馬向陽 金華市沙畈水庫管理處
PLC可編程控制器在沙畈電廠調(diào)速器系統(tǒng)更新改造中的應(yīng)用
馬向陽 金華市沙畈水庫管理處
分析了沙畈電廠調(diào)速器改造的必要性和改造后取得的效果,介紹了改造后采用的杭州三和電控設(shè)備有限公司生產(chǎn)的YWT系列可編程微機(jī)調(diào)速器的主要功能特點(diǎn)及構(gòu)成。
可編程控制器;調(diào)速器;步進(jìn)電機(jī);電氣
水輪機(jī)調(diào)速器直接擔(dān)負(fù)著控制水輪發(fā)電機(jī)組開機(jī)、停機(jī)、空載運(yùn)行、增減負(fù)荷等工作,是水電站的重要設(shè)備,其工作性能的好壞直接影響著水輪發(fā)電機(jī)組乃至電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。隨著電網(wǎng)的不斷擴(kuò)大,電力用戶對電能質(zhì)量的要求不斷提高,傳統(tǒng)的電液調(diào)速器已難以勝任機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的需要。
浙江金華沙畈電廠建于1996年,裝有2×5000KW混流式水輪發(fā)電機(jī)組,是金華電網(wǎng)主要調(diào)峰電廠,也是金華電網(wǎng)的默認(rèn)啟動電源之一,對金華電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)揮著重要作用。調(diào)速器改造前采用原杭州發(fā)電設(shè)備廠生產(chǎn)的HFYDT—3000型號電液調(diào)速器,該調(diào)速器運(yùn)行十多年來,各種故障日趨增多,存在電液伺服閥經(jīng)??瑒討B(tài)特性差,調(diào)節(jié)頻繁導(dǎo)致并網(wǎng)速度慢等諸多毛病,已越來越不能滿足電廠安全生產(chǎn)的需要。PLC可編程微機(jī)調(diào)速器具有技術(shù)性強(qiáng)、可靠性高、穩(wěn)定性好、速動性好、操作簡單和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn),在電站得到了廣泛的應(yīng)用。為了電廠更安全可靠運(yùn)行,結(jié)合電廠實(shí)際情況,調(diào)速器改造采用目前先進(jìn)的杭州三和電控設(shè)備有限公司生產(chǎn)的YWT-1800微機(jī)調(diào)速器。
各項(xiàng)動態(tài)和靜態(tài)品質(zhì),所有性能指標(biāo)均達(dá)到或超過國家標(biāo)準(zhǔn)GB9652-97中要求。
機(jī)械液壓系統(tǒng)采用日本RORZE公司的步進(jìn)電機(jī)控制,結(jié)構(gòu)簡單,工作可靠,耗油量小,對油的要求低,徹底改變了以往電液調(diào)速器的電液轉(zhuǎn)換器容易卡阻的缺點(diǎn),可達(dá)到基本免維護(hù)功能。
并網(wǎng)前機(jī)組自動跟蹤電網(wǎng)頻率,能使機(jī)組頻率迅速達(dá)到同期要求。若網(wǎng)頻故障則自動切換到頻率給定開機(jī)。
機(jī)械手動運(yùn)行時(shí),微機(jī)調(diào)速器輸出自動跟蹤導(dǎo)葉開度,可隨時(shí)無擾動地切換至自動狀態(tài)。自動運(yùn)行狀態(tài)也可隨時(shí)無擾動地切換至手動狀態(tài)。
設(shè)有上位機(jī)通訊接口(R S 485Modbus RTU),以實(shí)現(xiàn)全廠的計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理,可滿足電站無人或少人值班。
具有在線故障自診斷功能,對頻率測量、開度測量等故障具有智能容錯(cuò)功能。
采用交直流供電,在廠用交流點(diǎn)消失時(shí),能保持機(jī)組運(yùn)行工況并發(fā)出報(bào)警信號。
