摘要 ：自动化元件是电厂机组自动化控制设备的基础，自动化元件的应用是水电站实现“无人值班，少人值守”目标的前提。自动化元件具有分布面广、所处环境复杂和安装条件要求高的特点，自动化元件的可靠性直接影响了水电站的综合自动化水平。该文主要对自动化元件在某个大型水电站的应用进行探讨。结合该水电站相关自动化元件换型与技术改造，对水电厂使用自动化控制技术存在的问题进行分析，为解决自动化技术在水电厂应用中存在的问题提供参考。
概述
某大型水电站有若干台单机为 700 MW 的水轮发电机组，电站主、辅设备的操作、监视完全依赖于自动化元件。自动化元件的工作是否可靠，直接关系着水电站的安全可靠运行。电站自投产发电以来，机组自动化元件就不断地暴露出一些问题，例如流量计、油混水、液位计及蠕动探测等跳变、误动和拒动等问题时有出现 ；流量计、液位计等油水监测元器件缺少相应的校验方法 ；多次因现地监测元件故障导致机组开停机失败。自动化元件故障严重影响机组的正常运行及日常维护。
电厂针对自动化元件缺陷进行了一系列的换型改造，使机组自动化控制设备的运行可靠性显著提高。该文旨在介绍自动化元件在该电站的应用情况、故障及改造。
1 液位信号器和液化气液位计
1.1 液位信号器应用情况
该电站顶盖排水液位信号器采用的是空心导杆浮球形式。磁浮球随液位升降在测量杆上滑动，变送器将检测杆内的电阻信号转换成电流信号测量液位。这种液位传感器使用一段时间后线性度下降，实际液位与测量值产生偏差。当机组停机后，顶盖水位变化缓慢，顶盖内水质油污很大，油污水垢导致水位计浮球卡涩。顶盖排水液位信号器换型前经常因为卡涩故障导致顶盖排水系统出现液位到达设定值不启泵、泵轮换异常、液位低不停泵等故障。
2018 年 4 月，电站对 12 台机组顶盖排水液位计进行了换型，更换顶盖液位计换型为新型大间隙、带涂层浮球液位计，更换后未发生卡涩故障，现地控制柜与监控系统液位基本一致，使用情况良好。
电站所有液化气液位计使用的产品，采用的安装方式有侧装和顶装 2 种方式。电站使用的液化气液位计出现的问题主要体现在磁珠卡阻（调速、三部轴承），模拟量测值跳变、缓变（水导），磁性浮球失磁（水导、漏油箱），磁性开关误动、抗干扰差（三部轴承、漏油箱）等 4 方面。从运行环境看，对于安装环境干燥、液位变化缓慢的液位测量比较可靠，出现测量值跳变和磁性开关误动的情况比较少，比如压力油罐、回油箱等处的液化气液位计。但是当测量液位变化剧烈、安装环境潮湿时，液化气液位计出问题的情况比较多，尤其是水导油槽液化气液位计。从安装方式看，对于测量液位变化同样剧烈的上导油槽、推导油槽和水导油槽液化气液位计，侧装方式优于顶装方式。
1.2 液化气液位计应用情况
该电站调速液压系统液化气液位计使用多种型号和规格的液化气液位计，使用过程中发现一些问题，例如传感器断裂、准确度等级下降、线性度不能满足应用要求。目前该电站选取四台机组，将调速器液压系统原管道 2#传感器 Keller 压力传感器更换为科隆两种不同型号压力传感器，试用期为 3 年，试验到期后根据使用评估确定是否取消或换型 ；在使用过程中出现产品损坏、准确度、线性度等参数不满足使用要求时，更换为原型号传感器。
2 蠕动探测装置和转速装置
2.1 蠕动探测装置应用情况
该电站蠕动探测之前主要使用的是气动式机械蠕动装置和电动式机械蠕动装置，哈电机组和 VHS 机组使用的是气动式蠕动装置，型号为 RD-A 哈控，RD-A 型蠕动探测装置由投切器和发讯单元两部分组成，当机组停机完成后通过蠕动控制电磁阀（空气电磁阀）向投切器通入压缩空气，它将发讯单元向前推进，使其磨擦盘与机组大轴表面相接触（有稍许正压力）。如果大轴发生蠕动，转角达到 1.5° ~2°时，发讯单元便发出大轴蠕动信号，作用于报警与制动回路，投入制动闸以防蠕动现象扩延。机组起动前，先动作空气电磁阀使投切器排气，由于弹簧力的作用，发讯单元退回原位。离开大轴表面 6 mm~8 mm，确保装置安全。RD-A型蠕动探测装置系统原理如图1所示。RD-A型探测装置易卡涩导致探测装置投退失败，影响开停机成功率。东电机组使用的是电动式蠕动装置，型号为 PXJ-1D。PXJ-1D 型蠕动探测装置多起反馈信号拒动的事件，导致开停机流程退出，其原因为电动式蠕动装置控制回路与位置反馈节点取自同一个行程开关，当行程开关常闭节点断开时，电机停止转动，而此时可能因行程过短导致常开节点尚未闭合，位置信号无法正常上送至监控系统。为了解决这一问题，目前电站 15 台机组蠕动探测装置已换型为非接触式蠕动探测装置，避免开停机过程中投入或退出蠕动失败导致的流程退出。非接触式蠕动探测装置设计原理为 ：
