PCC可编程调速器在乌鲁瓦提水电厂的应用.pdf

技术交流 S M A L L H Y D R O P O W E R 2 0 1 0 N o 4 T o w 2 N o l S 4 P C C可编程调遣器在乌鲁瓦提水电厂的应用 西尔艾力 艾则孜邵彬 乌鲁瓦提水力发电厂 新疆和田8 4 8 0 0 0 【 摘要】分析鸟鲁瓦提水电厂原调速器存在的问题，提出调速器更换 J ,Z - 要性，并对新型 P C C可编程调速器的结构、 原理及调 速器在应 用过程 中过速的原 因和处理方法进行 了详 细的介绍。 图 2幅。 【 关键词】 调速器P C C 技术改造 乌鲁瓦提水电厂位于新疆和田喀拉喀什河流域 支流，距离和 田市7 1 k m。电站安装有 4台1 5 M W 立轴混流式水轮发 电机组，为和 田地 区第一调频 厂，水轮机型号为 H I J F 2 5 1 1 一U一 1 6 2 0 ，额定流量 2 2 ． 1 4 m 3 ／ s ，额 定 水 头 7 8 i n ，调 速 器 额 定 油 压 2． 5 MP la 。 水轮机调速器是水轮发电机组重要控制设备 ， 它的任务是不断地调节水轮发电机组的输 出功率 ， 维持机组的转速 频率 在额定 转速的规定范 围 内 1 ] ，并实现机组开 、停机和增减负荷等功能 ，水 轮机调速器性能的好坏关系着电能的质量和机组的 安全稳定运行 。 1 问题的提出 随着和田地区电网容量的不断增加 ，对电厂的 要求越来越高 ，要求机组必须具备一次调频功 能。 乌鲁瓦提水电厂原调速器采用武汉三联水电控制有 限责任公司生产的 B W卜 8 0型 P L C步进式调速器 ， 2 0 0 0年投运。由于受技术所 限，调速器存在如下 几方面的问题。 1 一次调频性能不能满足调度的要求。 2 机组在孤网下运行不稳定，机组过调较大。 3 结构复杂 ，检修维护不方便 ，维护量大。 4 静态漏油较大，压油泵起动频繁。 5 无 自复 中功能，依靠钢丝绳反馈 ，反馈精 度较差 。 6 电位器反馈调整较为困难，需要反复多次 调整。 为了改善调速器的动态和静态调节品质 ，确保 调速器的各项性能都满足机组安全稳定运行以及电 网的要求 ，必须对调速器进行升级改造。 2 0 2 P C C可编程调速器 结合存在的问题，经过市场调研，决定采用武 汉能达公司生产的 WB D T --8 0型可编程控制器步进 式调速器 ，该调速器是 不同于常规 P L C的新一代 可编程控制 产品，采用 P C C为控制核心 ，并采用 了贝加 莱 公 司 B R 的可 编 程 计 算 机 控 制器 B R 2 0 0 3 。它面向自动化过程 ，而不是面向继电器 逻辑电路仿真。P C C代表着一个全新的控制概念， 它集成了可编程逻辑控制器 P I E 的标准控制功 能和工业计算机的分时多任务操作系统功能，能方 便地处理开关量和模拟量 ，进行回路调节 ，并能用 多种高级语言编程 ，具备大型机 的分析运算能力。 这些优越性都为水轮机调速器提供了强有力的资源 保证。 2． 1 系统 结构 调速器结构由电气部分和机械部分构成 见图 1 。其 中，电气部分核心 为 P C C控制器 ，通过采 集机频 、网频 、开关量、水头 、功率 ，以及 中位和 导叶反馈等电气量进行计算 ，利用步进 电机来控制 机械部分 ，显示部分为触摸屏 ，能方便地对系统参 数进行查看和修改。机械部分 由急停阀组 、主配、 自复中装置和接力器构成。电气和机械部分构成闭 环系统 ，实时保证机组转速在正常范围内。 2 ． 2测频 原理 调速器有四路测频 ，三路机频 ，一路网频。其 中三路机频一路为机组残压 P r r 信号 ，另两路为齿 盘信号。测频回路互为备用，保证其测频可靠性。 正常运行时 ，残压测频经与齿盘测频进行比较验证 无误后 ，供调速器测频使用。当残压测频故障或比 较结果超出范围时 ，用齿盘测频信号供调速器测频 使用 。调速器在并网后，网频仍可作调速器的测频 小水电 2 0 1 0 年第 4 期 总第 1 5 4 期 技术交流 I 显 示 _ - - I 濒 卜 _ - ● ； ● 悃 L _ _ J 控 i 一_ ． { I | - L l _ 器 -_ - P C 外部信号 C 1 ． j r - ’ J 一 ．