劉朝貴

摘要：隨著黃龍灘水力發(fā)電廠自動化設(shè)備的不斷更新改造，比例數(shù)字式冗余可編程控制水輪機調(diào)速器已在該廠得到了成功的應(yīng)用。文章在介紹了可編程控制水輪機調(diào)速器的典型基本結(jié)構(gòu)的同時，針對在過去運行維護中積累的經(jīng)驗對主配反饋環(huán)節(jié)進行了優(yōu)化選型，并采用非接觸式位移傳感器作為微機調(diào)速器主配反饋輸入環(huán)節(jié)，從硬件根本上解決了常規(guī)接觸式電位器因接觸不良對調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)生的頻繁抽動等危害，極大地提高了機組運行的可靠性和經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：可編程微機調(diào)速器；冗余；非接觸式；高速數(shù)字脈沖閥

中圖分類號：TV734 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）10-0105-02

1 概述

湖北黃龍灘水力發(fā)電廠位于漢江支流堵河上，距十堰市30km。電廠主要建筑物有混凝土重力壩、引水隧洞、發(fā)電廠房及開關(guān)站等。分別設(shè)有2×85MW水輪發(fā)電機組和2×170MW水輪發(fā)電機組，機組全部為混流式。2002年動工擴建裝機容量2×170MW的水輪發(fā)電機組，2006年投產(chǎn)發(fā)電，擴建后全廠總裝機容量達到510MW。黃龍灘水力發(fā)電廠機組在湖北電網(wǎng)系統(tǒng)承擔(dān)著調(diào)峰、調(diào)頻等重要任務(wù)。

PSWT比例數(shù)字式冗余可編程微機調(diào)速器是三聯(lián)公司開發(fā)出來的新一代調(diào)速器，它適用于大中型混流式、軸流式、貫流式水輪發(fā)電機組的自動調(diào)節(jié)與控制，額定工作油壓為2.50MPa，主配壓閥直徑為100mm。它能使水輪發(fā)電機組在各種工況下穩(wěn)定運行，實現(xiàn)機組的手/自動開停機、并網(wǎng)運行、調(diào)節(jié)機組負荷、事故緊急停機等。

PSWT水輪機調(diào)速器有自動、電手動和機械手動三種操作方式，具備轉(zhuǎn)速、開度控制及功率調(diào)節(jié)、導(dǎo)葉電氣開限、參數(shù)自適應(yīng)、電力系統(tǒng)頻率跟蹤、在線自診斷、容錯及故障處理等功能，能在現(xiàn)地和遠方進行機組手/自動開停機和緊急停機，能以開關(guān)量接點和數(shù)字通訊方式接收監(jiān)控系統(tǒng)的控制信號，并向監(jiān)控系統(tǒng)實時傳遞來自調(diào)速系統(tǒng)的反饋信息。

2 型號及工作原理

PSWT為單調(diào)節(jié)型調(diào)速器，只含有導(dǎo)葉控制部分。其基本工作原理是通過將來自接力器位移反饋信號與電氣信號在綜合放大器內(nèi)進行比較并放大，并輸出模擬量（-10～10V）信號使比例閥產(chǎn)生與其成比例的位移，而數(shù)字閥控制的時候是由放大器輸出脈沖信號到高速數(shù)字球閥，改變油路來推動引導(dǎo)閥動作，引導(dǎo)閥同時產(chǎn)生位移并通過液壓放大器使主配壓閥活塞產(chǎn)生相應(yīng)的位移，主配壓閥同時向主接力器配油并使之移動，實現(xiàn)開關(guān)導(dǎo)葉的目的。PSWT調(diào)速器同時配置有緊急停機裝置，并可根據(jù)用戶要求提供導(dǎo)葉分段關(guān)閉裝置，以滿足機組調(diào)保計算要求。

3 系統(tǒng)組成

3.1 電氣控制系統(tǒng)