该电站东电和哈电机组均采用占空比 0.5 的测速齿带即齿带中齿与槽的尺寸 1 ∶ 1，其均布 48 个齿和 48 个槽。因此，其每个齿对应的角度为 ：
δ=360 /（48×2）=3.75° （1）
由（1）式可知，在齿带任一角度安装一个接近开关均可在大轴蠕动 3.75°时测得一个上升沿或者下降沿信号。因此设置两个接近开关，其间距为齿带凸起齿的 1/2 时，即可在大轴蠕动 3.75° /2=1.875°时，2 个接近开关中必有一个测得上升沿或者下降沿信号。因此采用双接近开关的设计思路能满足国标要求，但是双接近开关方案存在大轴蠕动角度较小时蠕动报警即出口的问题，其报警角度范围范围变化较大，和机组停机时的位置有关。为了使蠕动报警信号更加合理，可采用四接近开关方案。当角度转动至 1°至 2°时，装置报警，并上送监控系统，并具备接近开关故障判断功能。

2.2 转速装置应用情况
该电站调速器转速装置为能事达公司利用 PCC2003 系列研发，目前存在着以下安全隐患。
1）该装置软件为前能达员工编制，结构复杂，现能事达公司无法对软件进行有效维护，该装置缺乏转速信号跳变保护功能，导致机组开机过程中或空载工况下，可能发生过速保护误动现象，导致开机失败，紧急时影响电网的安全运行。
2）该装置硬件平台为PC2003 系列模件，据贝加莱厂商反馈该系列模件 2018 年 6月停产，届时将导致 18 台机组不能稳定采购备件的情况，影响设备长期稳定连续运行。
3）换型的 PCC 新型号模件，则与旧型号模件不兼容，若进行替换，需要全部更换，且需要重新进行安装试验。同时 PCC 模件存在周期性升级换代的情况，一般每 6-8 年左右需要重新换型替换安装，进行安装试验的调试过程，设备全生命周期维护成本高昂，且维护过程中安全风险较大。
采用哈尔滨瑞格大公司生产的一体化转速装置 SPCT 进行更换，保证设备正常运行。该装置特点是经过其他电厂长期运行检验，软件逻辑功能完善，核心硬件版本稳定，无 PCC模件存在周期性硬件升级换代的情况，可保证备件长期稳定供应，有效降低装置全寿命周期内的综合运营成本。为了解决这些安全隐患，使用其他电厂已经应用了 10 年之久的一体化转速装置 SPCT 对原转速装置作换型替代，提高设备的整体可靠性和降低设备全生命周期维护成本。
3 流量计
该电站用于流量测量的自动化元件主要有 3 种，分别是用于水测量的电磁流量计（科隆和西门子系列）以及用于油测量的热导式流量计（FOLOLO）和涡轮流量计（FOLOLO）。该电站自动化元件流量计问题主要体现在电磁流量计（科隆和西门子系列）测值跳变、死机等（技术供水系统、冷却系统），热导流量计故障率较高（外循环系统），涡轮流量计测值反应时间过长影响开停机操作（高压油）等 3 方面。西门子电磁流量计在电站和其他电站都得到广泛使用，该流量计对水质和安装条件要求高，电磁流量计的直管段要满足设计要求。西门子电磁流量计安装方式有水平安装和竖直安装方式 2 种。如果流量计安装在竖直管道建议水流方向由下往上流，这样可以*大限度地减小液体中气泡对测量的影响。如果西门子电磁流量计旁边有强磁场干扰，流量计本体需要有良好的接地。
电厂哈电机组之前推导轴承高压油总管上未安装流量计。推导轴承高压油建压成功条件为 ：任意一台油泵运行&总管流量开关量动作&高压油顶起压力大于门槛值&高压油顶起完成 &制动闸落下。上述判据中缺少高压油流量模拟量判据，实际运行中高压油流量开关难以准确整定，同时存在较大的零漂导致测值不稳定。
经过改造升级，高压油建压成功判据中增加高压油流量模拟量判据。这样既能反映真实的油泵及输出油流运行情况，又有效地提高高压油建压成功判断的可靠性。
4 结语
自动化元件在电站的应用过程中，因为产品质量、安装精度、设计原理，寿命老化和运行环境等原因出现了一些问题。绝大多数问题通过不断思考和验证已经得到了解决。还有少数问题的解决处在验证阶段。自动化元件的应用仍存在一些需要我们去思考和补充的地方。