采用可靠性極高的可編程(PLC),抗干擾能力強(qiáng),所有I/O接口均采用光電隔離,能適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境。
本微機(jī)調(diào)節(jié)器采用Easyview的觸摸屏(簡稱PT)作為操作和顯示平臺,PT是集圖像顯示和觸摸鍵于一體的操作終端,它可以替代以往調(diào)速器上所有的表計(jì)、指示燈、按鍵等元件。通過它方便地觀察機(jī)組的各種運(yùn)行工況,設(shè)置參數(shù)和操作調(diào)速器。
YWT系列步進(jìn)式可編程微機(jī)調(diào)速器其PLC采用德國SIEMENS公司生產(chǎn)的先進(jìn)的S7-200系列為其控制硬件主體,并采用了Easyview的觸摸屏作為該調(diào)速器的主要操作和顯示平臺,使該調(diào)速器具備了完善的調(diào)節(jié)控制功能和友好的人機(jī)界面。
3.1 PLC單元簡介
YWT系列步進(jìn)式可編程微機(jī)調(diào)速器采用S7-CPU224XP作為其CPU單元,它的工作電源為DC24V。該CPU單元本身帶有14點(diǎn)開關(guān)量輸入和10點(diǎn)開關(guān)量輸出,以及兩路模擬量輸入和一路模擬量輸出。另完外它還有一路RS485通訊端口與觸摸屏通訊。
PLC的開關(guān)量輸入部分用來采集開機(jī)、停機(jī)、油開關(guān)、功率增、功率減等外部開關(guān)量指令和狀態(tài)信號。PLC的開關(guān)量輸出部分用來輸出步進(jìn)電機(jī)控制、手自動切換、電氣故障等開關(guān)量信號。PLC的模擬量輸入部分用來采集0~10(0~20MA)的導(dǎo)葉開度、水頭、機(jī)組有功功率等模擬信號,將這些模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量供給CPU單元進(jìn)行運(yùn)算及控制。
3.2 電源和信號變換單元
電源和信號變換單元包含電源變換和信號變換這兩個(gè)主要功能。
電源變換功能是用來實(shí)現(xiàn)雙路開關(guān)電源輸出的DC24V電源的熱備用切換,以及通過DC-DC變換器將DC24V電源轉(zhuǎn)換為+5V(供信號變換部分使用)和10~24V可調(diào)電源供導(dǎo)葉反饋電位器使用。
信號變換功能是用來將機(jī)端PT來的機(jī)組頻率信號和由系統(tǒng)PT來的電網(wǎng)頻率信號,經(jīng)濾波、整形、分頻后輸入到PLC,由PLC實(shí)現(xiàn)軟件數(shù)字測頻。
3.3 步進(jìn)電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器
YWT系列調(diào)速器采用日本RORZE公司的步進(jìn)電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器作為電-位移轉(zhuǎn)換器,步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器接收來自PLC的步進(jìn)電機(jī)控制脈沖及方向信號,通過其內(nèi)部CPU運(yùn)算和電流放大從而控制步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)通過與其相連的滾珠絲桿將旋轉(zhuǎn)的角度量轉(zhuǎn)換為位移量,從而實(shí)現(xiàn)電-位移轉(zhuǎn)換。
3.4 觸摸屏
YWT系列調(diào)速器采用臺灣Easyview觸摸屏,觸摸屏通過通訊與PLC連接,顯示調(diào)速器和機(jī)組的主要參數(shù)及運(yùn)行狀態(tài)。通過觸摸屏可方便地修改整定調(diào)速器的各調(diào)節(jié)參數(shù),并把修改后的參數(shù)傳送給PLC保存并記憶。
3.5 電源系統(tǒng)