電氣部分采用法國施耐德ModiconTSXPremium系列可編程控制器，電氣輸出是以比例伺服閥為主、數(shù)字脈沖閥為輔的輸出方式。

3.1.1 硬件配置。調(diào)節(jié)器采用ModiconTSXP57104PLC為核心控制。ModiconTSXP5104可編程控制器是目前在可編程控制器微機調(diào)速器中配置較高的一種，控制指令豐富，網(wǎng)絡(luò)能力強。

TSXPremiumPLC采用機架式安裝，模塊配置方便，選型靈活，可擴展性強，運行穩(wěn)定，能滿足生產(chǎn)現(xiàn)場各種功能需求。PLC的I/0具有光電隔離措施，抗干擾性強。系統(tǒng)配置一面觸摸屏作為人機交互接口，方便運行維護人員現(xiàn)場參數(shù)查看、參數(shù)修改及在線試驗等。

3.1.2 軟件配置。PSWT型調(diào)速器系統(tǒng)軟件按模塊化功能設(shè)計，軟件滿足多級中斷響應(yīng)、調(diào)節(jié)計算、數(shù)據(jù)采集、邏輯控制、信息交換、故障診斷、容錯功能等要求，采用模塊化編程語言，編程方便靈活，由多個運行工況子程序和通用程序組成常駐程序和過程程序。

子程序主要有PID調(diào)節(jié)控制及參數(shù)優(yōu)化、頻率測量、模擬量采集、上電自診斷及狀態(tài)檢測、空載開度負載開限計算、自適應(yīng)開機過程、工況轉(zhuǎn)換、電手動/機手動控制選擇、事件記錄、自動試驗等。

3.1.3 接力器位移編反饋。接力器位移傳感器采用13位絕對型旋轉(zhuǎn)編碼器，格雷碼輸出誤碼率低，采樣精度高，分辨率可達到0.0001，運行穩(wěn)定，可實現(xiàn)對導(dǎo)葉開度的精確控制。

3.1.4 非接觸式位移傳感器。原主配位移反饋環(huán)節(jié)配置日本生產(chǎn)的電阻式位移傳感器，在實際運行中，由于機組擔(dān)任調(diào)峰調(diào)頻任務(wù)，主配調(diào)節(jié)頻繁，致使電阻式電位器長時間運行后因靜、動觸頭滑動摩擦接觸電阻增大，反饋電壓不穩(wěn)，主配不能穩(wěn)定在中間位置，有頻繁抽動現(xiàn)象。

根據(jù)上述現(xiàn)象，分析主要原因是主配反饋元件選型不當(dāng)引起的。在進行充分確認論證后，最終選擇德國BOSCH公司生產(chǎn)的非接觸式位移傳感器，它運行穩(wěn)定無磨損，壽命長、環(huán)境適應(yīng)性強。從根本上解決了傳統(tǒng)電阻式電位器因滑動觸頭接觸不良產(chǎn)生的阻值跳變而導(dǎo)致主配抽動、機組負荷波動、電網(wǎng)頻率不穩(wěn)等一系列不良后果。

3.2 機械液壓系統(tǒng)配置

3.2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。PSWT型調(diào)速器機械部分主要包含電液轉(zhuǎn)換器、手操機構(gòu)、自復(fù)中裝置、主配壓閥、緊急停機電磁閥等元件組成的機械液壓隨動系統(tǒng)，由比例伺服閥、數(shù)字脈沖閥、機械手動組成的機械冗余結(jié)構(gòu)。比例伺服閥和數(shù)字脈沖閥可互為冗余，運行中誰為主用誰為備用可根據(jù)現(xiàn)場需求靈活組態(tài)。如果電氣控制部分檢測到作為主用的電液轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)出現(xiàn)卡澀拒動時，將自動切換到另一路電液轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)進行控制，將比例閥伺服閥與高速數(shù)字脈沖閥融于一體，實現(xiàn)了機械液壓系統(tǒng)前級的冗余容錯控制。

