关键词：直流电机；PLC；控制电路
在发电厂中，汽轮机的轴承决定了转子在汽缸中幅向及轴向的位置，轴承与转子间用油作为润滑介质并带走热量。供油系统的可靠工作是轴承工作好坏的基本条件，对汽轮机安全运行关系重大。若汽轮机轴承供油中断，将使转子在轴承内的转动变为干摩擦，造成轴瓦温度急剧升高、机组强烈震动，将引起机组重大事故，造成巨大经济损失。
一、改进直流润滑油泵电机控制电路的起因
某厂汽轮机发电机组的汽轮机润滑油系统，安装有一台交流润滑油泵和两台直流润滑油泵，保障汽轮发电机在高速运转中的正常润滑，当出现跳机故障等情况下，有可能造成交流电源全失，这时，由220V蓄电池供电的直流事故润滑油泵必须可靠启动运转，才能保证汽轮发电机在停机过程中不至于发生断油烧轴，汽轮机叶片损毁的重大故障。由此可见，保证直流事故润滑油泵的可靠运行，意义重大。常用的限制启动电流的方式是在电枢绕组中串电阻启动(3～4级)，随着转速的升高逐级切除启动电阻，老式的直流电机控制系统，一般选用低电压继电器接触器中间继电器作为控制元件，控制每一级电阻的切除都需要一套低电压继电器、接触器、中间继电器，所以整个控制回路中，控制原件数量庞大，中间环节多，非常容易发生启动故障；低电压继电器动作不可靠，也经常造成启动电阻切除不了，启动电阻烧毁故障；而且直流电没有电流过零点，所以熄灭电弧比较困难，造成了直流接触器接点烧蚀快、使用寿命短、故障率高等故障。使得直流润滑油泵启动运转故障率非常高，不能保证在故障情况下的可靠供油，给汽轮发电机的安全稳定运行造成了重大隐患。所以，对其控制系统进行改进，提高其运行可靠性势在必行。
二、直流润滑油泵电机控制电路的改进
2.1确定改进后的启动方式。直流电动机是实现直流电能和机械能互相转换的电机，当定子中通入直流电后，产生定子磁场，通电的转子绕组(电枢绕组)与定子磁场作用，产生电磁力，使直流电动机旋转起来。它的特点是依靠直流电源驱动，所以在发电厂中，对于非常重要的油泵，需设置直流备用泵，在发生严重故障，交流电源全失的情况下，用220 V蓄电池直接给直流事故油泵供电，保障机组可以安全的停运，不至于发生汽轮发电机损毁的重大设备事故同交流电机一样，直流电机启动时，也应符合两个基本要求：①要有足够大的启动转矩；②启动电流不能超过安全范围，直流电机在刚启动的瞬间，转子还未转动，反电势尚未建立，在额定电压下(DC220V)直接启动，因直流电机电枢绕组的电阻Ra很小(约0.1～0.2Ω)，故启动电流非常大，一般高达额定电流的10～20倍，这样大的启动电流会造成换向器产生环火而烧毁。同时，过大的电枢电流必然产生巨大的启动转矩，电动机及其拖动的机械会遭受突然的巨大冲击而损坏；而且如此大的启动电流可能达到直流配电段上电源进线开关的保护定值，造成保护动作、整个段失电而发生事故。因此，启动电流的倍数必须加以限制一般采取限制启动电流的方法有两种：1)在电枢电路内串接启动电阻(分为3～4级)，随着电动机的旋转，反电势也随着转速逐渐升高，从而使启动电流为运行电流1.5～2.5倍。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆2)降压起动,即通过降低电源电压的方式达到减小启动电流的目的，但此种方法需要一套专门的降压设备，而且随着电源电压的降低，造成了主磁通和电枢电流的降低，使电磁转矩也会大大降低，只适用于空载或轻载启动，不适用于此处的现场要求。综上所述，决定采用在电枢回路内串电阻的启动方法。
