黑麋峰抽水蓄能电厂直流高压顶轴油泵改造探讨

陈　淼，张　俊

（湖南五凌电力工程有限公司，湖南 长沙 410004）

黑麋峰抽水蓄能电厂直流高压顶轴油泵改造探讨

陈淼，张俊

（湖南五凌电力工程有限公司，湖南 长沙 410004）

摘要：黑麋峰抽水蓄能电厂每台机组配置2台高压顶轴油泵(以下简称高顶油泵)，油泵流量为：15 L/m in，配套电机功率为：16 kW，供电方式为三相交流380 V，正常工作时1台油泵工作，另1台备用，由PLC控制自动切换，电源取自电厂厂用400 V系统，在极端情况下，2台高顶油泵电源均消失，如机组当时正在停机，高顶油泵不能启动，将会对推力瓦造成损伤，此种情况不满足抽水蓄能设计导则第11.2.10条款要求,故黑麋峰抽水蓄能电厂需增装一台由直流电源供电的高顶油泵，电源取自主厂房直流系统，当厂用交流电源失电时，直流供电的高顶油泵仍可以正常启动，有效保障机组安全稳定运行。本文介绍了黑麋峰抽水蓄能电厂高顶油泵改造中直流电机及油泵选型，直流斩波器在系统中的应用，以及整套系统的建立调试等过程，调试结果满足使用需求，达到了预期效果。

关键词：直流电机；系统方案；软启动

1　引言

高顶油泵在发电机启动、停机或盘车期间，用于向发电机转子轴承提供高压油，将转子顶起一极小间隙，使润滑油能顺利进入间隙形成油膜，避免轴承发生干摩擦而受损。高顶油泵在机组运行中启动的次数和时间并不多，但是对于机组的安全运行却有着不可忽视的重要作用，运行中必须充分保证高顶油泵的可靠性。因此，需要一台直流高顶油泵作为备用，在发电厂厂用交流电出现故障时启动。

2　主设备选型

2.1油泵选型

黑麋峰抽水蓄能电厂高顶油系统设计压力为20MPa，设计流量为15 L/min，为保障油泵性能，选取力士乐油泵，根据技术需求：油泵压力大于20MPa，油泵流量为15 L/min，参考力士乐油泵工程指南[1]，规格型号表（见表1）、技术数据表（见表2），我们最终选取公称规格为11的型号为PGH3-2X/011RE07V/U2油泵。

表1　力士乐油泵规格型号

表2　力士乐油泵技术参数

1）在n=1450 r/m in和p=10bar,v=46mm2/s时测率；2）最大10 s，不超过负荷周期的50%；3）泵工作时的最佳粘度范围25~100mm2/s；4）注意！压力峰值不能超过此值！5）注意！当使用此特别工作介质时会有部分限制！

2.2直流电机选型

根据油泵型号以及参数确定直流电机参数，根据工程指南，单个泵的驱动转矩[1]可计算如下：

液压-机械

2.3启动控制器选型

对于电机的启停控制方式选取，基于目前发电厂多数采用传统装置，其原理是以切换电阻的方式控制直流油泵电机的启停。该控制在电阻切换时会对直流电源和电机产生较大的浪涌电流冲击[3]。这不仅会影响直流电机的寿命。而且会对继电保护系统产生较大影响，严重时将造成继电保护和自动装置误动作，酿成事故。另外，在油泵电机停机时。采用接触器来断开直流电机的电源，电机的感性负载会引起接触器触头之间严重的燃弧。由于电弧持续时间较长，造成触头烧损严重或被烧毁粘结，维修工作量大，可靠性很低，因此我们此次改造要应用直流电机的平滑软启和软停的方式，即采用全控型IGBT模块[4]和PWM控制技术[5]的软启动控制器。

根据电机参数，我们选择HC-220/100A-R的软启动控制器，该型软启动控制器采用国际最先进的电力电子器件IGBT大功率模块作为主功率开关，控制原理如图1所示，调压范围在0~220 V之间，可实现转速从零起调，另外该控制器具备过热、限流、异常欠压等保护功能，可以满足现场使用需求。

图1　软启动控制器控制原理图

3　施工过程

3.1直流油泵控制柜安装

（1）在原2台交流的右侧安装直流油泵控制箱。控制箱侧面进出线，与电缆桥架接近，使进出线美观。控制箱内元器件布局合理，各接线端子均检查紧固，元器件均经检查正常。

（2）直流油泵控制箱上设有：直流进线电源电压表，直流电机电压、电流表、DC220V电机电源指示灯、控制电源DC24V电源指示灯、直流油泵运行、退出和故障指示灯，并设有直流油泵的手动、自动、切除选择开关，手动状态时的投入/切除开关。

3.2油泵支架及油泵安装

（1）在原2台交流的左侧安装直流油泵支架，直流油泵支架尺寸和颜色与原油泵支架一致。为确保长期安全稳定，支架背板用膨胀螺栓固定在墙上，底面用支脚固定在地面上。

（2）在油泵支架四周搭设简易脚手架，使用手拉葫芦将电机安装至支架上。

（3）校正泵轴和电机轴的同心度。在联轴器外圆上，允许偏差0.1mm；2联轴器平面的间隙应保证2～4mm（小泵取小值），间隙要均匀，允差0.3mm，接好进出油管路。

