水電站調(diào)速器微機(jī)改造

朱楚強(qiáng)

（瀏陽市株樹橋水庫管理局 瀏陽市 410102）

水輪機(jī)調(diào)速器是水電站重要的輔助設(shè)備，它直接擔(dān)負(fù)著控制水輪發(fā)電機(jī)組正常開機(jī)、空載運(yùn)行、并網(wǎng)、增減負(fù)荷、正常停機(jī)等工作，其工作性能的好壞不僅直接影響著水輪發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行，甚至影響電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量和安全可靠運(yùn)行。

隨著電力用戶對電能質(zhì)量的要求更為嚴(yán)格，對調(diào)速器的要求也日益增高，對難以勝任機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行調(diào)速器，有必要要求退出運(yùn)行；隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新的設(shè)備投入生產(chǎn)，有條件進(jìn)行改造更新，以適應(yīng)電網(wǎng)和機(jī)組安全穩(wěn)定的需要。本文以株樹橋水電站2#機(jī)調(diào)速器為例，全面介紹改造情況。

1 改造前情況

1.1 改造前設(shè)備選用及組成情況

株樹橋水電站1990年投產(chǎn)，調(diào)速器采用的是YDT-3 500 A電液調(diào)速器，電液調(diào)速器工作框圖如圖1。

圖1 電液調(diào)速器工作框圖

電液調(diào)速器通?？煞譃殡姎夂蜋C(jī)械液壓兩部分。電氣部分以一些電氣回路取代機(jī)械調(diào)速器中的離心擺、緩沖器和硬反饋機(jī)構(gòu)，形成調(diào)速器的調(diào)節(jié)規(guī)律，并將這些電氣回路輸出的信號加以放大，送入機(jī)械液壓系統(tǒng)，去控制導(dǎo)葉機(jī)構(gòu)。

1.1.1 電氣部分

含電源回路、測頻回路、頻率給定回路、功率給定和硬反饋回路，綜合放大回路。

（1）測頻回路。

測頻回路相當(dāng)于機(jī)調(diào)中的離心擺，對機(jī)組頻率起測量作用。它接受電壓互感器送來的頻率變化信號，并將頻率變化信號轉(zhuǎn)化成具有一定量值和一定方向的直流電壓。

（2）頻率給定回路。

頻率給定回路提供一個(gè)人為控制的直流電壓，與測頻回路的輸出直流電壓信號疊加，用來改變調(diào)速器的整定頻率，調(diào)整機(jī)組的轉(zhuǎn)速或負(fù)荷。它相當(dāng)于機(jī)調(diào)中離心擺的調(diào)整螺母和轉(zhuǎn)速調(diào)整機(jī)構(gòu)的作用。由運(yùn)行人員通過頻率給定回路發(fā)出給定的調(diào)節(jié)指令，機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，用來調(diào)整機(jī)組所帶負(fù)荷，單機(jī)帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，用來調(diào)整機(jī)組的轉(zhuǎn)速。

（3）功率給定和硬反饋回路。

功率給定回路的作用是要獲得一個(gè)代表給定導(dǎo)葉開度為0%～100%的可調(diào)電壓，與在不同導(dǎo)葉開度時(shí)的導(dǎo)葉位置反饋電壓作比較，達(dá)到調(diào)整機(jī)組的轉(zhuǎn)速或負(fù)荷目的。即使機(jī)組在不同開度(功率)下，按給定頻率穩(wěn)定運(yùn)行。硬反饋回路又稱永態(tài)轉(zhuǎn)差回路，它通過位移傳感器與接力器相連接，實(shí)現(xiàn)機(jī)組調(diào)差，一般與功率給定合并為一個(gè)單元。

1.1.2 機(jī)械液壓部分

主要由電液轉(zhuǎn)換器、引導(dǎo)閥、中間接力器、主配壓閥、接力器、傳遞杠桿、開度限制閥、開限電機(jī)等組成。

1.2 改造前設(shè)備存在問題

普通電液調(diào)速器存在著動(dòng)態(tài)特性、調(diào)節(jié)性能差且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，油路長，杠桿和行程開關(guān)位置調(diào)節(jié)麻煩，對電源可靠性要求高，備用電源采用干電池，需定期更換等缺點(diǎn)。