2.2确定改进后的控制方式。随着科学技术的不断发展，在当今的控制领域，PLC已被广泛应用于多种生产机械和生产过程的自动控制中，成为一种最重要、最普及、应用场合最多的工业控制装置。其主要优点为：可靠性高、抗干扰能力强；编程简单、适用方便；功能完善、通用性强；设计安装简单、维护方便；体积小、重量轻、能耗低。原直流事故润滑油泵控制回路中直流接触器拉弧强灭弧难、接点烧蚀严重，造成直流接触器使用寿命低、故障率高，也急需改进换代。当今，随着电子技术的发展，大功率可控硅应用已比较普遍，其优点主要有易于控制、故障率低、可靠性高、使用寿命长，关键是其可作为无触点开关应用于直流动力系统的开断，解决了直流接触器的弊端。综上所述，决定改进后的控制回路采用PLC作为控制核心，采用大功率可控硅作为无触点开关，采用电枢回路串入限流电阻的方式(4级)，预期直流事故润滑油泵控制回路改进后其稳定性、可靠性将会大大地提高。
2.3改进重点。1)利用一台OMRON(欧姆龙)PLC备件，控制回路采用OMRON可编程序控制器并通过数据采集模块对电机电枢电压采样、比较，完成电机的启动、停止、电阻切除控制及信号发送等功能。2)为了防止启动时的大电流冲击损坏可控硅、提高运行可靠性，决定保留主回路的两台直流接触器，切除4级启动电阻采用大功率可控硅元件，以实现运行快速可靠、不产生电弧、使用寿命大大延长等的优点。3)电阻箱根据工艺要求及电机实际参数计算，按照不超过1.6倍来选择电阻箱功率及阻值。4)励磁调节电阻采用BL1系列励磁调整电阻，可根据压力、流量情况调整电机转速。
2.4控制原理。采用电枢回路串电阻的工作方式可简单地完成直流电机的降压启动，为了减少启动电流及切换电流的冲击，采用4级启动电阻，根据电机参数计算，采用4级启动电阻时启动过程电流可限定在1.6倍额定电流以下电机主回路留用原来的主直流接触器，启动时接通励磁回路，电枢回路串全电阻启动，可编程序控制器通过A/D数据采集模块对电枢电压采样，并与预先设定好的切换电压值进行比较，当电压达到第一级电压整定值时，PLC发出指令切除第一级电阻，当电压达到第二级电压整定值时，PLC发出指令切除第二级电阻，这样逐级切除，直到4级电阻全部切除，电机全电压运行为止在电阻切除过程中PLC可对4级电阻的切除做顺序控制，当第一级电阻未切除时不允许切除第二级电阻，这样就保证了电阻按顺序切除，避免了由于误动作造成电机冲击电流过大。
2.5改进步骤。1)拆除电源电缆、出线动力电缆。2)拆除旧控制柜内的动力开关、接触器、低电压继电器、中间继电器等元器件。3)安装新的动力开关、主回路接触器、快速熔断保险、PLC、可控硅、启动电阻、分流器、调速电阻、控制开关、稳压电源块、信号隔离器板、脉冲变压器板、电压表、电流表等元器件。4)按照控制回路图接好二次控制线。5)接好电源电缆、出线动力电缆。6)用OMRON手操编程器向PLC输入运行程序。7)控制回路调试，首先PLC上电调试，用手操编程器和PLC上的信号灯监视各转换开关、启停指令、信号反馈等是否正常。8)解开油泵联轴器，合上动力电源，空载试运电机。9)带油泵进行负载试运。
结语：经改进后先空载试运合格后又进行了负载试运，整个PLC控制系统执行启停指令准确迅速、信号反馈正常、电阻适时切除、启动时电流平稳、无冲。经长时间运行，直流事故润滑油泵启动运转一切正常。
参考文献：
[1]王雄祥.直流电机接线错误分析及接线要点[J].中国电力,2018,41(07).
[2]DLT5044-2004.电力工程直流系统设计技术规程[S].
论文作者:高翔
论文发表刊物:当代电力文化》2019年第19期
论文发表时间:2020/4/23
标签：电阻论文; 电枢论文; 接触器论文; 油泵论文; 电流论文; 回路论文; 电机论文; 当代电力文化》2019年第19期论文;