j■睹盟 h ／ “ z l m “ ZL -l t l l 卫蛐●■■ n it - ．_一-．_ -．．- -．_一-- -- ．-。一 。． 一-．_．。 ．- 。． _--．_- -_-- ---- ---- --- - ’ 图 1 调 速器原理 后备 。调速 器利 用 P C C控制器 内部 T P U模 块 的 4 M H z 高 速 计 数 直 接 测 频 ，测 频 精 度 能 达 到 0 ． 0 0 1 I - I z 以上 2。避免了一般 P I E 因计数频率低而 另用测频模块向可编程传递频率数据 ，同时也避免 了数据传递过程中的延时和不稳定性；使测频可靠 性 、实时性大大提高。用 P C C直接测频 ，器件少 、 接线少 、速度快 、可靠性高 、测频 回路简洁 ，维护 方便。 2 ． 3 自复 中功能 调速器通过无油电位转换器实现 自动复中功能 见图 2 ，该结构由步进 电机、中位传感器、滚珠 丝杠、复 中弹簧等元件构成。当电气信号驱使或手 动操作步进电机时 ，滚珠丝杠将旋转信号转换成垂 直位移信号 ，实现 电一位移转换 ；当弹簧受到压 迫 ，并外力撤销时 ，滚珠将在弹簧的作用下将位移 变换成旋转信号给步进电机 ，同时带动主配复 中。 l 图2自复中装置结构 由于该复中过程为纯机械运动，控制器电源消 失后也能保证其主配正确复 中，彻底解决 了原调速 器在调节过程中电源消失无法 自动复中而引起的失 控事故。 2 ． 4 调 试 录波功 能 调速器 P C C控制器编程软件除具有编程 、监 视功能外 ，还有重要录波监视、追踪功能 ，利用软 件中追踪功能可以对各种 自定义变量进行录波和追 踪 ，特别是在调速器各种特性试验时 ，能轻易地实 现波形查看、性能分析、故障查找等功能，对于一 般的试验 ，不需购买专用调速器测试仪器也能完成 部分试验功能，使用非常方便。 2 ． 5 自适应参数修 改功能 该调速器有 1 套开机 自适应参数修改程序 ，当 导叶开至第一起动开度 ，机组转速开始上升。当机 组频率 4 5 H z 时，导叶回关到第二起动开度，P I D 参与调节，机组自动跟踪网频，女 蜾 无网频信号或 网频故障时，机组自动跟踪5 0 H z 。导叶第一开度 和第二开度由水头给定值确定，当没有接入水位传 感器时 ，将由上一次并网瞬间开度作为本次开机的 开度参考值。此举为无水位传感器的电站提供 了方 便 ，避免了机组 因水位修改不及时而造成无法开机 或开机过速的情况。 3 运行中存在的问题处理 P C C可编程调速器在 1 号机和 4号机改造过程 中运行 以来 ，曾发生过一起过速事件 。 3 ． 1 故障过 程 2 0 0 8年 7月 8日 1 5时 1 5分 ，1号机带孤网负 荷 4 1 0 0 k W，开 度 4 0 ％，1 0 k V I段 突 然 增 加 4 8 0 0 k w负荷 ，发 电机频 率 突然 降至4 7 ． 6 H z ，调 速器发生故 障。功 率反馈故 障，导叶 中位反馈故 障 ，之后频 率一度上升至6 0 ． 7 H z ，而 中控室无法 对频率调整 ，经过现场复归后 ，手动调整正常。 3 ． 2 原因分析 由于 1 号机单机带孤网负荷 ，为了保证其速动 性 ，调速器永态转差系数 b 。 设 为 1 ％。当负荷 突 然增加4 8 0 0 k W，发电机频率迅速下降至4 7 ． 6 H z ， 此时频差 为F c F 2 ． 4 H z ，调速器 静态表达 式 刮y c Y p i d F c F g ／ 5 0 x b p 4 8 0 ％ 式中，F c 为频率给定，额定值5 0 H z ；F 为 机频 ，额定频率为5 0 H z ；Y c ，Y p i d 为导叶行程相对 值 ，取值范围为 0 ～1 0 0 ％。 由于原开度为 4 0 ％，调速器将 下转第 1 9页 21 小水电 2 0 1 0 年第4 期 总第 1 5 4 期 技术交流 过分频繁，影响机组导叶机构的使用寿命 。 5 P I D软件应用试验 安城电站机组 自动发电系统 P I D软件 2 0 1 0年 3 月 2 8 E 1 投入试运行 ，电站前池控制基准水位设 定 为3 5 ． 6 5 m，水位偏差范 围设定为 1 5 c m，自动开 机水 位 设 定 为 3 6 ． 