關鍵詞：技術改造；自動化元件；選型；葛洲壩水電廠
摘要：水電廠自動化元件的質量優劣直接關係到水電廠的安全執行，也影響著綜合自動化水平的提高。為此，葛洲壩大江電廠對其自動化元件進行不斷改造和優化完善，在優化選型和改造過程中，採用先試驗再推廣的方法，使機組自動化元件在執行中的可靠性和穩定性有了顯著改善，從而大大提高了電廠綜合自動化水平。
葛洲壩大江電廠有14臺單機為125 mw的軸流轉槳式水輪發電機組，主、輔裝置大部分為國產裝置，於2023年6月開始投產執行。由於受當時國內技術條件的限制，機組自動化元件主要是主機廠提供的配套產品。在投產初期，機組自動化元件就暴露出較多的問題，如：
液壓電磁閥可靠性差，頂蓋浮子發卡造成水淹水導軸承事故，電動閥門驅動裝置拒動，高壓油壓力開關整定值易變動等，造成安全事故頻繁，自動化程度很低，主要靠人海戰術來維持安全生產。90年代初期，電廠開始著手對機組自動化元件進行選型試驗和推廣改造，先後對多種自動化元件進行了換型改造。10年多來，對機組自動化元件的不斷優化，使其執行可靠性和穩定性有了顯著改善，大大提高了電廠的綜合自動化水平。
1機組自動1.1
機組的冷卻水系統水源直接取自長江，由於水中帶有大量的泥沙和雜物，使得機組供水系統異常複雜，單台機採用了11臺電動閥門。原電動閥門的驅動裝置力矩偏小，無機械過載保護，執行中經常發生不能電動或機械過載卡死。另外，電動閥門驅動裝置在工藝上無防潮措施，使得電氣迴路經常發生接地，造成電動閥門無法正常執行。
2023年電廠將原技術供水用的1－9df電動閥驅動裝置全部更換為z－60、z－90型閥門電動驅動裝置，該裝置具有力矩大、開關方向均有過載保護、電氣密封效能好、安裝除錯方便等特點。在隨後的幾年中，電廠將水系統濾水器手動排汙閥也更換為z－30型電動閥門，並對14臺機組壓油裝置的主供油閥進行了改造，安裝了驅動裝置。經過近十年的執行考驗，該驅動裝置運**況良好。
1.2電磁配壓閥
最初使用的電磁閥為主機廠配套的df－1型電磁閥,它用於機組液壓油系統和機組制動系統(壓縮空氣),在執行過程中,經常出現掛鉤掛不上、燒接點、燒線圈、漏氣、漏油和發卡拒動現象。90年代初，開始著手對電磁閥進行更換改造試驗，首先選用的是國內產品，雖然**便宜、售後服務及時，但質量不太穩定，在產品製造工藝和質量管理方面存在一些問題，少量採用時情況比較好，一旦大規模投入改造就會出現這樣那樣的問題。為此，2023年開始選用日本ve23／1200二位三通電磁空氣閥，用於風閘上下腔自動排氣控制；隨後選用德國ve40二位四通
電磁配壓閥，用於水系統正反向供水和鎖定的自動控制。這兩種電磁閥均為雙穩態，dc 220v供電，體積小，動作靈敏度高，基本上為免維護產品。目前，電廠已普遍推廣選用進口電磁閥。
壓油裝置的自動補氣問題一直是大型水輪發電機組比較棘手的問題。電廠14臺機組在安裝時設計有自動補氣功能，但由於補氣電磁閥的技術問題,一直未投入自動執行。2023年在10、11號機組上試用了國產b302－2型補氣裝置，通過與計算機監控系統配合，實現了機組自動補氣功能。
該裝置集補氣、排氣、安全保護及自保持電氣控制迴路於一體；電磁閥的體積小、工作壓力高、消耗功率低、動作可靠。但由於電廠機組壓油裝置補氣量過大，該裝置過氣流量相對過小，造成補氣時間很長。2023年又試選用了進口補氣電磁閥，目前正在試驗中。
1.3(1)頂蓋液位訊號器。從前採用的是空心導桿浮球形式，磁浮球隨著液位的變化上下移動，接通導桿內幹簧接點或溼簧接點。
由於所處工作環境惡劣，經常發生接點損壞、浮球發卡，不能正確控制頂蓋幫浦的正常工作。改造前電廠每年至少發生一次水淹水導軸承事故，嚴重時一天之內曾發生2台機水淹水導事故，成為困擾電廠安全生產的難題。2023年電廠選用了國產fwx－43型液位訊號控制器，將頂蓋液位訊號器由頂蓋層移至水導層，工作環境大大改善。
