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摘 要：青溪水电厂排水系统的水泵控制系统原设计采用旧式常规电动机控制系统，投入运行后多次出现故障，存在许多安全隐患。为确保该系统的安全运行进行了技术改造，以软启动器代替原电动机接触器，以可编程控制器取代常规的继电器，增加了水位信号系统。改造后的排水控制系统具有以下功能：可根据水位和运行要求自动起动、停运排水泵；可根据运行要求灵活切换排水泵的工作方式；提供过载、欠载、缺相和电压不平衡保护；现场显示运行状态，实现智能化监控。改造后系统运行情况良好，消除了输水管道的水锤现象和电动机起动时的冲击电流，减少了电动机的起动电流和检修维护工作量。该项技术还可推广应用于水电厂其它辅机设备或其它领域的自动控制中。
关键词：自动控制技术；智能化；排水系统；软启动器；可编程控制器
青溪水电厂装机容量4×36 MW，属低水头河床式电厂，水库特性为日调节，设计水头20.5m，梯级运行年发电量0.433 TWh。厂排水系统装设了4台检修渗漏深井泵和2台厂前区排水泵，分别担负机组检修渗漏排水和厂房渗漏排水的任务。各水泵的主要技术参数如表1。 （图片） 1 排水泵控制系统存在的问题
青溪水电厂排水系统的水泵控制系统原采用常规继电控制，维护工作量大且可靠性不高，自动化水平低，不能满足电厂无人值班(少人值守)的要求；另外，水泵电动机起动采用全电压直接起动方式，起动时产生很大的冲击电流(达4～7倍额定电流)，有可能危及电气设备、机械传动和输水管道的安全运行，甚至会影响厂用电系统的正常运行。具体表现在：
a) 对电气设备的影响。以厂前区排水泵为例，单台水泵电动机起动时最大冲击电流可达1.4 kA，在正常的起、停操作中曾多次出现接触器等电气设备故障的现象，使经常性的维修工作量增大。
b) 对传动机械的影响。起动水泵电动机所产生的冲击电流可转化为冲击转矩，冲击转矩影响水泵传动机械的使用寿命，甚至造成损坏。青溪水电厂检修渗漏深井泵在运行中多次发生传动部件被卡和水泵叶轮断裂的故障，究其原因，都与冲击转矩的影响有关。
c) 对输水管道的影响。水泵突然起、停时会引起输水管道内水压波动，极端情况下有可能产生破坏力极大的水锤现象，危及逆止阀和输水管道的安全。青溪水电厂曾发生过逆止阀阀体受水锤冲击而振裂的故障。
d) 对厂用电负荷的影响。首先，由于水泵电动机功率较大并在厂用电负荷中占较大的比重，起动时产生很大的冲击电流，造成厂用电电压瞬时降低，影响其它厂用电负荷的正常运行；其次，由于水泵电动机发生故障时常规继电控制不能及时可靠地切除电源，对厂用电负荷的正常运行构成直接威胁。
2 软起动智能控制系统的技术特点
20世纪90年代出现的电动机软起动智能控制系统可以较好地解决上述问题。青溪水电厂按“无人值班(少人值守)”的技术要求，将集水井排水的水泵控制系统改造为电动机软起动智能控制系统。现以检修渗漏深井泵控制系统(技改后电气主回路如图1所示)为例，说明软起动智能控制系统主要技术特点和应用情况。（图片） 2.1软启动器
用施耐德电气公司ATS46C25N型软启动器代替原电动机接触器控制元件。软启动器采用相控斩波原理，电动机电压受到斩波器的控制，每相当中的斩波器为2只晶体闸流管，对电网电压进行连续的斩波，使启动器具有大转矩输出和频繁启停的能力。电流互感器时刻监测电动机电流以实现电动机起动过程的恒流控制，并作为电动机各种运行和保护的控制依据。采用转矩控制起动，即通过调整启动时间ts(1～60 s)来改变加速力矩的斜率，以实现电动机由小到大线性无阶跃式平滑起动，延长机械设备的使用寿命，减小对传动元件的机械冲击。当软启动器应用于水泵控制系统时，可以消除水锤现象。由此，减少了设备的检修时间，延长了设备的平均寿命，同时降低电动机起动时对电网的冲击，是较优的重载起动方式。此外，软启动器不仅能提供过载保护，而且能提供各种操作故障状态下的保护，诸如输入(或输出)缺相、电动机堵转和晶体闸流管短路等故障保护。它的缺点是起动时间较长。
2.2可编程控制器
软起动智能控制系统采用可编程控制器(PLC)控制。PLC是在继电器控制和计算机控制的基础上，以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术和通信技术融为一体的自动控制装置。如图2所示，其输入设备和输出设备与原常规继电控制系统相同，直接接到PLC输入和输出端；控制程序是通过一个编程器写到PLC的程序存储器中的。运行时依次读取并执行程序存储器中的程序，接通输出设备控制被控对象，同时可实现与计算机监控系统的链接。（图片） 青溪水电厂选用Keyo公司的SU5型可编程控制器，以可编程控制取代常规的继电控制，通过软件的设计(集水井排水系统自动起动程序如图3所示)实现智能化运行。选用进口的水位计等基础元件，同时在水位检测环节设计了2套独立的水位信号系统，2组水位信号通过或门运算控制排水系统，提高了运行可靠性，以满足不同运行方式下对排水控制系统的不同要求。（图片） 软起动智能控制系统的运行情况
2003年的年初，排水系统电动机软起动智能控制系统投入运行，从运行情况看效果良好，较好地解决了原控制系统存在的问题。表2对改造前后排水系统电动机的起、停情况进行了比较。（图片） 技改后的排水控制系统具有以下功能和特点：
a) 能可靠地根据集水井的水位高低和运行的要求自动起动、停运排水泵；
b) 可以根据运行的要求，对排水泵的工作方式进行灵活的手动或自动循环切换；
c) 通过微处理技术来实现排水泵电动机的保护，有过载保护、欠载保护、缺相及电压不平衡保护，当水泵有故障时能可靠地停泵并退出运行；
d) 集水井排水系统的运行状态可以在现场显示，同时也能通过软件实现智能控制系统与计算机监控系统的连接，加强了运行的监控功能；
e) 接线、编程简单，使用方便、可靠，减少了检修维护的工作量。
4结束语
软起动智能控制系统是集电力电子技术、微处理技术和现代自动控制理论于一体的新型电动机智能控制系统，在青溪水电厂集水井排水系统的应用中取得了很好的效果，大大提高了集水井排水系统的自动化水平和运行可靠性，达到了水电厂实施无人值班(少人值守)的技术标准，为实现“创一流”目标创造了条件。该系统也可在水电厂其它辅机设备(如油、气系统及闸门控制系统等设备)和其它控制领域推广应用。
4/19/2005
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