3.3油路改造

（1）如图2所示，在原进油管上接一个三通，将进油管接至直流油泵的直通阀，再由直通阀接入直流油泵吸油口，直流油泵出油管与原出油管相连，所选接头、管路满足额定压力等级。连接方式均采用卡扣式连接，螺纹连接处均涂抹管螺纹胶。

图2　管路改造图

（2）管路经打压、保压试验合格后，将管路进行清洗，清洗干净后装复，装复前将管路与油泵内空气排净。

3.4电源及控制部分改造

（1）从电厂交直流控制电源分屏柜备用开关引入220 V直流电源给直流电机供电。核对备用开关容量，确保备用开关满足使用需求，其中电机电源与控制柜电源分别取自两段直流母排，以确保系统安全运行。

（2）发电机高压顶起油泵正常工作状态下，原1、2号高压顶起油泵轮值运行，直流油泵作为后备油泵。在1、2号油泵故障退出时，投入直流油泵工作。

（3）自动控制模式下，油泵的选择、投入和退出由原交流高压顶起油泵控制柜中的PLC完成，控制程序重新编程，加入直流油泵控制程序。新加入控制程序如图3所示，改造后程序只在原程序添加了MP3-RUN线圈，其余添加程序均在新增程序段DC-MOTOR中，此处添加MP3-RUN线圈是为了实现当直流泵启动时，发出停止2台交流泵命令，防止直流泵运行过程中，交流泵因为故障消除而启动。当2台交流泵均故障时，直流泵启动；停机条件（远程停机/转速/故障）满足时停止。在启动失败的情况下，若启动主泵，（FBI-7）11 s之后，压力信号%M133仍没有动作，则判定主泵启动失败，启动备泵。当主泵启动失败，（FBI-33）10 s之后压力信号M133仍没有动作，则判定备泵启动失败，启动直流泵，直流泵启动（FBI-34）12 s之后压力信号M133仍没动作，则判定直流泵启动失败，停止直流泵。

图3　直流油泵控制程序

整体安装完成后如图4、图5所示。

图4　安装前

图5　安装后

3.5系统调试

3.5.1手动模式打压试验

试验过程：首先手动开启直流油泵，观察电流，电压、压力等初始数据，试验数据如表3：

表3　电机启动各测得数据

试验结果及分析：油泵手动启动过程中，电机运行正常，油泵工作正常，管道密封完好。各辅机动作正常，系统转动部件与静止部件之间无异常，通过2次启动所测电压、电流以及压力数据可得知电机启动平稳，对直流系统冲击小，电机运行稳定。如图6、图7机组顶起上抬量数据可以看出新增直流泵与原交流泵顶起量均为6道，直流泵输出压力可满足机组的使用需求，试验整体完成后对系统各部位检查均正常。

3.5.2自动动模式PLC程序逻辑试验

试验过程：

1）手动控制打压试验完毕，随后进行PLC程序逻辑试验。

2）模拟1号、2号交流泵故障，顺利启动直流泵。

图6　交流泵启动时机组顶起上抬量

图7　直流泵启动时机组顶起上抬量

3）模拟1号、2号交流泵启动失败，顺利启动直流泵。

4）模拟直流泵故障，顺利停止直流泵。

试验结果及分析：PLC程序逻辑测试过程中，各动作流程准确，继电器响应及时准确，逻辑正确。电路无任何异常。

4　结束语

本次改造有效解决了黑麋峰抽水蓄能电厂一直以来无直流高顶油泵作备用保障的问题，改造后提高了机组运行安全性以及可靠性，希望本项改造实践能为同行提供参考。此次改造还有一些遗留问题亟待解决，例如：黑麋峰抽水蓄能电厂2台交流泵互为备用，在PLC逻辑中，当1号交流泵故障判定成功11 s后2号交流泵启动，但2号泵如也发生故障，则新增直流泵须等到1号、2号泵均判定故障后10 s方可启动，此时启动时间超过20 s，对于紧急停机情况此判定时间过长，因此尚需向原设计单位征求意见，能否修改时间定值，如何修改等问题。

参考文献：

[1]Kinamatic Direct Current M otors[EB/OL].www.gemotors. com,800-541-7191.

[2]刘锦波，张承慧.电机与拖动[M].北京：清华大学出版社，2005.

[3]李先允.电力电子技术[M].中国电力出版社，2006.

[4]谢檬，骆一萍，申忠如.直流润滑油泵软起动控制系统的研制[J].电力电子技术，2010,44(10)：116-118.

中图分类号：TV735

文献标识码：B

文章编号：1672-5387（2015）08-0008-04

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.08.003

收稿日期：2015-05-04

作者简介：陈淼（1988-），男，助理工程师，从事水电厂设备检修与维护工作。