該訊號器由4個浮球與3個磁記憶開關組成，浸在液體中的浮力塊通過不鏽鋼鋼絲繩與上部的磁頭相連。當液位變化時，浮力塊所受浮力將隨之變化，使上部的磁頭隨鋼絲繩一起出現相應位移，其磁記憶接點動作反映相應的液位變化，從而控制頂蓋幫浦的起停或發出水位過高訊號。該訊號器特別適合含泥沙汙物多的環境。
在14臺機組頂蓋液位訊號器改造後，電廠至今未發生過因控制項失靈造成的水淹水導事故。(2)三部軸承液位訊號器。機組的上導、推力、水導三部軸承最初使用國產磁浮子液位訊號器監視油位上下限，由於接點動作不可靠，常拒動或誤動。
後加裝了壓力變送器監視油位，由於變送器採用測量壓力變換為液位的原理，加之三部軸承油位量程範圍小，使測量誤差較大，不能準確反映軸承油位。為了徹底解決這一問題，經多方考察論證，2023年選用德國產品，對14臺機組的三部軸承液位訊號器和壓力變送器進行了改造。上導和推力採用sbmg－25／16／2 m－350型液位訊號器，水導採用tn－65／16／2 m－350型液位訊號器，用於三部軸承油位訊號的**監視與異常報警。
該產品將液位訊號器、壓力變送器和液位指示器三合一，集磁翻板現地液位顯示、感測器變送模擬量輸出和雙軌道外掛程式磁記憶開關為一體。浮球採用了高強度鈦合金全封閉式浮球，浮球活動間隙大，無卡阻且耐磨；開關為磁記憶幹簧接點，其可靠性高，並可根據實際需要任意設定在磁翻板液位計兩側的軌道上，調整極為方便；感測器內電阻鏈由一系列焊接在電路板上的小晶元組成，小晶元整合了1個刻度精確電阻和1個微動幹簧開關，液位變送器能準確將實際液位以4～20 ma電流輸送給計算機監控裝置。該產品特別適合在機組頻繁振動的部位使用。
這些優越的效能是電廠以前使用過的液位計所無法比擬的。因此電廠已在機組壓油裝置集油槽、壓油罐、漏油箱等液體監控部位全面推廣。改進後的該液位訊號器還安裝在頂蓋上，用於準確監視頂蓋水位和控制頂蓋水幫浦。
1.4電廠機組和公用裝置設計之初沒有壓力變送器方面的監視。2023年底隨著計算機監控系統的改造完善，開始加裝壓力變送器。
初期選用國產壓力變送器用於機組各種壓力的監視，由於測量誤差大、損壞率高而遭淘汰。後開始選用美國產ptc500系列各量程壓力變送器和國產843dp－a2i1sk－c壓差變送器，用於機組油水風系統、蝸殼、尾水管等各測點的壓力、負壓及濾水器前後的壓差**監測。這些變送器的加裝完善了機組計算機報表，對裝置的監控力度大大加強，減輕了執行人員的勞動強度。
1.5壓力訊號器
電廠油、氣系統採用的電接點壓力表經常出現粘連、接點被燒壞、測值不准和脹管脫焊噴油等，造成機組低油壓誤動停機。其間，曾經選用國產壓力開關取代電接點壓力表，後因其壓力整定值易漂移而停用。以後選用了美國產psn－0405壓力開關，取代機組風閘上下腔及空氣圍帶充排氣控制水銀接點壓力訊號控制器。
2023年在14、12號兩台機組壓油裝置上採用了美國產9nn－ks－n4－cia－x37i壓力開關，用於油壓保護和油幫浦的控制。這次選用的壓力開關具有定值調整精度高、不變位、調整方便和接點開斷效能可靠的特點，擬在全廠推廣使用。
1.6示流訊號器
用於電廠機組冷卻水系統的示流訊號器有兩種：一種是擋板式，另一種是靶式。經過幾年的執行，靶式示流訊號器明顯優於擋板式示流訊號器。
靶式示流訊號器採用不鏽鋼波紋管密封，具有使用壽命長、維護量小、適應渾水環境等特點。因此，選用了國產靶式示流訊號器，更換了8臺機組48個擋板式示流訊號器，提高了機組冷卻水系統的示流監視能力和開停機成功率。但是，靶式示流訊號器只能判斷水流的通斷，從更高的要求出發，還應增加對水流流量的定量監測。
1.7位移感測器
水輪發電機組調速器採用的是國產位移感測器，在執行過程中感測器存在零點漂移、輸出脈動電壓超標、溫度漂移、輸出線性度差等問題，造成機組負荷波動、協聯不准、達不到滿負荷。2023年初電廠在8、9號機組採用了美國產dct－3000位移感測器，使用效果良好。
1.8轉速訊號器
