小型水轮发电机组中可编程微机调速器的应用.pdf

题 [ 文章编号] 1 0 0 2 0 6 2 4 2 0 1 3 0 3 0 0 6 6 0 3 东北水利水电 2 0 1 3年第 3期 小型水轮发电机组中可编程微机调速器的应用 王颖 辽宁省 白石水库管理局 ， 辽宁 朝 阳 1 2 2 0 0 0 【 摘 要] 在水轮发电机组中， 水轮机调速器是其中重要的组成部分， 能够对水轮机的转速以及 出力进行 自动调节。通过使用调速器控制进入水轮机 内转轮的流量 ， 来对水轮发电机的转速 进行调节， 从而实现水轮发 电机组的启动、 停机、 调相以及发 电操作之间的互相转换。如今有 很 多开发商为了能够提 高水轮机的效率， 在其内部使用了先进的可编程微机调速器。 本文主 要 介 绍 了一种 B T W--6 0 0可编 程微机调 速 器的 内部 构成 、 操作 原理 以及这 种可 编程微机调 速 器在 小型水轮 发 电机 组 中的应 用。 [ 关键词 ]小型水轮发 电机组 ； 可编程微机调速器 [ 中图分类号 】 T M3 1 2 ． 2 [ 文献标识码 ] B 1 B T W-- 6 0 0 可编程微机调速器 的概述 B TW--6 0 0 可编程微机调速器是由微机调节器、 电液 随动系统以及油压装置三部分组成。微机控制器是用来测 量控制机组的频率以及功率 ； 电液随动系统主要负责调速 器中的执行部分， 在接收到微机控制器所发出的控制信号 后 ， 驱动水轮机进行工作 ； 油压装置是给液压随动系统提 供能源的。 这种调速器的电气箱和机械柜是一体的 ， 机械柜相隔 离的电器箱中放置一些 电器部件 ，包括可编程控制器、 触 摸屏 、 综合信号放大器以及不 间断的电源 ， 这样在维修及 检测的时候就很方便。电液随动系统放在电气箱机械柜的 下面 ， 里面有步进电机操作缸 、 滤油器、 杠杆系统及主配压 阀组件 、 事故停机电磁阀等部件。 微机调节器的控制核心是可编程控制器 ，简称 P L C。 P L C可以适应恶劣的工业环境 ， 它比普通的计算机控制系 统具有更高的可靠性及抗干扰性。P T是图象显示和触摸 控制于一体的操作终端 ， 他可以代替以前调速器上面的表 计指示灯和一些按键。B T W--6 0 0 可编程微机调速器使用 了 P L C以及 P T，比普通的微机调速器及那些模拟的电液 调速器有更高的可靠性， 操作比较简单， 功能更加完善。 2 功能 1 能够控制机组的空载运行 ， 对于投入电网运行的步 骤微机调速器可以进行单独调节以及成组调节 ， 另外还可 以手动控制机械的运行。 2 水轮发电机的开机 、 停机 、 并网、 调整频率、 负荷的 增减 、 紧急停机等情况都可以用手动来控制和运行。 3 在手动运行水轮发电机的时候 ， 微机调速器会输出 6 6 自动跟踪信号 ， 对导叶开度有个调控， 另外还可以随时无 干扰地将手动状态切换到自动状态。 4 进行并网之前 ， 机组可以对电网的频率进行 自动跟 踪 ， 如果电网频率出现故障 ， 那么频率就会自动切换到开 机所需要的频率。 5 在这种可编程微机调速器的构件上， 设置了水位和 功率的信号传感器的端口。 6 设置了上位机的通讯接 口， 这样便于对全厂的计算 机实行监控和管理。 7 具有在线诊断故障的功能。 8 使用 U P S 进行供 电， 这样即使断电了， 机组还是能 够保持运行状态， 并且向管理人员发出警报 。 3 微机控制器的配件设置 3 ． 