PSWT—100型可编程微机调速器在乌溪江水电厂的应用.pdf

小水电 2 0 1 1 年第4 期 总第 1 6 0 期 减振增容改造 P S WT I O 0型可编程微机调速器在 乌溪江水电厂的应用 赖建东 浙江华电鸟溪江水力发电厂 浙江衢 州 3 2 4 0 0 0 【 摘要】介绍鸟溪江水力发电厂 P S V vq --l O O 比例数字式可编程微机调速器的性能特征、调节规律、调速器系统的工 作原理及应用过程中出现的问题的改进与建议。图2 幅， 表 1 个。 【 关键词】调速器性能调节原理鸟溪江水力发电厂 0引 言 浙江华电乌溪江水力发电厂位于钱塘江水系乌 溪江支流，7 台机组总装机3 7 2 M W，是浙江电网的 主力调峰厂，主要担任浙江电网顶峰、事故备用任 务。机组原 P L C Ⅲ调速器因设备年久陈旧，电气元 件老化，运行故障发生率多，主配、引导阀间隙、 液压油路系统内漏增大 ，自2 0 0 6年 l 2月至 2 0 0 9年 5 月，对 7台机调速系统进行了技术改造，现调速 器采用的是 P S WT --1 0 0比例数字式冗余可编程控 制逻辑微机调速器，由武汉三联水电控制设备公司 研制 ，以 P L C可编 程控 制器 作 为调节 控制 核心 ， 配以块式直连型机械液压随动系统。 1 性能特征 P S WT --I O 0型微机调速器具有断电自 动复中功 能的互为热备用的比例伺服阀和数字阀组成，微机 调速器采用法 国施耐德公 司产 品 M O D I C O N T S X Q U A N T U M P L C ，选用 1 2 。 1 ” 彩色液晶显示触摸屏实 现人机对话 ，日本 O MR O N继电器 ，德国 B O S c H和 H A W E产品电液转换单元 ， 其他自动化元件采用法 国施耐德公司或者 E t 本 O M R O N公司产品。其主要 功能和特点如下。 1 产品的设计 ，元 器件 的采购 ，调速器 的出 厂与现场试验均符合 电气与电气工程师协会标准 I E E E ／ I E C 6 0 3 6 2 --1 9 9 8 ； 水轮机电液调节系统及 装置技术规程 D L ／ 5 6 3 --1 9 9 5 } ； 水轮机调速系统 试验国际规程等规范。 2 适用于启停频繁的水轮发电机组，快捷平 稳地达到空载开度 ，转速偏差小。大 电网运行安全 可靠性高 ，小电网运行响应迅速 。 3 硬件配置合理，采用知名厂家兼容性高的 最新元器件。各种调节控制功能完备，在各种工况 运行稳定 ，相互跟踪 、切换无扰动。 4 全中文图形、表格 、数据的人机操作平 台。 完善的静特性、空载频率扰动 摆动 、甩负荷等 试验， 录波、事件记录、自 诊断、 帮助等辅助功能。 2 调节规律 该调速器采用补偿 P i n具有控制结构 自适应 和参数 自适应的调节功能，自动按工况改变运行参 数、P I D调节参数及整机放大系数，使调速系统始 终工作在较佳的工况点。 在空载、负载开度、负载功率、负载转速运行 工况下都有相应的 P I D调节控制参数与之对应 ，确 保优 良的控制效果和机组的安全稳定地运行。 在空载工况下 ，网频正常且为跟踪状态时的频 差为 一 机组并网运行后，空载无网频率，或在不跟踪 工况下 ，频差为 一 通过对频率差值，或开度差值或功率差值进行 P I D运算后 ， 得到一个与该差值所对应的开度输出 信号，经过开度限制环节输出到液压随动系统来控 制导水叶的开度，则导水叶的开度经 A ／ D转换后 与 P I D调节器的输出信号进行综合 比较，放大输 出，直到调整输出信号与导水叶开度所对应的信号 之差为零。P I D调节系统图 见图 1 。 71 减振增容改造 S M A L L H Y D R O P O W E R 2 0 1 1 N o 4 ． No1 6 0 一区 互 不 跟 踪 I ． ]n 开度测量 高 习 幽童 一L 叫 开 度 垫 丝 奎． 厂 P ck 叫 K ～ 开度 功 率 图 1 P I D调 节系统图 P I D控制算法 的模拟表达式如下 l ， t K [ e t I ／ T 1 e t d t T d d e t ／ d t ] 离散后得到的第 n 次输出值为 Y n K p { e n r T i E e T a ／ T i [ e n 一e 一 n ～ 1 ] P I D算法的增量表达式 A Y Y ／ 2 一Y n一1 K [ e 一e 一1 ]K i e n K d [ e 一2 e n一1 e 7 ／ , 一 2 ] 式中，】 ， t 为调节输 出；e t 为 t 时刻的 输入偏 差值 ；r为采样 周期 ；e n 为第 171 次输 入偏差值 ；e n～1 为第 n一1次输入 的偏差值 ； n采样序号 11 0 ，1 ，2 ⋯ ；K 为比例系数；T i 为积分时间 ；T d 为微分时间。 