CN109058036B - 水电机组接力器锁定装置的s形投退控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种水电机组接力器锁定装置的S形投退控制方法，它包括锁定接力器，位于锁定杆后部的位移传感器，分别与投入腔和退出腔连接的液压控制阀，所述锁定接力器的锁定杆在投退时，起点位置缓步加速运动，中间位置快速运动，靠近终点位置缓步减速运动，锁定杆的位移对时间的曲线呈“S”形。本发明克服了原水电机组导叶控制锁定时冲击力过大的问题，具有结构简单，锁锭装置的位移对时间的曲线呈“S”形，实现锁锭装置无论是在投退控制的起点位置还还是终点位置均具有良好的缓冲性能，同时也兼顾了投退控制的快速性，锁锭装置的位置不受控制器上电而发生误改变的特点。
Description
技术领域
本发明属于水电机组导叶投退控制技术领域，涉及一种水电机组接力器锁定装置的S形投退控制方法。
背景技术
水轮发电机组导叶接力器均配置有锁定装置，在机组停机且导叶全关之后需要投入该装置，以防止接力器因为误动而造成的导叶开启，从而保证了水电厂设备和人员的安全；在调速器开机之前，需要拔出锁定装置，导叶才可顺利开启。
对于锁定的投退控制及位置检测，传统的控制方式是采用纯开环控制的。这种方式采用一个二位四通换向电磁阀来控制锁定位移，在锁定的投入位置和退出位置安装各安装一个行程开关来检测锁定是否投入、退出到位。具有投退响应速度快的优点。但这种纯开环锁定投退控制方式对锁定造成的冲击很大，容易造成锁定机械部位断裂，造成设备损坏和严重的喷油事故，这将严重威胁机组的安全稳定运行，甚至威胁现场工作人员的人身安全。
为了解决锁定装置纯开环投退造成的冲击问题，一些水电科技从业者提出了采用闭环投退控制方式。这种方式采用一个比例电磁阀来控制锁定位移，在锁定杆部安装一个位移传感器，把锁定的位移引入控制器，实现闭环有差控制。这种闭环锁定投退控制方式减小了锁定投退终点位置的冲击。但是闭环锁定投退控制方式在起点位置依然具有较大的冲击，且投退过程所用的时间是开环模式的6倍以上，这将导致开停机单步流程超时，造成自动开停机失败。
考虑到水轮发电机组导叶接力器锁定装置投退控制的缓冲性和快速性这两种需求之间存在一定的矛盾性。因此，研制一种兼顾缓冲性和快速性的锁定投退控制方法，对提高水电厂设备和人身安全水平，提升水力发电企业经济效益有着重要的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种水电机组接力器锁定装置的S形投退控制方法，在锁锭装置投退控制在靠近起点位置缓步加速，中间位置快速运动，靠近终点位置缓步减速运动，使锁锭装置的位移对时间的曲线呈“S”形，实现锁锭装置无论是在投退控制的起点位置还还是终点位置均具有良好的缓冲性能，同时也兼顾了投退控制的快速性，锁锭装置的位置不受控制器上电而发生误改变。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种水电机组接力器锁定装置的S形投退控制方法，它包括锁定接力器，位于锁定杆后部的位移传感器，分别与投入腔和退出腔连接的液压控制阀，所述锁定接力器的锁定杆在投退时，起点位置缓步加速运动，中间位置快速运动，靠近终点位置缓步减速运动，锁定杆的位移对时间的曲线呈“S”形。
所述锁定杆的投退状态由拔出过程、投入过程、拔出压紧状态和投入压紧状态相互切换控制。
所述液压控制阀的控制器上电初始化阶段，由锁定位移反馈环节检测锁定的实际位置是靠近投入位置还是拔出位置，对控制器赋予初始状态。
所述锁定杆的投退状态由寄存器的值决定。
所述寄存器被置为1，“S”形锁定投退控制行为处于拔出过程，偏差器投入。
所述寄存器被置为3，“S”形锁定投退控制行为处于拔出压紧状态，偏差器被切除。
所述寄存器被置为2，“S”形锁定投退控制行为处于投入过程，偏差器投入。
所述寄存器被置为4，“S”形锁定投退控制行为处于投入压紧状态，偏差器被切除。
