首山水厂串级调速控制系统改造实施方案.doc

1、首山水厂串级调速控制系统改造实施方案摘要：鞍山市自来水总公司首山水厂主力供水机组采用串级调速控制方式（以下简称串调控制） ，它一直担负着重要作用，长期以来，水厂一直运行串调控制。由于采用了调速控制方式，实现了半自动化，操作简单快捷，因此，这种方式极大程度地减轻了职工的劳动强度；同时，串调控制很好响应了市区管网供水压力、流量需求；并且在供水节能降耗工作中，也显示出了串调控制的巨大的优势，作为水厂唯一的一套调速控制系统，它正发挥着其它工频控制机组无法替代的作用。本文针对该套控制系统出现的故障现象提出解决方案。 关键词：串级调速、逆变、同步触发电源、PLC 中图分类号：TM921.53 文献标识码：

2、 A 文章编号： 一、前言 首山水厂的串调控制安装在 5 号、6 号机组，机组运行时，5 号、6号互为备用，另外该系统还可实现一套机组调速运行，另一套备用机组全速运行的功能。 这套系统运行以来相对稳定可靠，为供水节能降耗做出了巨大贡献，但是近几年来，由于同步触发电源的不稳定，导致调速电流最大只能达到额定电流的 80%，不能很好的满足供水需求；另外由于断路器频繁发生故障，这些故障现象的存在都极大的影响首山水厂供水安全和节能降耗任务。 二、设备故障现象 故障现象一： 机组调速运行过程中，偶尔会出现由调速状态自动转为全速状态的异常现象，在维修检查过程中，并没有发现系统设备有故障发生。系统切换到调速状

3、态，仍然可以正常运行。后来，我们通过示波器实际观察逆变可控硅波形发现，逆变可控硅同步触发电源很不稳定，当系统调速时，调速电流达到额定电流 80%时，系统尚可以正常工作，保持正常的调速运行状态，一旦供水需求增加，需要增加调速电流时，当电流达到额定电流的 90%时，同步触发电源不稳定的特点便显现出来，由于触发电源的不稳定，直接导致逆变可控硅逆变导通相序紊乱，直接造成逆变颠覆，进而导致调速系统保护动作，直接将系统由调速切换到全速工频运行状态。而全速运行状态不能很好的满足市区供水管网压力、流量，由于市区管网供水压力、流量是动态变化的，机组全速运行时只能靠频繁操作出水门来响应市区管网供水压力和流量的需求

4、。为了保证系统调速的可靠运行，我们临时采取了一些措施，在调速时候，将调速电流上限值限制在额定电流的 80%，这样虽然仍能进行调速运行，但是调速范围却大大受到限制，即让可控硅的逆变导通角不能达到 90 度。在市区管网供水需求量不高的时候，尚能满足供水需求，一旦供水高峰时，这时就需要增加调速电流，一旦需要调速电流达到额定电流的 90%以上时，经过限制的串调控制系统调速就显得力不从心了。 故障现象二： 首山水厂串调控制系统主回路断路器全部采用国产 DW15 型万能断路器，之所以采用这种断路器，主要是成本价格上原因，由于它的价格相对比较低廉，因而得到了广泛的应用。但是它的缺点是使用寿命周期相对较短，长

5、时间使用后，设备故障率比较高。而供水的连续性的特点，对设备可靠运行提出了很高的要求，根本不允许设备频繁发生故障，首山水厂的串调控制系统安装的 DW15 型万能断路器在长时间的运行后，已经到了故障高发期。 正是由于上述两种故障现象的存在，首山水厂串调控制系统很难保证安全、可靠、长时间的的运行，为了保证系统地可靠的运行，我们决定对串调控制系统进行改造，以保证供水的连续性。 三、解决方案： 1、改善同步触发电源的质量，提高同步触发电源的稳定性。 由于原同步触发电源取自串调逆变控制柜的电压互感器，因此只有更换电压互感器才能从根本上改善同步触发电源的质量，提高同步触发电源的稳定性，保证逆变可控硅正确的触

6、发导通。我们更换了电压互感器后，拆除限制给定调速电流上限的元件，使逆变触发导通角上限值又可以达到 90 度，即调速电流能够达到额定电流的 90%以上。调试过程中，当电流达到 90%以上的时候，通过示波器实际观察逆变可控硅触发导通波形，波形可靠稳定，相序正确，完全达到了控制系统的最大设计能力，很好的满足了供述需求的变化。 2、提高万能断路器运行可靠性，减少设备故障率 串调控制系统 DW15 万能短路器全部更换为性能可靠性更高的西门子储能断路器，考虑到 DW15 万能短路器开关通断全部由系统 PLC 程序控制，有着严格的逻辑时序通断，而西门子储能断路器储能需要 30 秒时间左右，西门子断路器只有在

7、储能后，才能实施通断。为了保证西门子储能断路器也能按照系统 PLC 程序控制的逻辑时序通断，我们将更换的西门子断路器储能需要的电源全部使用独立电源，与串调控制系统电源隔离，这样就可以使串调控制系统在工作前，西门子断路器储能能够独立进行，当系统工作时，西门子断路器储能工作已经完成，西门子储能断路器就完全能够按照系统 PLC 程序控制的逻辑时序通断了。更换断路器后，在对系统调试过程中，却出现了系统由全速切换调速运行状态时，调速断路器合闸失败，系统出现故障指示。 对于出现的这一新问题经过多次调试，结果仍然如此，因此，我们完全可以确认这不是系统误动作。经过分析得出结果：任何断路器通断都有延时，西门子储

8、能断路器通断延时大于 2 秒，而 DW15 万能断路器通断延时小于 2 秒，而系统 PLC 程序确认断路器通断延时设定为 2 秒，这样 DW15 万能断路器能够完全按照系统 PLC 程序控制的逻辑时序通断，而西门子储能断路器通断延时长无法在 2 秒时间内完成通断状态转换，故系统确认调速合闸失败，导致系统保护动作，出现故障指示。为此，我们调整了系统 PLC 程序调速合闸确认时间设定值，由 2 秒改为 3 秒。重新调试后，西门子储能断路器完全按照系统 PLC 程序指令动作。 改造以后，首山水厂串调控制系统运行可靠性极大的提高了，完全能够满足管网供水需求的变化，在减轻职工的劳动强度的同时，也为供水的节能降耗发挥着越来越重要的作用。 四、结束语 随着电力电子技术的迅猛发展，尤其是大功率晶闸管的出现，为自动控制系统在工业中的广泛使用提供了提供了可靠的物质基础，我们只有不断地提高技术业务素质，在工作实践中不断摸索总结经验，才会使新的科学技术有更大的用武之地。 参考文献： 1湘潭电机制造学校主编.可控硅技术.机械工业出版社,1979.8 2李发海，王岩电机与拖动基础.中央广播电视大学出版社.1990.2