2 m， 自动 停 机 水 位 设 定 为 3 5 ． 4 m，P I D各参数统一修 改为 0 ． 8 ，调整时 间间 隔设定为2 0 s 。 机组 自动发电控制系统软件投入运行半个多月 来 ，经历了机组2 4 h 连续运行 和调峰发 电运行 2种 方式 。 1 P I D系统投入运行状态 ，平时 电站机组停 机时必须处于热备用状态 ，即高压隔离开关处于合 闸位置，机组辅助设备系统必须处于完好状态 ，符 合水位自动开机条件， 计算机立即自动启动机组并 网运行。 2 从前池水位历史记录曲线看到 ，电站前池 水位运行 明显 比人 工调整稳定 ，实 际变化幅度在 1 5 e m内，不再出现水位过高或过低现象。 3 从机组功率历史记录曲线及 电量报表分析 ， 2台机组的实际出力有差异 ，日发电量有差异 ，这 跟机组本身的功率特性有关 ；同时 2台调速器的开 度和调整性能也有差别 ，相同功率开度差异大。在 ．驰 机组 P L C的自动功率控制系统 A G C ，当功率设 定值与上一次差数小于5 0 k W时 ，可将调速器开度 保持不变 。 4 从现场 P I D自动计算的实时设定功率值看 到 ，当 P I D计算调整出力变化小 于5 0 k W时，机组 实际出力不变化 ，导叶开度不动 ，说明调速器没动 作。P I D自动计算调整 出力有时变化较大，实际出 力相应变化也就大，说明调速器动作幅度大 ，机组 导叶开度也变化大，但是调速器动作基本上没有产 生上下过调节的现象。 6 结语 软件投人运行以来 ，电站机组 自动开停机动作 基本正常 ，水位 自动调整机组出力运行稳定 ，大大 减轻了值班人员的操作调整工作量，电站机组 自动 发电系统软件应用试验取得成功。 ■ 郑太林 1 9 6 3 一 ，男，工程师，主要从事水利水电管 理工作 。E m a i l z j a j l i n q q ． t o m 朱永祥 1 9 7 0一 ，男，主要从事水利水电管理 工作。 E ma i l 6 3 2 3 2 5 3 6 3 q q ． t o m 马金华 1 9 6 3一 ，男，工程师，主要从事水利水电管 理工作。E m a i l m i h 6 3 0 9 1 6 3 ． t o m ．S ． S 舢舢 ； l L ． S I L． ； 止 ． j ‘ L． ； ． S 屯 ． 驰 上接第 2 1页迅速开启接力器 ，但导叶此时全开 也不能将频率调节至5 0 H z ，辅助接力器 中位传 感器将全开 ，中位传感器突变达到最大值 ，将超 过中位跳变容忍值 2 0 0 ，功率也会发生大幅度的跳 变 ，超过容忍值 ，调速器将会发生导叶中位反馈故 障和功率反馈故障。而导叶中位反馈故障调速器将 自动切手动状态 ，处于手动状态时，中控室将不能 增减负荷。频率上升至6 0 ． 7 H z ，导致过速事故 的 发生 。 3 ． 3解决方 法 1 单机孤网运行时，在触摸屏上调整中位通 道跳变容忍值 由原 2 0 0至 6 0 0码 ，功率跳变容忍值 至 8 0 0码 ，增大其故障判断范 围。 2 将调速器永态转差系数改为 2 ％，使机组 在调节过程中承担负荷较原来少。 3 严格控制大负荷 的投退容量 ，防止频率下 降或上升幅度过大造成机组故障的发生。 4 结语 乌鲁瓦提水电厂 1 号机和 4号机调速器 自改造 责任编辑吴 投入运行 以来 ，经历了甩负荷 、紧急停机 的考验， 从运行 的效果来 看，不仅提高 了设备 的安全 稳定 性 ，而且减少了设备维护工作量 ，减轻 了工作人员 的劳动强度 ；此外由于触摸屏的存在 ，对现场的分 析和事故追忆提供 了方便 ，减少了静态漏油量 ，有 效地解决了原调速器所遇到的问题 ，达到了预期的 目的。 参考文献 [ 1 ] 沈祖诒．水轮机调节[ M] ．北京 中国水力水 电出版 社 ， 2 0 0 8 ． [ 2 ] 宜昌市能达通用电气公司． WB D S T系列水轮机调速 器技术说明书[ z ] ． 2 0 0 5 ． [ 3 ] 魏守平．现代水轮机调节技术[ M] ． 武汉 华中科技大 学出版社 ， 2 0 0 2 ． ● 西尔艾力 艾则孜 1 976一 ，男，工程师，主要从事 水利发电工作。E m a il _．x i r一 0 9 0 3 s i n a ． t o m 责任编辑吴昊 l 9