一种水电机组接力器锁定装置的S形投退控制方法，它包括锁定接力器，位于锁定杆后部的位移传感器，分别与投入腔和退出腔连接的液压控制阀，所述锁定接力器的锁定杆在投退时，起点位置缓步加速运动，中间位置快速运动，靠近终点位置缓步减速运动，锁定杆的位移对时间的曲线呈“S”形。本发明克服了原水电机组导叶控制锁定时冲击力过大的问题，具有结构简单，锁锭装置的位移对时间的曲线呈“S”形，实现锁锭装置无论是在投退控制的起点位置还还是终点位置均具有良好的缓冲性能，同时也兼顾了投退控制的快速性，锁锭装置的位置不受控制器上电而发生误改变的特点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明投退控制简图。
图3为本发明投入过程位移曲线图。
图4为本发明拔出过程位移曲线图。
图5为本发明S形与开环和闭环投入过程位移对比曲线图。
图6为本发明S形与开环和闭环拔出过程位移对比曲线图。
图中：锁定接力器1，锁定杆11，投入腔12，退出腔13，位移传感器2，液压控制阀3。
具体实施方式
如图1~图6中，一种水电机组接力器锁定装置的S形投退控制方法，它包括锁定接力器1，位于锁定杆11后部的位移传感器2，分别与投入腔12和退出腔13连接的液压控制阀3，所述锁定接力器1的锁定杆11在投退时，起点位置缓步加速运动，中间位置快速运动，靠近终点位置缓步减速运动，锁定杆11的位移对时间的曲线呈“S”形。实现锁锭装置无论是在投退控制的起点位置还还是终点位置均具有良好的缓冲性能，同时也兼顾了投退控制的快速性，锁锭装置的位置不受控制器上电而发生误改变。
所述锁定杆11的投退状态由拔出过程、投入过程、拔出压紧状态和投入压紧状态相互切换控制。实现锁锭投退控制在起点位置还是终点位置均具有良好的缓冲性能，以及尽量减少投退控制所用的时长；这种投退控制方式所用的时长仅为纯开环控制时长的2倍左右。
所述液压控制阀3的控制器上电初始化阶段，由锁定位移反馈环节检测锁定的实际位置是靠近投入位置还是拔出位置，对控制器赋予初始状态。对控制器赋予合适的初始状态，实现锁锭装置的位置不受控制器上电而发生误改变的功能。
所述锁定杆11的投退状态由寄存器的值决定。由寄存器赋予投退行为不同的值控制锁定杆11的动作，各动作之间衔接平稳。
所述寄存器被置为1，“S”形锁定投退控制行为处于拔出过程，偏差器投入。偏差器目标值给定为拔出位置（1.0），通过控制器的S形算法，来实现对液压控制阀开口的持续调节，从而保证锁锭拔出过程位移曲线呈“S”形；实现在起点和终点位置缓慢移动，在中间位置快速移动的要求，保证了锁锭拔出过程的缓冲性和拔出的快速性。
所述寄存器被置为3，“S”形锁定投退控制行为处于拔出压紧状态，偏差器被切除。偏差器切除，S形算法控制器被给定一个拔出位置压紧偏置值+λ，液压控制阀开口处于拔出开口偏置位；在锁锭处于拔出位置后，有一个压紧的液压力，来确保锁锭始终处于拔出位置，保证锁锭不会因为渗油而导致的缓慢下滑；一个恒定的拔出位置压紧偏置值+λ，保证S形算法控制器的输出恒定，避免液压控制阀的阀芯反复移动导致的磨损加剧，从而延长液压设备的使用寿命；偏差器被切除后，控制器处于开环模式运行，锁锭拔出状态能够始终得到维持，而不受位移传感器等反馈器件的故障或是跳变的影响；这既增强了设备的可靠性，也缩小了位移传感器检修的安措范围，有利于设备维护工作的开展。
所述寄存器被置为2，“S”形锁定投退控制行为处于投入过程，偏差器投入。偏差器目标值给定为拔出位置（0.0），通过控制器的S形算法，来实现对液压控制阀开口的持续调节，从而保证锁锭拔出过程位移曲线呈“S”形；实现在起点和终点位置缓慢移动，在中间位置快速移动的要求，保证了锁锭投入过程的缓冲性和投入的快速性。
所述寄存器被置为4，“S”形锁定投退控制行为处于投入压紧状态，偏差器被切除。S形算法控制器被给定一个拔出位置压紧偏置值-λ，液压控制阀开口处于投入开口偏置位；在锁锭处于投入位置后，有一个压紧的液压力，来确保锁锭始终处于投入位置，保证锁锭不会因为渗油而导致的投入不到位；一个恒定的投入位置压紧偏置值-λ，保证S形算法控制器的输出恒定，避免液压控制阀的阀芯反复移动导致的磨损加剧，从而延长液压设备的使用寿命；偏差器被切除后，控制器处于开环模式运行，锁锭投入状态能够始终得到维持，而不受位移传感器等反馈器件的故障或是跳变的影响；这既增强了设备的可靠性，也缩小了位移传感器检修的安措范围，有利于设备维护工作的开展。