1 控 制器 的组成 控制器是由 8 个模块构成，分别是 C P U， P L C电源、 开关量输入、 开关量输出、 测量频率、 信号综合放大 、 震荡 器、 步进 电机驱动器， 这 8 个模块功能各自独立。 其中 C P U 模块是通过总线的控制来与其他模块进行信息的交换 ， 从 而实现整个机器的调节运行 。 一般所使用的 P L C是一种体 积比较小 ， 称为 C Q M1 。 这种可编程控制器速度快， 具有极 强的抗干扰能力 ，所采用的继电器逻辑是世界所通用的。 微机控制器的系统框图见图 I 。 3 ． 2 控制器的特点 这种 CQM1的可编程控制器是由 日本欧姆龙公司开 发的， 是新一代的中央处理单元， 它具有很多特点 1 输入和输出的点数可以根据需要 ， 自由地进行选择 和构成， 最多的时候可以达到 1 9 3点。 2 0 1 3年第 3 期 东北水利水电 图 1 系统 框 图 2 输入和输出数据的速度较快， 可以称为高速处理。 3 在控制器内部的 C P U模块中， 有一个智能终端和一 个外围设备端口， 这两个端口与控制器的显示器进行连接就 可以与上位机进行联系， 电厂上下可以实现监控管理。 4 在这个可编程微机调速器中 ， 有 4路是信号由模拟 转换成数字 A ／ D转换 ，还有 2 路是由数字转换成模拟 D ／ A转换 。 3 ． 3 控 制器的操 作原理 1 可编程微机调速器中的开关量输入模块是用来将二 次操作回路过程中所出现的开关量的信号，包括开机、 停 机、 并网 、 调整频率、 负荷的增减 、 手 自动切换等信号传递 给微机 。为了能够进一步防止出现抖动和干扰的情况， 先 通过光电隔离器将这些信号隔离 ， 然后再向内部电路进行 输送 ， 并且进行滤波处理工作 ， 最后才是由中央处理单元 对接受的开关量信息进行读取 ， 再根据不同状态的具体需 求做出相应的操作调整。 2 可编程微机调速器中的开关量输出模块是用来输出 出现电气故障时系统所产生的开关量信号。例如， 当可编 程微机调速器检测到导叶反馈或者是机组频率有 出现故 障的时候 ， 就会通过可编程微机调速器来驱动另外一个备 用的发 电器， 并且通过这个发点气的接点， 向二次回路发 出电气故障信号， 从而开关量输出模块接收信号并输出。 3 可编程微机调速器中的测量频率模块是用来将显示 终端所显示的机组频率信号以及电网频率信号， 在经过滤 波之后 ， 将这种信号转换成数字量， 然后通过可编程控制 器的中央单元读取数字量 ， 最后利用 P I D运算来控制水轮 发电机的开或关。 4 可编程微机调速器中的综合放大模块 ， 是将可编程 控制器所需要采集的有关导叶的位置 、 机组的有用功率等 一 些模拟数值输入信号之后转换成数字信号， 再对导叶的 位置以及机组功率进行调整转换 。用 1 0 v以内的标准直 流电压向可编程控制器的模拟数字转换 口供应电量 ， 将信 号转换成数字量。 5 可编程智能终端是一个终端显示器， 触摸屏 ， 替代 以前所用的按钮以及仪表 ， 操作更加简单 ， 更能够直观地 显示操作流程。 6 可编程微机调速器中的电源模块 ， 是专门给可编程 控制器提供电源的。 7 可编程微机调速器中的振荡器 ， 是将综合放大模块 中所接受的控制信号转变成止转脉冲或反转脉冲 ， 从而控 制驱动器的运转。 8 可编程微机调速器中的步进电机驱动， 是将振荡器 上面符合要求的脉冲 ， 包括正转脉冲或反转脉冲 ， 将这些 脉冲按照实际的顺序分配给各个相 ， 经过放大之后变成功 率电流， 这样就可以为步进电机驱动所用。 