電磁閥工作原理

1、5.2 自動(dòng)控制的執(zhí)行元件 為了實(shí)現(xiàn)水電生產(chǎn)過程的自動(dòng)控制，在水電站的油、氣、水管路上必須裝設(shè)電磁操作或液壓操作的自動(dòng)閥門。其中包括：電磁閥、電磁空氣閥、電磁配壓閥和液壓操作閥等，統(tǒng)稱它們?yōu)閳?zhí)行元件。電磁閥 將電氣信號轉(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)作，用以自動(dòng)控制油、氣、水管路閥門的開啟和關(guān)閉，是自動(dòng)化系統(tǒng)中的重要執(zhí)行元件之一，常用于機(jī)組的制動(dòng)、調(diào)相和冷卻等操作系統(tǒng)的管路中。 電磁閥的原理示意圖： 當(dāng)電磁閥通電時(shí)，動(dòng)鐵芯受電磁力的作用向上運(yùn)動(dòng)，控制閥的上孔封閉，下孔打開，電磁閥的封口在壓力P=P1的作用下開啟，管路通流； 當(dāng)電磁閥斷電時(shí)，動(dòng)鐵芯失去電磁力的作用向下運(yùn)動(dòng)，控制閥的下孔封閉，上孔打開，電磁閥的封口在

2、壓力P=P2-P1的作用下關(guān)閉，管路斷流。P1P2電磁鐵P2 P1 O常壓 O封口控制閥管路電磁空氣閥 將電氣信號轉(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)作，主要用于機(jī)組供氣、制動(dòng)系統(tǒng)和碟閥密封圍帶充氣的低壓系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)供氣管道閥門的開啟和關(guān)閉的自動(dòng)控制。以下是電磁空氣閥的原理示意圖： 電磁鐵電磁鐵排氣閥充氣閥氣源P排氣 O圍帶 A電磁配壓閥 是一種液壓中間放大的變換元件，一般與液壓操作閥、油閥等組合使用。 OBPA主閥輔助閥OBPA主閥輔助閥電磁鐵(斷電)PAOBPBOA電磁鐵(通電) 壓力油P通過對電磁鐵的控制，可與A或B接通，O為回油，故形成二位四通，即：PA，BO，或PB，OA。 5.3 輔助設(shè)備的自動(dòng)控制 主要介

3、紹油壓裝置、技術(shù)供水裝置、集水井排水裝置和空氣壓縮裝置自動(dòng)的原理。（1）油壓裝置的自動(dòng)控制 油壓裝置是為水電設(shè)備運(yùn)行操作提供動(dòng)力的重要輔助設(shè)備，它產(chǎn)生并儲存高壓油，為機(jī)組啟動(dòng)、停機(jī)和調(diào)整負(fù)荷提供操作的動(dòng)力。 油壓裝置的自動(dòng)控制應(yīng)滿足下列要求：機(jī)組在正常運(yùn)行或事故情況下，均應(yīng)保證有足夠的壓力油來操作機(jī)組和主閥，特別是在廠用電消失的情況下應(yīng)有一定的能源儲備；無論機(jī)組是處于運(yùn)行狀態(tài)還是處于停機(jī)狀態(tài)，油壓裝置都應(yīng)經(jīng)常處于準(zhǔn)備工作狀態(tài)，即油壓裝置的自動(dòng)控制是獨(dú)立的，并按本身規(guī)定的條件（油壓和油位）自動(dòng)進(jìn)行的；在機(jī)組的操作過程中，油壓裝置的投入或切除應(yīng)自動(dòng)地進(jìn)行；油壓裝置應(yīng)設(shè)置備用油泵電動(dòng)機(jī)組，當(dāng)工作油泵

4、故障或油壓過低時(shí)，自動(dòng)投入備用泵，并報(bào)警；油壓裝置發(fā)生故障，油壓下降至事故低油壓時(shí)，應(yīng)能迫使機(jī)組事故停機(jī)；油壓裝置應(yīng)采用自動(dòng)和手動(dòng)補(bǔ)氣。當(dāng)油位上升至上限值（對應(yīng)于35%Vr的油位），且油壓低于額定值Pr時(shí)補(bǔ)氣；當(dāng)油壓上升至額定值以上或油位下降至下限值（對應(yīng)于30%Vr的油位）時(shí)停止補(bǔ)氣。 兩臺油泵電動(dòng)機(jī)組1M和2M，正常時(shí)一臺工作、一臺備用，采取定期交替互為備用運(yùn)行方式，以利電機(jī)繞組干燥； 浮子信號器BF用于監(jiān)視壓力油槽的油位； 壓力信號器14BP用于監(jiān)視油壓。1BP2BP3BP4BP壓力信號器油位信號器BF1BF2安全閥壓力表1M2M集油槽壓力油槽切換閥油壓裝置的構(gòu)成圖和接線原理圖 上圖為1

