線圈I的輔助觸點，常閉點為線圈II的輔助觸點。線圈I串聯(lián)了一個線圈II的常閉接點、同樣線圈II串聯(lián)了線圈I的常開接點。只要線圈I通電，I的輔助觸點即刻由常開變?yōu)槌ｉ]，同時II的輔助觸點由常閉變?yōu)槌ｉ_。這時線圈I斷電，由于彈片作用線圈I會自保持，不受外部影響，只有當(dāng)線圈II帶電時輔助觸點的位置才會反轉(zhuǎn)過來。

圖2 雙位置繼電器工作原理示意圖

3.2 油泵控制改造內(nèi)容

將控制循環(huán)油泵啟停的中間繼電器K001更換為雙位置繼電器，根據(jù)油泵電機容量，本改造方案選用SIEMENS的3RH1440-1BB40雙位置繼電器。更換后的雙位置繼電器K001由2個中間繼電器控制，即循環(huán)油泵啟動命令繼電器K01和循環(huán)油泵停止命令繼電器K045。

PLC內(nèi)部控制程序中循環(huán)油泵啟的動作命令仍由%Q2.0輸出，增加油泵停止命令由%Q2.6輸出，循環(huán)油泵運行自保持程序取消。

圖3是改造后油泵控制邏輯圖。

圖3 改造后油泵控制邏輯圖

當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出起泵命令后，%I1.0閉合，通過PLC的輸出模塊（%Q2.0）使中間繼電器K01勵磁，雙位置繼電器K001線圈I通過K01的輔助觸點得電勵磁，循壞油泵啟動運行。中間繼電器K01失電，雙位置繼電器K001為機械自保持，循環(huán)油泵正常運行。當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出停泵命令后，%I1.1閉合，通過PLC的輸出模塊（%Q2.6）使中間繼電器K045勵磁，雙位置繼電器K001線圈II通過K045的輔助觸點得電勵磁，K001線圈I輔助觸點分開，循環(huán)油泵斷電停止運行。

4 改造升級后試驗方案

遠方啟動循環(huán)油泵，檢查各部導(dǎo)軸承油流量正常?，F(xiàn)地拉開循環(huán)油泵控制柜內(nèi)電源開關(guān)QF02，QF03，使控制系統(tǒng)失電。雙位置繼電器K001保持當(dāng)前狀態(tài)不動作，循環(huán)油泵運轉(zhuǎn)正常，各部導(dǎo)軸承油流量正常。恢復(fù)循環(huán)油泵控制系統(tǒng)電源，遠方停止循環(huán)油泵，雙位置繼電器K001復(fù)位，循環(huán)油泵停止。至此得出結(jié)論，當(dāng)現(xiàn)場出現(xiàn)突發(fā)情況導(dǎo)致控制系統(tǒng)失電無法正常工作時，依靠雙位置繼電器機械自保持特性，所控循環(huán)油泵可正常運轉(zhuǎn)，從而保障了機組的正常運行。

5 結(jié)束語

通過中間繼電器勵磁程序自保持的油泵控制方式可靠性低，外界因素干擾大，一旦循環(huán)油泵停運，將會給機組造成巨大傷害并帶來巨額經(jīng)濟損失。循環(huán)油泵控制方式改為雙位置繼電器控制后，因雙位置繼電器為機械式自保持，即使控制柜故障或是失電，循環(huán)油泵繼續(xù)運行，提高了機組運行的穩(wěn)定性，為機組安全運行提供了有力保障。