9 由美国加州生产的不间断电源在可编程微机调速器 的运用 ， 不仅对负载不间断供电， 还净化了工厂所使用的 交流电源 ， 进一步确保可编程微机调速器能够正常运行。 4 直流操作回路 4 ． 1 概述 可编程微机调速器的直流操作网路分为两个部分 强 电和弱电。弱电是在 2 4 v以内的电流 ， 它的功能是根据机 组具体的工作状态 ， 通过继 电器的触碰点， 控制机器的开 关以及紧急停机 ， 从而机组能够保持正常运行； 另外弱电 部分是将二次 回路中通过 的开关量信号的输入到开关量 输入模块 ， 可编程控制器却是根据不同机组所反映出的不 同的状态 ， 对工作程序进行更改调整， 整个直流操作回路 的基本结构示意图如下图所示 见图 2 。 4 ． 2 原理 当可编程控制器中的控制母线在失去电源供给的时 候 ， 直流电源的监视 器里的线圈也会失去电量 ， 电源监视 继 电器上的一对往常都是闭合的触点就会向可编程控制 器发出电源消失的信号 ， 可编程控制器就会根据收到的信 号 ， 对那些由于直流回路失去电量而发出的错误信号进行 锁 闭， 使调速器不会产生错误的机械动作 ， 这样另一对往 常都是闭合的触点就会将这个信息传递给二次网络 ， 这个 信号一般也可以是作为报警信号。 如果中控室发出开机的命令 ， 那么线路就会闭合 ， 直流 电源监视继电器也就能够获得电源，继电器上的一对常开 触点就会向可编程控制器发出开机的信号，可编程控制器 在接到信号之后就会执行这个有中控室发出的开机命令。 如果中控室发出关机的命令 ， 那么线路就会闭合 ， 直流 电源监视继电器也就能够获得电源，继电器上的一对常开 触点就会向可编程控制器发出关机的信号，可编程控制器 在接到信号之后就会执行这个有中控室发出的关机命令。 如果中控室需要进行线路操作 ， 那么直流电源监视继 6 7 题研 东北水利水电 2 0 1 3年第 3期 二次 回路 图 2 直流操作 回路 基本 结构示 意图 电器就能够获得电源 ， 在并网或者是 自动的状态下， 可编 程控制器在接到信号之后就会执行这个相应的减少或者 增加符合的命令。 5 操作系统的应用 一 方面， 在 DB T W一 6 0 0可编程微机调速器中 ， 通过可 编程技术实现终端操作与监控。其操作系统主要包括主菜 单 、 工况显示 、 参数编辑、 故障显示以及修改密码等内容 ， 当调速器进人运行状态 ， 系统就会显示 “ 主菜单” 图像 ， 下 设工况显示 、 故障显示、 机旁操作 、 密码修改 、 参数编辑五 大子 目录 ， 进入相关显示图像之后， 就可以执行相应操作。 另一方面 ， 该调速器可采用电气 自动操作与液压手动操作 两种模式 ， 具有灵活、 便捷的优势， 可操作性较强。 6 结语 通过对机组的进一步调试与应用， 测试了调速器的主 要功能， 与设计要求相符； 其中， 导叶紧急关闭时间为 4 s ， 开机时间为 1 4 s ； 在甩 5 0 ％ 负载状态下 ， 转速上升约 1 0 ％； 当甩 1 0 0 ％ 负载状态下 ， 转速上升约 2 5 ％； 经过 1 年的运行 之后 ， 发现该调速器运行稳定 、 可靠 ， 操作便捷 ， 具有广泛 应用和推广价值。 、 [ 参 考文 献] [ 1 ] 潘熙和， 周国斌． 水轮机可编程调速器若干问题研究[ 妇． 长江科学院院报 ， 2 0 0 1 O 1 ． [ 2 ]陈启卷， 王学武． 