5、號油泵電動(dòng)機(jī)的控制接線圖（1號電動(dòng)機(jī)與之相同）。圖中：QC為轉(zhuǎn)換開關(guān)；FM為空氣開關(guān)；YV為與調(diào)速器的接力器聯(lián)動(dòng)的位置接點(diǎn)，當(dāng)接力器打開時(shí)動(dòng)作；XB為連接片。2BP14BP13BP11KAM2KAM3KAM額定壓力油壓下降油壓過低重復(fù)繼電器1BP2BP3BP4BP事故過低下限上限2MA B2QK2QK2MFb2MFa2KHa2KHc2MFc2FU2QKC2FU2QC2MF12MF23KAM22KAM2YV22XB2KHa2KHc2MF油泵電動(dòng)機(jī)備用投入斷續(xù)運(yùn)行連續(xù)手動(dòng)主回路自動(dòng)1KAM2熱信號器 油壓裝置可以自動(dòng)操作，還可以手動(dòng)操作。自動(dòng)操作又分為連續(xù)運(yùn)行、斷續(xù)運(yùn)行和備用三種方式。 在連續(xù)運(yùn)行

6、時(shí)： 將2QC切換到自動(dòng)位置，2XB連接。當(dāng)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，YV2動(dòng)作，接觸器線圈2MF勵(lì)磁，其接點(diǎn)2MFa,b,c閉合油泵電動(dòng)機(jī)2M啟動(dòng)，向壓力油槽打油。當(dāng)油壓達(dá)到上限值時(shí)，切換閥2RV抬起，壓力油經(jīng)切換閥排回集油槽油泵轉(zhuǎn)為空載運(yùn)行。如果由于機(jī)組操作或漏油使油壓降低到2RV的額定壓力以下時(shí)，則2RV落下，以后的動(dòng)作同前。 機(jī)組停機(jī)后，由于YV2斷開，油泵電動(dòng)機(jī)退出連續(xù)運(yùn)行方式。 在斷續(xù)運(yùn)行時(shí)： 將2QC切換到自動(dòng)位置，2XB斷開。壓力油槽的油壓下降到下限值時(shí)，4BP動(dòng)作，其接點(diǎn)4BP1閉合使重復(fù)繼電器2KAM動(dòng)作，又使2MF動(dòng)作，并通過其輔助接點(diǎn)2MF2自保持，接觸器線圈2MF勵(lì)磁，其接點(diǎn)2MF

7、a,b,c閉合油泵電動(dòng)機(jī)2M啟動(dòng)，向壓力油槽打油。當(dāng)油壓恢復(fù)到上限值時(shí)，2BP閉合，使1KAM1斷開，1MF失磁，油泵電動(dòng)機(jī)停止工作。 若油壓再次下降到下限值時(shí)，4BP再次動(dòng)作，以下的動(dòng)作同前。 在備用狀態(tài)時(shí)： 將2QC切換到備用位置。備用泵在下列情況下自動(dòng)投入運(yùn)行： 工作油泵電動(dòng)機(jī)操作回路或工作油泵電動(dòng)機(jī)以及工作泵本身發(fā)生故障時(shí)；當(dāng)機(jī)組甩負(fù)荷或油路嚴(yán)重漏油，使壓油槽油壓下降到過低油壓時(shí)。此時(shí)，3BP動(dòng)作，使3KAM勵(lì)磁，其接點(diǎn)閉合又使2MF勵(lì)磁，結(jié)果使2M啟動(dòng)，與工作泵并列運(yùn)行。（2）油壓裝置的自動(dòng)補(bǔ)氣 油壓裝置的自動(dòng)補(bǔ)氣是指自動(dòng)控制壓油槽的油位在其容積的3035%。+220VDC1SBBP

