智能電液隨動(dòng)系統(tǒng)的研究

何林波 許棟 胡偉 汪軍

（國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院，南京 210003）

1 引言

近幾年，國(guó)內(nèi)水電機(jī)組裝機(jī)容量的快速增加，單機(jī)容量的逐漸增大，水電廠的自動(dòng)化與智能化逐漸提高，并提出了智能化電廠的概念。調(diào)速器作為水電廠水輪機(jī)控制的核心設(shè)備，其智能性對(duì)智能化水電廠的穩(wěn)定與安全有著至關(guān)重要的作用。因此，本文首先從智能電液隨動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)入手，分析了智能電液隨動(dòng)系統(tǒng)的基本組成單元與信號(hào)接口，然后在目前通用調(diào)速器的基礎(chǔ)上提出實(shí)現(xiàn)智能電液隨動(dòng)系統(tǒng)的關(guān)鍵性技術(shù)，提高智能電液隨動(dòng)系統(tǒng)的可靠性。

2 系統(tǒng)構(gòu)成

智能電液隨動(dòng)系統(tǒng)主要由主配壓閥，伺服隨動(dòng)先導(dǎo)系統(tǒng)，智能操作模塊，智能數(shù)字化傳感器。

智能模塊接受來自電氣控制柜的控制信號(hào)，經(jīng)過綜合處理以后驅(qū)動(dòng)伺服比例閥，伺服比例閥作為先導(dǎo)級(jí)驅(qū)動(dòng)主配壓閥，最終由主配壓閥控制接力器開關(guān)動(dòng)作[2]。

信號(hào)系統(tǒng)的組成：

外部信號(hào)：包括機(jī)組的頻率、斷路器狀態(tài)信號(hào)、系統(tǒng)油壓信號(hào)等；

圖1 智能電液隨動(dòng)系統(tǒng)的組成

反饋信號(hào)1：伺服比例閥位置信號(hào)；

反饋信號(hào)2：包括主配的位置信號(hào)，主配壓閥P、T、A、B腔的壓力信號(hào)，P、T、A、B腔的流量信號(hào)；

反饋信號(hào)3：接力器位置信號(hào)；

以上反饋信號(hào)均來自相對(duì)應(yīng)的智能數(shù)字化傳感器，帶有通信接口。

3 相關(guān)技術(shù)

3.1 冗余控制技術(shù)[1]

先導(dǎo)控制級(jí)采用雙伺服比例閥控制方案，當(dāng)一套伺服比例閥發(fā)生故障時(shí)，智能控制模塊能無擾動(dòng)的切換到另外一套的伺服比例閥控制系統(tǒng)，冗余硬件可保證系統(tǒng)的可靠性。

在電氣控制柜失效的情況下，智能模塊能根據(jù)LCU與外部的狀態(tài)信號(hào)，控制導(dǎo)葉接力器，保證機(jī)組的出力而不會(huì)因?yàn)殡姽竦氖Ф瓜到y(tǒng)失去控制，提高了控制系統(tǒng)的相對(duì)獨(dú)立性，從而可保證機(jī)組運(yùn)行的安全性。

3.2 先進(jìn)傳感器與伺服比例閥

壓力、流量、位移傳感器采用數(shù)字化傳感器不但輸出常規(guī)的電量信號(hào)(如4～20mA 等)，還能通過自身的通信接口輸出數(shù)字量信號(hào)與狀態(tài)信號(hào)，提高反饋信號(hào)的可靠性。

伺服比例閥為工業(yè)級(jí)高性能閥件，其性能介于比例閥與伺服閥之間，結(jié)合了伺服閥和比例閥的優(yōu)點(diǎn)，既有伺服閥的高精度高響應(yīng)性又有比例閥的出力大、耐染能及卡能力強(qiáng)等高可靠性，電磁操作力大，從而解決了液壓卡阻的問題。伺服比例閥的閥心裝備了位置控制傳感器反饋，將反饋信號(hào)引入電路形成閉環(huán)控制。在斷電故障時(shí)該閥具有“故障保險(xiǎn)”位置，保證失電時(shí)主配閥心回復(fù)到中位。

3.3 先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)