基本原理 根据系统状态和某些预先确定 的超 平面之间的关系来改变系统控制结构，利用高速开 关非线性控制 P W M方式的多点偏差增益控制法， 当系统 受控对象状态穿越系统状态方向空间预 先设定的切换超平面时，控制系统从一个结构 自动 转 向另一个确定的结构 ， ’ 以保证系统状态变量达到 并约束在给定的滑模流形上，并使之 白 始 自终沿着 滑模流形滑行至系统状态空间的平衡点 ，从而使系 统达到某个期望 的指标。 72 旧鞫 卜 l J I J I 鲎 矍 墨 L ／ D l。 圭 墼堡 垂 I I 棚期 动 蜜 3 调速器系统 1 机械部分 主要部件包括两套互为热备用的比例／ 数字电 液转换器 、机械手动操作机构 、主配压阀 、自动定 位复中装置、紧急停机电磁阀、比例／ 数字功能分 选阀等组成具有无明管 、无杠杆 、静态无耗油的脉 宽脉幅 、切换无扰动、直连结构型的机械液压 随动 系统。 机械部分由比例伺服阀 数字阀机械手动组 成的冗余结构。比例伺服阀以及数字阀都起到电液 转换作用，将电气信号变换为接力器行程 ，当比例 伺服阀转换器作 为主用时 ，数字 阀转换 器作 为备 用 ，也可以作为机 械手动。当数字阀作为 主用 时， 比例阀转换器作为备用，如果电气控制部分检测到 作为主用的电液转换环节 出现卡阻拒动时，电气部 分将切换到另一路电液转换环节。工作原理如下 见图 2 。 塞 J 比 例 阀 1电 气 控 制 I l 皇 竺 苎 竺 广 1一 l l I 数 字阀 f ] 电 液 转 换 器 { ]二 I I机械手动 1 ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． ． 一 主配反馈 导叶反馈 位移 图 2 P S WY系统杠框 巨 一 电 一 频 一 主＆ 男 器 小水电 2 0 1 1 年第4 期 总 第1 6 0 期 减振增容改造 工作原理电信号与接力器位置反馈信号在综 合放大器内比较并放大 ，放大器 的输 出信号使 电液 转换器产生与其成 比例的位移 ，由于电液转换器与 引导 阀直接连接 ，引导阀同时产生位移并通过液压 放大器使主配压阀活塞也产生相应位移，主配压阀 因此向主接力器配油并使之移动，直到主接力器位 置信号与电气的信号数值相等为止。 比例伺服 阀与高速数字球 阀溶于一体 ，它的最 大特点就是实现了机械液压系统前置级 的冗余容错 控制 ，两者间可以互为手 、自动。一般调速器的机 械液压系统普遍采用自动运行和手动运行方式，而 机械手动一般用在电气事故 、停 电、电液转换环节 故障、试验、大修后第一次开机等工况，使用效率 非常低，而且需要人为监护操作，难以准确定位， 操作很 不方便 。将 机械手 动改为数 字球 阀来 实现 开、停机操作，不但可以用高速数字球阀上的手动 按钮实现人为操作，也可以用电流信号来进行 自动 控制 ，以及远方操作 ，实际上它也是一个 电液转换 环节 。 2 调速器 电气控制系统 采用高性能法 国施 耐德可编程控制 器 Q U A N ． T U M P I E，是一种归零式系统结构 ，在稳定运行或 故障情况下自动复中输出。以保证在调速器发生故 障时，避免水轮机运行不稳定或出力波动，在外部 系统事故时 ，能保证机组安全停机。调速器具有远 方／ 现地控制功能，并有相应的输 出 ，能与电站计 算机监控系统进行数字信号、模拟信号以及开关输 入输 出信号的通讯和数据交换。 3 供 电电源 采用交直流双电源互为备用的供 电形式 ，交流 电源采用隔离变压器隔离后输入到交流高频开关电 源 ，直流电源输入直流高频开关电源 ，两开关 电源 的输出经二极管后并联 ，实现 了真正的交直流双电 源互为热备用的冗余结构，保证了电源的可靠性。 调速柜及调速器控制柜内装设电压监视继电 器，对输人／ 输出电源等进行监视，盘面装设相应 的电源投入信号指示灯，并提供独立的电源常开、 常闭接点监视信号至监控系统。 4 主配压阀 主配压阀开、关时间的整定方便可靠，其零位 调整可通过调整螺钉向逆时针， 或顺时针旋转直到 主接力器不动为止 ，调整完毕后将螺母 适当拧 紧， 不得松动 。微调的调整可将限位螺母 、限位螺套的 行程分别调至到接力器速度缓慢移动及可实现微动 操作，调整好后将螺母螺钉锁紧。