摘要：青溪水電廠排水系統(tǒng)的水泵控制系統(tǒng)原設(shè)計(jì)采用舊式常規(guī)電動機(jī)控制系統(tǒng)，投入運(yùn)行后多次出現(xiàn)故障，存在許多安全隱患。為確保該系統(tǒng)的安全運(yùn)行進(jìn)行了技術(shù)改造，以軟啟動器代替原電動機(jī)接觸器，以可編程控制器取代常規(guī)的繼電器，增加了水位信號系統(tǒng)。改造后的排水控制系統(tǒng)具有以下功能：可根據(jù)水位和運(yùn)行要求自動起動、停運(yùn)排水泵；可根據(jù)運(yùn)行要求靈活切換排水泵的工作方式；提供過載、欠載、缺相和電壓不平衡保護(hù)；現(xiàn)場顯示運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)智能化監(jiān)控。改造后系統(tǒng)運(yùn)行情況良好，消除了輸水管道的水錘現(xiàn)象和電動機(jī)起動時(shí)的沖擊電流，減少了電動機(jī)的起動電流和檢修維護(hù)工作量。該項(xiàng)技術(shù)還可推廣應(yīng)用于水電廠其它輔機(jī)設(shè)備或其它領(lǐng)域的自動控制中。
關(guān)鍵詞：自動控制技術(shù)；智能化；排水系統(tǒng)；軟啟動器；可編程控制器

青溪水電廠裝機(jī)容量4×36MW，屬低水頭河床式電廠，水庫特性為日調(diào)節(jié)，設(shè)計(jì)水頭20.5m，梯級運(yùn)行年發(fā)電量0.433TWh。廠排水系統(tǒng)裝設(shè)了4臺檢修滲漏深井泵和2臺廠前區(qū)排水泵，分別擔(dān)負(fù)機(jī)組檢修滲漏排水和廠房滲漏排水的任務(wù)。各水泵的主要技術(shù)參數(shù)如表1。

1排水泵控制系統(tǒng)存在的問題
青溪水電廠排水系統(tǒng)的水泵控制系統(tǒng)原采用常規(guī)繼電控制，維護(hù)工作量大且可靠性不高，自動化水平低，不能滿足電廠無人值班(少人值守)的要求；另外，水泵電動機(jī)起動采用全電壓直接起動方式，起動時(shí)產(chǎn)生很大的沖擊電流(達(dá)4～7倍額定電流)，有可能危及電氣設(shè)備、機(jī)械傳動和輸水管道的安全運(yùn)行，甚至?xí)绊憦S用電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。具體表現(xiàn)在：

a)對電氣設(shè)備的影響。以廠前區(qū)排水泵為例，單臺水泵電動機(jī)起動時(shí)最大沖擊電流可達(dá)1.4kA，在正常的起、停操作中曾多次出現(xiàn)接觸器等電氣設(shè)備故障的現(xiàn)象，使經(jīng)常性的維修工作量增大。
b)對傳動機(jī)械的影響。起動水泵電動機(jī)所產(chǎn)生的沖擊電流可轉(zhuǎn)化為沖擊轉(zhuǎn)矩，沖擊轉(zhuǎn)矩影響水泵傳動機(jī)械的使用壽命，甚至造成損壞。青溪水電廠檢修滲漏深井泵在運(yùn)行中多次發(fā)生傳動部件被卡和水泵葉輪斷裂的故障，究其原因，都與沖擊轉(zhuǎn)矩的影響有關(guān)。
c)對輸水管道的影響。水泵突然起、停時(shí)會引起輸水管道內(nèi)水壓波動，極端情況下有可能產(chǎn)生破壞力極大的水錘現(xiàn)象，危及逆止閥和輸水管道的安全。青溪水電廠曾發(fā)生過逆止閥閥體受水錘沖擊而振裂的故障。
d)對廠用電負(fù)荷的影響。首先，由于水泵電動機(jī)功率較大并在廠用電負(fù)荷中占較大的比重，起動時(shí)產(chǎn)生很大的沖擊電流，造成廠用電電壓瞬時(shí)降低，影響其它廠用電負(fù)荷的正常運(yùn)行；其次，由于水泵電動機(jī)發(fā)生故障時(shí)常規(guī)繼電控制不能及時(shí)可靠地切除電源，對廠用電負(fù)荷的正常運(yùn)行構(gòu)成直接威脅。

2軟起動智能控制系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)
20世紀(jì)90年代出現(xiàn)的電動機(jī)軟起動智能控制系統(tǒng)可以較好地解決上述問題。青溪水電廠按“無人值班(少人值守)”的技術(shù)要求，將集水井排水的水泵控制系統(tǒng)改造為電動機(jī)軟起動智能控制系統(tǒng)。現(xiàn)以檢修滲漏深井泵控制系統(tǒng)(技改后電氣主回路如圖1所示)為例，說明軟起動智能控制系統(tǒng)主要技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用情況。

2.1軟啟動器
用施耐德電氣公司ATS46C25N型軟啟動器代替原電動機(jī)接觸器控制元件。軟啟動器采用相控?cái)夭ㄔ恚妱訖C(jī)電壓受到斬波器的控制，每相當(dāng)中的斬波器為2只晶體閘流管，對電網(wǎng)電壓進(jìn)行連續(xù)的斬波，使啟動器具有大轉(zhuǎn)矩輸出和頻繁啟停的能力。電流互感器時(shí)刻監(jiān)測電動機(jī)電流以實(shí)現(xiàn)電動機(jī)起動過程的恒流控制，并作為電動機(jī)各種運(yùn)行和保護(hù)的控制依據(jù)。采用轉(zhuǎn)矩控制起動，即通過調(diào)整啟動時(shí)間ts(1～60s)來改變加速力矩的斜率，以實(shí)現(xiàn)電動機(jī)由小到大線性無階躍式平滑起動，延長機(jī)械設(shè)備的使用壽命，減小對傳動元件的機(jī)械沖擊。當(dāng)軟啟動器應(yīng)用于水泵控制系統(tǒng)時(shí)，可以消除水錘現(xiàn)象。由此，減少了設(shè)備的檢修時(shí)間，延長了設(shè)備的平均壽命，同時(shí)降低電動機(jī)起動時(shí)對電網(wǎng)的沖擊，是較優(yōu)的重載起動方式。此外，軟啟動器不僅能提供過載保護(hù)，而且能提供各種操作故障狀態(tài)下的保護(hù)，諸如輸入(或輸出)缺相、電動機(jī)堵轉(zhuǎn)和晶體閘流管短路等故障保護(hù)。它的缺點(diǎn)是起動時(shí)間較長。

2.2可編程控制器
軟起動智能控制系統(tǒng)采用可編程控制器(PLC)控制。PLC是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制的基礎(chǔ)上，以微處理器為核心，把自動化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)融為一體的自動控制裝置。如圖2所示，其輸入設(shè)備和輸出設(shè)備與原常規(guī)繼電控制系統(tǒng)相