8、21FU1QC2BF1M OFF AYV02SB1KAM-220VDC2FUYV1YV2YVc1KAM11BF1BP12BF21KAM2補(bǔ)氣電磁閥開啟補(bǔ)氣電磁閥關(guān)閉上限油位中間繼電器 油壓裝置的自動(dòng)補(bǔ)氣控制應(yīng)滿足下列要求： 油位高且油壓低時(shí)補(bǔ)氣； 油壓高或油位低時(shí)停止補(bǔ)氣。 自動(dòng)補(bǔ)氣裝置由油位信號裝置和壓力信號器組成（如圖）。BF2BF1油位信號整定值30%Vr Vr 35%VrBP2BP1壓力信號整定值-1.5kPa Pc +0.5kPa 當(dāng)壓力油槽油位上升到上限值時(shí)，油位信號器接點(diǎn)1BF1接通中間繼電器1KAM，使1KAM1閉合；若此時(shí)油壓低于額定值，壓力信號器接點(diǎn)BP2閉合，使補(bǔ)氣電磁閥

9、開啟線圈YV0勵(lì)磁，從而打開補(bǔ)氣閥向壓油槽補(bǔ)氣； 當(dāng)壓力油槽油壓上升到額定值以上時(shí)，BP1將閉合（或因油位將至下限，2BF2閉合），使補(bǔ)氣電磁閥關(guān)閉線圈YVC勵(lì)磁，關(guān)閉補(bǔ)氣閥。（2）技術(shù)供水裝置的自動(dòng)控制技術(shù)供水裝置的用途 對水電站運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行冷卻和潤滑。供水對象包括：用于將發(fā)電機(jī)內(nèi)的熱空氣冷卻后，再重新進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)的發(fā)電機(jī)空氣冷卻器；用于對發(fā)電機(jī)推力軸承及導(dǎo)軸承潤滑油進(jìn)行冷卻的油冷卻器；空氣壓縮機(jī)冷卻；油壓裝置集油槽冷卻器；水輪機(jī)導(dǎo)軸承的潤滑和冷卻。技術(shù)供水系統(tǒng)的水源 水源的選擇須考慮用水設(shè)備的水量、水壓、水溫和水質(zhì)的要求以保證用水設(shè)備的安全運(yùn)行。一般作為技術(shù)供水的水源可有：上游水庫、下游尾

10、水和地下水源。技術(shù)供水系統(tǒng)的方式 技術(shù)供水方式因水電站水頭范圍不同而不同。常用的供水方式有自流供水、水泵供水和混合供水供水三種。自流供水： 自流供水系統(tǒng)的水壓是由水電站的自然水頭保證的。這種方式設(shè)備簡單、供水可靠。當(dāng)水電站的平均水頭（h）在2080m范圍內(nèi)，且水溫和水質(zhì)符合要求時(shí)，一般采用自流供水。 當(dāng)水頭小于20m時(shí)，水壓將不能滿足自流供水的要求； 當(dāng)水頭大于80m時(shí)，浪費(fèi)水能且減壓困難。h 水泵供水： 當(dāng)水電站的水頭不滿足要求時(shí)，可采用水泵供水。對于低水頭電站，水源可取至上下游；對于高水頭電站，水源可取至下游或地下水。水泵供水又分為有蓄水池和無蓄水池兩種。hh有蓄水池的水泵供水無蓄水池的水

11、泵供水 混合供水： 當(dāng)水電站的水頭為1220m時(shí)，一般采用自流和水泵供水的混合供水方式。h混合供水對技術(shù)供水系統(tǒng)的控制方式 技術(shù)供水系統(tǒng)采用水泵供水并設(shè)置蓄水池時(shí)，水泵電動(dòng)機(jī)的控制方式為： 自動(dòng)啟動(dòng)和停止工作水泵，維持蓄水池水位在規(guī)定的范圍內(nèi)；當(dāng)工作水泵故障或用水量大增而使蓄水池水位下降到備用泵啟動(dòng)水位時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)備用泵并報(bào)警。 技術(shù)供水系統(tǒng)采用水泵供水并不設(shè)置蓄水池時(shí)，水泵電動(dòng)機(jī)的控制方式為： 工作水泵隨著機(jī)組的啟動(dòng)而自動(dòng)啟動(dòng)，并在機(jī)組運(yùn)行期間保持運(yùn)行；當(dāng)供水總管的水壓下降到備用泵啟動(dòng)水壓時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)備用泵并報(bào)警；機(jī)組停機(jī)過程結(jié)束后，自動(dòng)停止水泵；供水管路上的閥門應(yīng)隨機(jī)組的啟動(dòng)和停止而自動(dòng)啟