YWT系列調(diào)速器的電源系統(tǒng)有交流空氣開關(guān)和兩個(gè)開關(guān)電源組成。廠用交流電源和廠用直流電源分別通過一個(gè)開關(guān)電源變換為兩路DC24V電源,再通過電源和信號變換單元實(shí)現(xiàn)雙路DC24V電源的熱備用切換。PLC、觸摸屏、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器均采用DC24V供電。
4.1 步進(jìn)式電液隨動系統(tǒng)
YWT系列步進(jìn)式可編程微機(jī)調(diào)速器電液隨動系統(tǒng)由步進(jìn)電機(jī)、滾珠絲桿(起中間接力器作用)、主配壓閥組件、回復(fù)機(jī)構(gòu)、反饋電位器、主接力器等組成。
步進(jìn)式電液隨動系統(tǒng)的工作原理如下:
PLC輸出的位置信號YOUT與起中間接力器作用的步進(jìn)電機(jī)的位置反饋信號YIN在PLC內(nèi)進(jìn)行比較運(yùn)算結(jié)果為△Y,由PLC輸出一個(gè)頻率與△Y成正比脈沖通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器去驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。
當(dāng)△Y為負(fù)時(shí),步進(jìn)電機(jī)帶動滾珠絲桿順時(shí)針轉(zhuǎn)動,通過杠桿傳遞,使引導(dǎo)閥針塞離開中間位置向上移動一段距離△I。此時(shí),輔助接力器活塞上腔通排油,由于主配壓閥活塞受向上差壓力的作用,所以輔助接力器活塞和主配壓閥活塞同時(shí)向上移動△I,使輔助接力器活塞上腔關(guān)閉。同時(shí),主配壓閥襯套上窗口與壓力油聯(lián)體通,下窗口與回油聯(lián)通,主配壓閥向接力器關(guān)閉腔配壓力油,接力器活塞向關(guān)閉方向移動,同時(shí)帶動回復(fù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動,通過桿桿傳遞,使引導(dǎo)閥針塞向下移動一段距離△I,回到中間位置,此時(shí)輔助接力器活塞上腔通壓力油,在壓力油的作用下輔助接力器活塞和主配壓閥活塞向下移動△I回到中間位置,完成一次調(diào)節(jié)。
當(dāng)△Y為正時(shí),步進(jìn)電機(jī)帶動滾珠絲桿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動,各零件運(yùn)動方向與上述相反。
當(dāng)緊急停機(jī)電磁閥動作后,輔助接力器活塞上腔通過單向閥接通排油,主配壓閥活塞受差壓力的作用向上移動,主配壓閥向接力器關(guān)閉腔配壓力油,接力器活塞向關(guān)閉方向移動。
開機(jī)時(shí)間調(diào)節(jié)螺母和關(guān)機(jī)時(shí)間調(diào)節(jié)螺母可分別限制輔助接力器活塞和主配壓閥活塞向上或向下的行程,以改變主配壓閥窗口開口的大小,調(diào)節(jié)開關(guān)機(jī)時(shí)間。
4.2 油壓裝置
YWT系列調(diào)速器的油壓裝置由回油箱、壓力油罐、螺桿泵、油泵電機(jī)、安全閥、補(bǔ)氣閥、中間油罐、單向閥、接點(diǎn)壓力表等主要部件構(gòu)成。
水輪機(jī)調(diào)速器目前已屬于機(jī)電一體化的高科技產(chǎn)品,它將隨著微機(jī)技術(shù)、液壓技術(shù)和自動控制理論發(fā)展而不斷推陳出新。YWT-1800型調(diào)速器自投運(yùn)以來,提高了電廠機(jī)組的自動化水平,運(yùn)行可靠性高,故障率明顯下降;調(diào)節(jié)靈敏度、準(zhǔn)確度提高,從開機(jī)到空載穩(wěn)定時(shí)間縮短大約一半,提高了并網(wǎng)速度,機(jī)組運(yùn)行也更加穩(wěn)定;由于采用Easyview的觸摸屏顯示大大方便了運(yùn)行人員操作,各種數(shù)據(jù)運(yùn)行人員可直接讀取;步進(jìn)電機(jī)耗油量小、抗污力強(qiáng),減少了油泵的啟動次數(shù),基本可以做到免維護(hù)。