摘要：青溪水電廠排水系統(tǒng)的水泵控制系統(tǒng)原設計采用舊式常規(guī)電動機控制系統(tǒng)，投入運行后多次出現(xiàn)故障，存在許多安全隱患。為確保該系統(tǒng)的安全運行進行了技術改造，以軟啟動器代替原電動機接觸器，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)水位和運行要求自動起動、停運排水泵；可根據(jù)運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；現(xiàn)場顯示運行狀態(tài)，實現(xiàn)智能化監(jiān)控。改造后系統(tǒng)運行情況良好，消除了輸水管道的水錘現(xiàn)象和電動機起動時的沖擊電流，減少了電動機的起動電流和檢修維護工作量。該項技術還可推廣應用于水電廠其它輔機設備或其它領域的自動控制中。
關鍵詞：自動控制技術；智能化；排水系統(tǒng)；軟啟動器；可編程控制器

青溪水電廠裝機容量4×36MW，屬低水頭河床式電廠，水庫特性為日調(diào)節(jié)，設計水頭20.5m，梯級運行年發(fā)電量0.433TWh。廠排水系統(tǒng)裝設了4臺檢修滲漏深井泵和2臺廠前區(qū)排水泵，分別擔負機組檢修滲漏排水和廠房滲漏排水的任務。各水泵的主要技術參數(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，水泵電動機起動采用全電壓直接起動方式，起動時產(chǎn)生很大的沖擊電流(達4～7倍額定電流)，有可能危及電氣設備、機械傳動和輸水管道的安全運行，甚至會影響廠用電系統(tǒng)的正常運行。具體表現(xiàn)在：

a)對電氣設備的影響。以廠前區(qū)排水泵為例，單臺水泵電動機起動時最大沖擊電流可達1.4kA，在正常的起、停操作中曾多次出現(xiàn)接觸器等電氣設備故障的現(xiàn)象，使經(jīng)常性的維修工作量增大。
b)對傳動機械的影響。起動水泵電動機所產(chǎn)生的沖擊電流可轉化為沖擊轉矩，沖擊轉矩影響水泵傳動機械的使用壽命，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，都與沖擊轉矩的影響有關。
c)對輸水管道的影響。水泵突然起、停時會引起輸水管道內(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)對廠用電負荷的影響。首先，由于水泵電動機功率較大并在廠用電負荷中占較大的比重，起動時產(chǎn)生很大的沖擊電流，造成廠用電電壓瞬時降低，影響其它廠用電負荷的正常運行；其次，由于水泵電動機發(fā)生故障時常規(guī)繼電控制不能及時可靠地切除電源，對廠用電負荷的正常運行構成直接威脅。

2軟起動智能控制系統(tǒng)的技術特點
20世紀90年代出現(xiàn)的電動機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)”的技術要求，將集水井排水的水泵控制系統(tǒng)改造為電動機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)主要技術特點和應用情況。

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接觸器控制元件。軟啟動器采用相控斬波原理，電動機電壓受到斬波器的控制，每相當中的斬波器為2只晶體閘流管，對電網(wǎng)電壓進行連續(xù)的斬波，使啟動器具有大轉矩輸出和頻繁啟停的能力。電流互感器時刻監(jiān)測電動機電流以實現(xiàn)電動機起動過程的恒流控制，并作為電動機各種運行和保護的控制依據(jù)。采用轉矩控制起動，即通過調(diào)整啟動時間ts(1～60s)來改變加速力矩的斜率，以實現(xiàn)電動機由小到大線性無階躍式平滑起動，延長機械設備的使用壽命，減小對傳動元件的機械沖擊。當軟啟動器應用于水泵控制系統(tǒng)時，可以消除水錘現(xiàn)象。由此，減少了設備的檢修時間，延長了設備的平均壽命，同時降低電動機起動時對電網(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，而且能提供各種操作故障狀態(tài)下的保護，諸如輸入(或輸出)缺相、電動機堵轉和晶體閘流管短路等故障保護。它的缺點是起動時間較長。

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算機控制的基礎上，以微處理器為核心，把自動化技術、計算機技術和通信技術融為一體的自動控制裝置。如圖2所示，其輸入設備和輸出設備與原常規(guī)繼電控制系統(tǒng)相