在轉速訊號器方面，由於原bzx－3和zx－8a型轉速訊號器電晶體元器件急劇老化，造成機組多次誤動停機。2023年電廠選用了gzwzx型微機轉速訊號裝置進行替換。為了避免機組永磁發電機花鍵軸斷裂，影響轉速訊號器的正常工作，2023年還試用了zcp－110型轉速繼電器，其中用齒盤替換了機組永磁發電機，電氣測量部分是高可靠性的可程式設計控制器。
電廠擬在全廠範圍內推廣使用齒盤測速訊號裝置，並與機組rtu改造配套使用。
1.9濾水器
濾水器原設計是旋轉式，設旋轉濾筒清汙。但是，長江水質渾濁、惡劣，汛期時最大含沙量可達10.5 kg／m3 ,並夾帶有大量的泡沫、雜草、塑料製品等雜物，使濾水器投運以後因負荷過重無法旋轉；將全廠21臺機組的濾水器旋轉機構拆除，變旋轉式為固定式，結果使濾水器汛期堵塞更加嚴重。
解決該問題的乙個重要措施就是定期進行正反向供水倒換，並對濾水器進行反衝排汙。近年來，長江水質持續惡化，汛期泥沙及漂浮物增多，原來在汛期每週一次的倒換操作增加到每天一次甚至數次，其中21、20號等右岸機組汛期達到每2h進行一次倒換操作，有時反衝解決不了問題，只能停機對濾水器分解進行人工清渣及清掃濾網。頻繁的倒換操作又造成電動閥銅螺母、閥桿磨損，閘板卡死或脫落，加壓幫浦損壞，造成機組被迫停機，形成惡性迴圈。
針對濾水器存在的問題，2023年12月，電廠在20號機水系統選用了zlsg改進型復合自動排汙濾水器進行試驗，取得了良好的效果。該濾水器具有以下優點：①過濾面積大，出口水壓穩定，可靠性高，既排沉積泥沙又排漂浮物，過濾徹底，新濾水器執行期間沒有任何濾網堵塞、轉動機構卡阻現象；②維護量低，幾乎沒有任何檢修維護工作；③自動化程度高，plc控制可以滿足多種控制功能的要求。
這種濾水器的安裝應用大大提高了機組自動化水平，減輕了執行和檢修人員的勞動強度。2023年冬修期間，在15～21號機組上全面推廣應用。
2改造後的執行效果
2.1促進了裝置操作可靠性的提高
機組自動化元件的換型和擴充使計算機監控系統功能得到充分發揮，大大提高了機組主、輔裝置執行監視的可靠性。在中控室即可全面了解裝置執行狀態，同時採用模擬量和開關量雙重監視和控制，使裝置執行更加可靠。
1990～2023年機組的開停機成功率基本上在50%左右。2023年後，開停機成功率逐漸提高，到2023年開停機成功率達到99.7%。
2.2促進了執行管理水平的全面提高
機組自動化元件的改造與計算機監控系統密切相關，在機組自動化元件得以更新改造和擴充後，使監控系統的資訊更加充分可靠，充實了計算機監控系統人機介面視窗。執行人員可在中控室直接監視到所有裝置的狀況，所有操作都可在中控室完成，使執行人員擺脫了定期抄表和頻繁巡檢的繁重勞動。元件的智慧型報警及時反映出裝置的故障資訊，使執行人員及時掌握裝置狀況，及時消除裝置隱患，降低事故風險。
2.3促進了執行值守方式的進步
電廠發電初期的執行值班方式採用分散值班，機組機旁、中控室及重要部位均有人值班。2023年11月採用相對集中值班方式，廠房內設定兩個機械值班點，
電氣值班集中於中控室。2023年1月機電合一值班，2023年10月進行「無人值班（少人值守）」試執行，機電合一值班改為少人值守多人待命。到2023年12月，通過國家電力公司「無人值班（少人值守）」正式驗收。
值班方式的每一次變化都是伴隨著自動化元件換型改造力度的加大，自動化元件的換型改造為值守方式的進步提供了有力保障。
3經驗及體會
水電廠機組自動化元件的選型改造一定要高起點、高可靠性，選型改造一定要慎重，應先試驗再推廣，並盡量選用***的定型產品，在資金條件允許的情況下首選進口產品，避免重複改造、造成浪費。部分國產自動化元件質量是過硬的，還有部分產品需要提高質量，希望國內生產廠家加強質量管理，改進生產工藝，提高產品檔次，共同推動國產自動化元件的進步和發展。
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