一经整定后，不 会因运行中的振动或人为过失而变动，对接力器时 间的整定满足水轮机过渡过程的调保计算要求。 主配压阀组中各液压元件及油路采用组合式集 成结构，不发卡和漏油。锻件整体加工件料均为优 质合金钢4 0 C r M，加工精度高，耐磨损 、抗油污。 4 现场试验 投运前，对调速器进行了了调试，包括对调速 器外观、接线端子的检查，通电前供电回路及工作 电源检查 ，开入／ 开 出及 继 电器 ，测频 回路 调试 ， 模入／ 模出检查 ，机械零点漂移 的调整及工况 的切 换等。并利用触摸屏作为人机对话窗口， 顺利完成 了对调速器系统的静特性、动特性试验，同时，进 行了手 自动控制方式切换试验及 电源切换等试验。 试验的结果、相关数据、试验过程曲线、图像等都 能实时显示，并能接入打印机打印，以通用的文件 格式进行保存 。性能试验 见表 1 。 5 改进及建议 改造后的调速器在运行中，其调节控制核心部 件运行稳定，暴露出的问题主要集中在外围回路和 传递设备上 ，改进和建议 1 多台机组出现运行中调速器抽动现象，或 产生间隙性抽动，经分析查找，原因为调速器主配 反馈电位器原点磨损造成 ，调速器主配反馈更换为 差动变压器非接触式的变送器，现运行稳定。 2 调速器 F 3 8 0 0 0 1 0 1型位移传感器 小反馈 调零螺栓直接接触，因调零螺栓松动或位移传感器 触头磨损，位移传感器反馈滞后和失灵，引起调速 器响应速率降低。现改进了电调小反馈，采用德国 B O S C H公 司生产的 1 8 3 7 0 0 1 3 0 0 非接触差动式变 送器，问题彻底解决。 3 调速器改造投运前期经常发生比例阀控制 抖动现象 ，多次进行了处理 ，主要处理过程 ①检 查小反馈及接线，修改放大倍数；②将 P L C模拟 量输入端 小反馈信号并联 的电阻 由2 0 改为 3 0 0 k Q；③修改程序，减小停机状态下比例阀的输 7 3 减振增容改造 S M A L L H Y D R O P O WE R 2 0 1 1 N o 4 ，T o t a l N o 1 6 0 出电压 ；④完善程序。经检查 ，程序 内运算辅助单 元 4 0 0 3 0 6同时用 于机 频计算 和 比例 阀控制 计算 ， 现把计算机频 的辅助单元改为其他的地址 4 0 0 4 2 0 。 经运行电调在任何工况下不再抖动。 表 1 性能试 验 4 机组在运行工况下 ，多次 出现调速器 由比 例阀运行切至数字阀运行现象，经分析查找，原因 为主配反馈 电位器特性不好引起。调速器主配反馈 更换为非接触式 ，目前 ，切换现象 已消除。 5 多次出现调速器紧停电磁阀在停机后未正 常退出现象 ，导致机组开机不成功 ，原因为紧停电 磁阀复归信号继电器接点接触不良所致。加强维护 后 ，运行正常。 6 原调速 器接开机令后无 自保持 回路 ，为 了 防止因干扰所引起的开机令丢失，将调速器开机回 路改为收到开机令后延时3 s ， 开机令丢失现象消除。 7 低水头时 ，机组启动开度偏大 ，开机时调 74 速系统油管路振动较为明显 ，完善 了调速器启动程 序 ，设置启动开度减少 5 ％，机组空载运行时振 动 显著降低 。 8 电调触摸屏 画面 ，如预览帮助画面揿 “ 返 回”后，即返回至试验画面，容易引起误切换。甩 负荷画面，主画面等需要进一步完善 。 9 机组停机时 ，调 速器测频模块 M 7 、M 8因 受2 4 V 开关 电源交流电源瞬时断电影响 ，会发残压 测频、齿盘测速故障信号，并将 自动切换 “ 机手 动” ，需人为切回 自动，需改进。 1 0 根据现场实际 ，建议为方便运行操作 ，需 增设投、拨导叶锁锭按钮 ，在机柜加装机组转速表 和导叶开度指示。 6 结语 经过 3 年多运行实践证明技改后调速系统各 项性能指标符合技术标准，投运后调速系统启停正 常 、调节性能稳定 ，质量可靠 ，响应速率均在调保 范围之内 ，确保了优 良的控制效果和机组安全稳定 运行 参考文献 [ 1 ] 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 ． [ 2 ] 沈祖诒．水轮机调节[ M] ．北京中国水利水 电出版 社 ，1 9 9 8 ． [ 3 ] 武汉三联公 司．比例／ 数字调速器原理说 明书 [ G] ． 2 0 0 6． 一 收稿 日期 2 0 1 10 61 3 赖建东 1 9 7 0一 ，男，工程师，主要从事水电厂运行 维护 工作 。 责任编辑赵建达