12、動(dòng)和停止。 水泵供水方式的自動(dòng)控制機(jī)械系統(tǒng)圖：供水水泵停止水位工作泵啟動(dòng)水位備用泵啟動(dòng)水位BF2M1M 技術(shù)供水系統(tǒng)采用水泵供水，并且不設(shè)置蓄水池時(shí)，水泵電動(dòng)機(jī)的自動(dòng)控制。1MA B1MFb1MFa1KHa1KHc1MFcC1FUc1QC(2QC)KST13K11KHa1KHc1MF手動(dòng)操作開機(jī)時(shí)啟動(dòng)1K31FUb1K12K21K21MF電動(dòng)機(jī)控制調(diào)相時(shí)啟動(dòng)發(fā)電時(shí)保持備用時(shí)啟動(dòng)KST 開機(jī)繼電器，開機(jī)時(shí)動(dòng)作，停機(jī)時(shí)復(fù)歸；1K 導(dǎo)葉開位置繼電器重復(fù)接點(diǎn)，導(dǎo)葉打開時(shí)動(dòng)作，關(guān)閉時(shí)復(fù)歸；2K 示流信號器重復(fù)接點(diǎn)，當(dāng)冷卻水中斷時(shí)動(dòng)作；3K 導(dǎo)葉關(guān)位置繼電器重復(fù)接點(diǎn)，導(dǎo)葉關(guān)閉（調(diào)相運(yùn)行）時(shí)動(dòng)作；1MF，1

13、QC 空氣開關(guān)和選擇開關(guān)。（3）集水井排水裝置的自動(dòng)控制 為了保證水電站的生產(chǎn)安全，使廠房不至潮濕和被淹，采用集水井排水裝置來自動(dòng)排除廠房滲漏水和生產(chǎn)污水。排水水泵停止水位工作泵啟動(dòng)水位備用泵啟動(dòng)水位水位信號器2M1M排水總管排水 根據(jù)水位信號器發(fā)出的信號，自動(dòng)啟動(dòng)和停止工作水泵，維持集水井水位在規(guī)定的范圍內(nèi)；當(dāng)工作水泵故障或排水量大增而使集水井水位下降到備用泵啟動(dòng)水位時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)備用泵并報(bào)警。（4）空氣壓縮裝置的自動(dòng)控制 空氣壓縮裝置為機(jī)組調(diào)相運(yùn)行和制動(dòng)等提供壓縮空氣?？諝鈮嚎s裝置的自動(dòng)控制應(yīng)實(shí)現(xiàn)如下操作： 根據(jù)壓力信號器發(fā)出的信號，自動(dòng)向儲氣罐充氣，維持儲氣罐氣壓在規(guī)定的范圍內(nèi)；在空氣壓縮

14、機(jī)啟動(dòng)或停止過程中，自動(dòng)關(guān)閉或打開空壓機(jī)的無負(fù)荷閥，對水冷式空壓機(jī)還須自動(dòng)供給和停止冷卻水；當(dāng)儲氣罐的氣壓降低到工作壓力下限時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)備用空壓機(jī)并報(bào)警；當(dāng)壓力過高或空壓機(jī)出口溫度過高時(shí)發(fā)出報(bào)警信號。5.4 蝴蝶閥和進(jìn)水口閘門的自動(dòng)控制 在水輪機(jī)的過水系統(tǒng)中，裝置在水輪機(jī)蝸殼前的閥門為蝴蝶閥，裝置在進(jìn)水口處的閘門為進(jìn)水口閘門，都是用于打開或關(guān)閉進(jìn)入水輪機(jī)的水流。進(jìn)水口閘門蝴蝶閥水輪機(jī)Q（1）蝴蝶閥的自動(dòng)控制蝴蝶閥的作用 減少停機(jī)時(shí)的漏水量：當(dāng)機(jī)組較長時(shí)間停機(jī)時(shí)，導(dǎo)葉漏水幾乎不可避免，漏水流量可達(dá)機(jī)組最大流量的23%。由于蝴蝶閥關(guān)閉較嚴(yán)，可大大減少漏水。 縮短機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間：機(jī)組停機(jī)時(shí)，一般不希望