水轮机 P L C调速器数字测频的研究[ T ] ． 大电机技术 ， 1 9 9 4 0 4 ． [ 3 ]乜光明， 刘晶． 可编程微机调速器在小型水轮发 电机组 中的应用[ I ] ． 黑龙江水利科技， 2 0 0 5 0 5 。 [ 4 ]程远楚 ， 田炜 ， 叶鲁卿， 蔡维由． 水轮机调速器的智能非 线性 P I D控制E j ] ． 水电自动化与大坝监测， 2 0 0 4 0 3 ． [ 5 ]魏守平， 卢本捷． 水轮机调速器的 P I D调节规律[ T ] ． 水 力发电学报 ， 2 0 0 3 0 4 ． [ 6 ]程远楚， 李峥嵘， 傅闯， 叶鲁卿． 基于 8 0 C 1 9 6 K C单片机的 水轮调速器[ T ] ． 水电能源科学， 2 0 0 2 0 1 ． [ 7 ]王鹏飞。 王保强． 基于 MS P 4 3 0 单片机的直流电机 P WM 调速系统的研究[ 1 ] ．成都信息工程学院学报， 2 0 0 3 0 2 ． 【 收稿 日期】 2 0 1 2 1 2 0 3 上接第 5 5页 号水库 和 2 4 0 座小型病险水库除险加固任务， 落实小型病 险水库降等报废的工程措施， 完成 1 1 6 座大中型病险水闸除 险加固 ， 进一步提高防灾减灾和供水安全保障能力。 2 进一步加强辽河、 鸭绿江干流治理 ， 综合治理大小 凌河 、 浑河 、 太子河、 大辽河、 清河 、 浑江等 1 5条主要江河 支流 、 独流人海河流及界河 ； 继续实施鸭绿江综合整治工 程和辽河 口综合整治工程 ；对 1 4 3 条重点中小河流重要河 段进行治理 ； 依法实施大江大河河道清障工程 ； 加快 1 3 个 市 不含大连 和 3 1 个重点县 市 防洪工程建设 ； 加强沿 海地区海防堤工程建设。到 2 0 1 5年 ， 大江大河干流主要河 段、 地级城市防洪标准达到或超过 5 O年一遇以上 ； 重要支 流、 中小河流重要河段防洪标准达到 1 O 年或 2 O 年一遇， 部 分重要河段及沿海重点防潮堤标准达到 2 0 年一遇 以上 ， 为防洪减灾提供可靠的防洪安全保障。 3 辽宁省涝区涉及除朝阳以外的 1 3 个市所属的 5 1 个 县 市 、 区 ， 涝区内耕地面积 1 2 9 ． 7 1 万 h m 2 ， 其中易涝耕地 面积 1 0 1 ． 2 6万 h m2 ， 占涝区耕地面积的 7 8 ． 0 7 ％。因此， 必须 高度重视除涝工程建设。一是组织专业规划设计部门编制 6 8 修订涝区规划， 提 出适应今后涝区发展的总体规划和有效 措施。二是落实涝区工程建设资金投入 ， 建立涝区更新改 造专项资金 ， 加快对涝区排水闸站的更新改造步伐 。三是 发动涝区群众加强田间排水沟道的清淤 ， 恢复田间沟道排 水功能。 4 加大防洪非工程建设力度。 一是加快辽宁省防汛指 挥系统建设。二是加强水利信息化建设和管理工作 。三是 加强水文气象基础设施建设 ，加快应急机动监测能力建 设。 四是加强基层防办能力建设。 五是围绕防汛工作， 加强 主要河流行洪能力分析及防汛特征水位的研究 ； 加强辽 宁 省致灾暴雨的成因及预警体系研究； 加强大中型河流测流 技术的研究． 力 Ⅱ 强辽宁省主要城市防洪风险分析及预警研 究 ． 力 口 强辽宁省主要河流超标准洪水风险分析及蓄滞洪区 划分研究 ；加强辽宁省雨情测报及洪水预报技术体系研 究， 全面提升辽宁省的防灾减灾能力。 【 收稿日期】 2 0 1 2 1 2 1 4