智能模塊不但具有常規(guī)的MODBUS通信協(xié)議，還具有網(wǎng)絡(luò)通信功能，支持IEC-61850，通信基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下圖2所示。機(jī)組頻率、導(dǎo)葉位置、主配壓閥各油腔的流量和壓力信號(hào)為非電氣量信號(hào)，通過相信的智能數(shù)字化傳感器采集到智能模塊中，智能模塊將相關(guān)信息通過GOSS網(wǎng)傳遞給監(jiān)控的現(xiàn)地控制系統(tǒng)以及周邊設(shè)備。智能模塊也可以通過MMS網(wǎng)與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)鏈接。通過該通信技術(shù)，可以通過網(wǎng)絡(luò)方式對(duì)液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行全面控制與監(jiān)測(cè)，提高系統(tǒng)運(yùn)行的智能性與可靠性。

圖2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

3.4 檢測(cè)及防止主配壓閥卡阻的技術(shù)

針對(duì)調(diào)速器主配壓閥閥卡的故障檢測(cè)和伺服閥檢測(cè)原理相同，主要在主配處于大幅度的調(diào)節(jié)過程中進(jìn)行診斷，其診斷原理圖見圖3。

圖3 主配卡阻故障檢測(cè)原理圖

伺服比例閥的輸入電流：來自電氣調(diào)節(jié)柜；

主配閥心行程：來自主配閥心位移傳感器；

導(dǎo)葉行程：來自導(dǎo)葉行程位移傳感器；

當(dāng)主配壓閥處于調(diào)節(jié)狀態(tài)時(shí)，伺服比例閥的輸入電流、主配閥心行程、導(dǎo)葉行程必定組成一個(gè)相應(yīng)的比例關(guān)系，如伺服比例閥的正向輸入電流越大，主配閥心開方向行程越大，導(dǎo)葉開方向行程越大，通過該比例關(guān)系的比較，設(shè)定一個(gè)閾值，當(dāng)三者之間的差值大于閾值，則可判定主配卡阻。

確定主配壓閥卡阻后，智能電液隨動(dòng)系統(tǒng)向監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警，監(jiān)控系統(tǒng)可綜合各狀態(tài)對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的處理。

3.5 多方位主配監(jiān)測(cè)技術(shù)

目前國(guó)內(nèi)調(diào)速器系統(tǒng)對(duì)主配的監(jiān)測(cè)主要是主配閥心位置反饋，智能電液隨動(dòng)系統(tǒng)引入對(duì)主配壓閥各操作油腔壓力、流量狀態(tài)量，控制腔壓力狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，通過操作腔壓力的監(jiān)測(cè)可計(jì)算出目前導(dǎo)葉接力器的受力狀態(tài)，可對(duì)水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)及引水管道的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析，為機(jī)組的安全提供有力保障。通過閥口流量分析可知道目前導(dǎo)葉接力器的運(yùn)動(dòng)速度等狀態(tài)。

4 結(jié)論

綜上所述智能電液隨動(dòng)系統(tǒng)以智能模塊為核心，采用先進(jìn)的智能數(shù)字化傳感器與先進(jìn)的伺服比例先導(dǎo)設(shè)備保證設(shè)備的可靠性。智能模塊采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，提高設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)化特性與智能控制特性。智能模塊使用模糊控制算法能夠迅速判斷系統(tǒng)的狀態(tài)。本為對(duì)智能電液隨動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)做了基本論述，智能電液隨動(dòng)系統(tǒng)是電液控制系統(tǒng)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，有助于推動(dòng)智能調(diào)速器的發(fā)展。智能電液隨動(dòng)系統(tǒng)是智能化電廠重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，同時(shí)為智能電網(wǎng)的建設(shè)提供支撐。

[1]邵宜祥等. 1000MW水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)SWT-1000技術(shù)方案.第二屆水力發(fā)電技術(shù)國(guó)際會(huì)議論文集. 2008.

[2]蔡衛(wèi)江等.適用于大型水輪機(jī)調(diào)速器的智能手操機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)[J].水電廠自動(dòng)化,2008(2).

[3]成大先主編.液壓傳動(dòng)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.