15、關(guān)閉進(jìn)水口閘門，因?yàn)檫@樣放掉引水管的水以后，機(jī)組啟動(dòng)時(shí)又要重新充水，延長了啟動(dòng)時(shí)間。 構(gòu)成機(jī)組檢修的安全工作條件：在岔管引水的水電站，當(dāng)其中一臺機(jī)組檢修時(shí)，為了不影響其它機(jī)組的運(yùn)行，可關(guān)閉蝴蝶閥。 由于蝴蝶閥只有全開和全關(guān)兩種狀態(tài)，故只能用于切斷水源。蝴蝶閥的構(gòu)成 蝴蝶閥由閥體、活門、密封裝置、鎖定裝置和附屬部件構(gòu)成。蝴蝶閥工作的示意圖如下：閥體活門軸蝴蝶閥開啟時(shí)蝴蝶閥關(guān)閉時(shí) 密封裝置的作用是止漏。為了防止活門與閥體之間的漏水，常采用橡膠圍帶止漏，如圖。橡膠圍帶安裝在閥體上。當(dāng)活門關(guān)閉后，圍帶內(nèi)充入壓縮空氣，圍帶膨脹，封住周圍間隙，活門開啟前應(yīng)先排氣，圍帶縮回方可進(jìn)行活門開啟。壓縮空氣圍帶活門

16、閥體鎖定水流 由于活門在稍偏離全開位置時(shí)即有自關(guān)閉的水力力矩，因此在全開位置必須設(shè)有鎖定裝置。同時(shí)，為了防止因漏油或液壓事故以及水的沖擊作用而引起的誤開或誤關(guān)，一般在全開和全關(guān)位置都應(yīng)投入鎖定裝置。 蝴蝶閥可以在動(dòng)水下關(guān)閉。但在開啟時(shí)為了減少作用在活門上的水力矩，以及消除在動(dòng)水開啟時(shí)所發(fā)生的振動(dòng)，要求在活門兩側(cè)的壓力相等后才能開啟，故在閥體上裝設(shè)旁通管和旁通閥。開啟蝴蝶閥前，先開啟旁通閥，對閥充水，然后在靜水中開啟蝴蝶閥。旁通閥旁通管蝴蝶閥引水管蝴蝶閥開啟控制蝴蝶閥開啟條件： 導(dǎo)葉處于全關(guān)位置；蝴蝶閥處于全關(guān)位置；機(jī)組無事故；無蝴蝶閥開啟命令。蝴蝶閥開啟控制過程： 打開旁通閥，對蝸殼充水；當(dāng)蝴

17、蝶閥前后的水壓基本平衡后，空氣圍帶排氣；排氣完成后，將蝴蝶閥打開到全開位置；投入鎖定并關(guān)閉旁通閥。蝴蝶閥關(guān)閉控制 拔出鎖定；打開旁通閥；將蝴蝶閥關(guān)閉至全關(guān)位置；對空氣圍帶充氣；投入鎖定并關(guān)閉旁通閥。（2）進(jìn)水閘門的自動(dòng)控制 以油壓式啟閉機(jī)的自動(dòng)操作為例，說明進(jìn)水口閘門（一般兼作快速閘門）自動(dòng)控制的一般原理。其操作必須滿足下列條件： 正常提升和關(guān)閉，且提升時(shí)應(yīng)滿足充水開度的要求； 機(jī)組事故時(shí)，應(yīng)在兩分鐘內(nèi)自動(dòng)緊急關(guān)閉閘門； 閘門全開后，若由于某種原因使閘門下降到一定的位置，則應(yīng)自動(dòng)將閘門重新提升到全開位置。2M1M水流操作用壓力油罐ST閘門壓力鋼管1BP3BP1YDV01YDVC2BP1YV2YV回油1YV，2YV 啟動(dòng)閥，打開時(shí)油泵向啟閉機(jī)提供提升閘門的壓力油；1YDVO 電磁配壓閥開啟線圈；1YDVC 電磁配壓閥關(guān)閉線圈； 閘門開啟時(shí)，先將閘門開至充水開度，當(dāng)壓力鋼管充滿水后，再將閘門升至全開位置。 閘門全開后，由于某種原因使閘門下滑200mm時(shí)，工作泵執(zhí)行開閘；若下滑超過300mm時(shí)，備用泵執(zhí)行開閘。進(jìn)水口閘門自動(dòng)控制機(jī)械液壓系統(tǒng)圖作業(yè)：（1）簡述電磁閥、電磁空氣閥和電磁配壓閥在水電站自動(dòng)化中的作用