较原水轮发电机组导叶接力器锁锭只有“投入”（0.0）和“拔出”（1.0）两个稳定的位置，而不会在中间位置停留。S形投退控制方法利用这一点，在控制器上电初始化阶段，通过锁锭位移反馈环节来检测锁锭的实际位置是靠近投入位置还是拔出位置，来赋予寄存器一个与锁锭装置当前实际状态相吻合的初始值，从而保证了锁锭装置的位置不受控制器上电而发生误改变，确保锁锭装置投入或退出状态的可靠性。
因S形锁锭投退控制方法采用的液压控制阀具有断电回零点的功能，所以采用本方法制作的控制装置断电时，锁锭装置短时间内依然能够有效的维持在当前状态而不发生改变，进一步保证了锁锭装置投入或退出状态的可靠性。
如上所述的水电机组接力器锁定装置的S形投退控制方法，安装使用时，以某水电站为例，在导叶锁锭接力器上安装一个拉线式位移传感器作为反馈环节，该传感器接口为两线制4..20mA，采集到的锁锭位移信号送入PLC的模拟量输入模块。液压控制阀采用断电自复中位的比例阀，4..20mA对应阀门开口为-100%..+100%，该比例阀响应时间常数应不大于0.2s为宜，为了安全起见，供电方式宜采取DC24V供电。控制器采用Schneider Quantum系列PLC。S形算法采用ST语言编程实现。切换器采用梯形图或者是逻辑块图编程实现，也可调用库函数自带的模块。
Schneider Quantum 系列PLC在上电或断电的时候通过锁锭位移传感器检测到的位移信息，来给内部的寄存器Change赋予一个与锁锭装置实际状态相吻合的初始值，从而保证了锁锭装置的位置不受控制器上电而发生误改变，确保锁锭装置投入或退出状态的可靠性。
由于该水电站锁锭投退控制用的液压控制阀采用的是断电自复中位的比例阀，在本控制装置断电时，锁锭装置短时间内依然能够有效的维持在当前状态而不发生改变，故进一步保证了锁锭装置投入或退出状态的可靠性。
通过控制器内部对位移传感器采集的信号与投入或拔出位置定值进行对比，对外开出锁锭投入位置和锁锭拔出位置开关量信号，该开关量信号用于控制柜面板信号指示灯和送入计算机监控系统，作为开停机流程控制用。
锁锭投入退出指令既可以来自计算机监控系统，也可来自控制柜面板的按钮或是触摸屏虚拟按钮。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种水电机组接力器锁定装置的S形投退控制方法，它包括锁定接力器（1），位于锁定杆（11）后部的位移传感器（2），分别与投入腔（12）和退出腔（13）连接的液压控制阀（3），其特征是： 所述锁定接力器（1）的锁定杆（11）在投退时，起点位置缓步加速运动，中间位置快速运动，靠近终点位置缓步减速运动，锁定杆（11）的位移对时间的曲线呈“S”形；所述锁定杆（11）的投退状态由拔出过程、投入过程、拔出压紧状态和投入压紧状态相互切换控制；所述液压控制阀（3）的控制器上电初始化阶段，由锁定位移反馈环节检测锁定的实际位置是靠近投入位置还是拔出位置，对控制器赋予初始状态。
2.根据权利要求1所述的水电机组接力器锁定装置的S形投退控制方法，其特征是：所述锁定杆（11）的投退状态由寄存器的值决定。
3.根据权利要求2所述的水电机组接力器锁定装置的S形投退控制方法，其特征是：所述寄存器被置为1，“S”形锁定投退控制行为处于拔出过程，偏差器投入。
4.根据权利要求2所述的水电机组接力器锁定装置的S形投退控制方法，其特征是：所述寄存器被置为3，“S”形锁定投退控制行为处于拔出压紧状态，偏差器被切除。
5.根据权利要求2所述的水电机组接力器锁定装置的S形投退控制方法，其特征是：所述寄存器被置为2，“S”形锁定投退控制行为处于投入过程，偏差器投入。
6.根据权利要求2所述的水电机组接力器锁定装置的S形投退控制方法，其特征是：所述寄存器被置为4，“S”形锁定投退控制行为处于投入压紧状态，偏差器被切除。
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