3.2.2 運行及操作方式選擇。

（1）本廠調(diào)速器控制方式選擇以比例伺服閥控制為主、數(shù)字脈沖閥控制為備用的工作方式，純機械手動方式作為比例伺服閥和數(shù)字脈沖閥的后備，當(dāng)比例伺服閥和數(shù)字脈沖閥均故障時將自動切換至純手動方式運行，純手動方式也可作為操作人員現(xiàn)場操作使用。

（2）冗余切換原則：當(dāng)電氣檢測到主配壓閥位移反饋環(huán)節(jié)或電轉(zhuǎn)出現(xiàn)故障時，自動由比例伺服閥控制切換至數(shù)字脈沖閥控制輸出。當(dāng)接力器位移反饋環(huán)節(jié)故障（包括斷線、控制環(huán)節(jié)故障等）時，系統(tǒng)將自動切至手動運行方式，直到故障消除后恢復(fù)自動運行方式。

（3）機械手動方式。由安裝在高速數(shù)字脈沖閥上的手動操作按鈕構(gòu)成的機械手動機構(gòu)，能有效滿足現(xiàn)場操作和黑啟動操作的手動運行要求。

3.2.3 主配壓閥。主配壓閥組中各液壓元件及油路采用組合式集成結(jié)構(gòu)，結(jié)合緊密，不易發(fā)卡和漏油。主配壓閥動作靈活、可靠、導(dǎo)向性能好，能有效地控制油流。滿足開、關(guān)接力器時間的要求，開、關(guān)時間的整定方便可靠，并具備鎖定功能，一經(jīng)整定后，不會因運行中的振動等原因發(fā)生變動。對接力器開、關(guān)時間的整定滿足水輪機過渡過程及調(diào)保計算的要求。

4 整體評價

該PSWT型調(diào)速器投運后系統(tǒng)運行可靠，滿足國家相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。尤其是將主配位移反饋環(huán)節(jié)元件由電阻式電位器更換為非接觸式電位器后，完全滿足調(diào)峰調(diào)頻水電廠大負荷大波動的調(diào)節(jié)要求，不僅大大地節(jié)約了資本，更極大地提高了系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性，在機組開、停機，負載調(diào)節(jié)、水機事故處理中經(jīng)受了考驗，但也存在以下不足：

（1）本系統(tǒng)未將電站上游庫區(qū)和下游尾水位水頭引入可編程微機調(diào)速器采集回路，使系統(tǒng)無水頭自適應(yīng)功能，造成高水頭運行時可能出現(xiàn)過負荷運行工況，低水頭時會出現(xiàn)開機過程中導(dǎo)葉開度不夠，機組轉(zhuǎn)速上升慢甚至達不到額定轉(zhuǎn)速，并影響機組并網(wǎng)時間。因此需要將水頭水位接入調(diào)速系統(tǒng)，使其能夠根據(jù)水頭高度的變化自動調(diào)整開機起始開度和空載額定開度值，這樣才能有效滿足機組開機、并網(wǎng)及負載調(diào)節(jié)的需要。

（2）設(shè)備在運行后，對運行及維護人員的跟蹤培訓(xùn)不到位，沒有定期安排生產(chǎn)廠家或資深專業(yè)人員進行專題培訓(xùn)，運行及維護人員不能深入了解設(shè)備的原理、性能、流程控制及故障診斷等功能，對設(shè)備的運行狀況及內(nèi)部故障不能及時準(zhǔn)確分析、判斷原因，并采取有效的處理措施，造成處理不及時不到位。

參考文獻

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[2] TSX Premium PLC使用手冊[S].

[3] 水輪機調(diào)速器與油壓裝置技術(shù)條件（GB/T9652.1-1997）[S].1997.

[4] 自動化元件使用說明書（BOSCH非接觸式位移傳感器）[S].

[5] 黃龍灘水力發(fā)電廠機組程序控制流程圖.

（責(zé)任編輯：劉 晶）