自1990年投運(yùn)以來，先后出現(xiàn)過廠用電失電無信號誤關(guān)機(jī)、緊急停機(jī)電磁閥線圈燒毀、伺服電機(jī)燒壞、頻率給定電位器接觸不良，工作不穩(wěn)定、電液轉(zhuǎn)換器油路堵塞導(dǎo)至負(fù)荷自動(dòng)降低、插件電子元件老化，不能正常工作等事故或故障。隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，元件的老化情況日益加劇，出現(xiàn)高壓油耗油量偏大，油路漏油嚴(yán)重，油泵起動(dòng)頻繁等缺陷，工作性能日益不穩(wěn)定。同時(shí)因該型號調(diào)速器廠家不再生產(chǎn)，非標(biāo)配件無處購買，進(jìn)行改造是勢在必行。

2 改造情況

本次調(diào)速器改造為局部改造方式，即保留原有油壓裝置和接力器，將原來有主配壓閥（包括主配壓閥）以上部分全部更換，重新組成全數(shù)字式的可編程微機(jī)調(diào)速器。改造時(shí)間從2009年10月21～26日，歷時(shí)7天。

2.1 微機(jī)調(diào)速器的工作框圖（圖2）

圖2 微機(jī)調(diào)速器的工作框圖

2.2 改造部位主要設(shè)備組成

采用電子調(diào)節(jié)器+電液隨動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)代替了傳統(tǒng)的緩沖式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（即包含緩沖電路的反饋回路包括了放大器、電液轉(zhuǎn)換部件、配壓閥、主接力器組成的主通道，所構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)）。

（1）控制部分改造。

采用PLC控制取代了單片機(jī)，采用交直流雙重供電方式，當(dāng)任一組電源斷電后，調(diào)速器連續(xù)無擾地切換到另一組電源供電，互為備用。測頻回路采用PLC A/D轉(zhuǎn)換模塊測量，頻率給定回路、功率給定和硬反饋回路、綜合放大回路全由PLC實(shí)現(xiàn)，可根據(jù)機(jī)組單機(jī)運(yùn)行、并網(wǎng)運(yùn)行等不同工況的需要，采取不同的控制方式，并能按水位自動(dòng)調(diào)節(jié)啟動(dòng)開度、空載開度，實(shí)現(xiàn)故障在線報(bào)警、自診斷功能、通訊功能等。

（2）隨動(dòng)部分改造。

微機(jī)調(diào)速器的電液隨動(dòng)系統(tǒng)取消了杠桿機(jī)構(gòu)和管路系統(tǒng)，代之以液壓集成塊和標(biāo)準(zhǔn)液壓元件，用電磁換向閥取代電液轉(zhuǎn)換器，較好地解決了因油污而引起的電液轉(zhuǎn)換器卡滯，致機(jī)組減負(fù)荷的問題。使機(jī)械柜結(jié)構(gòu)變得十分簡單、可靠，維護(hù)非常方便。

機(jī)械驅(qū)動(dòng)放大為直聯(lián)型，無放大杠桿。機(jī)械液壓部分為標(biāo)準(zhǔn)塊式結(jié)構(gòu)，檢修方便，系統(tǒng)油耗小。系統(tǒng)有雙聯(lián)濾油裝置，機(jī)組運(yùn)行時(shí)可以切換清洗。系統(tǒng)不設(shè)主配壓閥，由電液換向閥直接控制接力器的動(dòng)作。

2.3 改造中要注意的問題、安裝調(diào)試過程中遇到的問題及解決方案

2.3.1 改造中要注意新部件與原部件配合連接問

（1）考慮選取與原設(shè)備一致的新設(shè)備顏色，使得效果美觀且有整體感。

（2）考慮選取新部件與原部件連接方式，確保尺寸準(zhǔn)確，連接可靠。

（3）考慮原設(shè)備拆除部分的封堵。對拆除后形成的孔洞，封都要嚴(yán)密，確保不漏氣漏油。

（4）考慮新設(shè)備所需外部電氣線路，清理可利用的原線路，不足部分新布置，確保連接正確，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

（5）對保留的原設(shè)備部分，如存在嚴(yán)重缺陷，需與改造總體考慮處理方案。

2.3.2 改造中遇到的問題及處理辦法

（1）因無原設(shè)備內(nèi)部細(xì)部圖低，廠家做的原主接力器與數(shù)字閥連接封堵蓋板尺寸有偏差，不能使用。到現(xiàn)場拆開后臨時(shí)測量尺寸，外送加工，影響了工期。

（2）因安裝調(diào)試時(shí)沒關(guān)進(jìn)水蝶閥，調(diào)整零點(diǎn)和滿度存在誤差，開度99.9%時(shí)，傳感器出現(xiàn)拉翻的現(xiàn)象，導(dǎo)葉無開度指示。此時(shí)需手動(dòng)微動(dòng)關(guān)小導(dǎo)葉，恢復(fù)正常。根本解決的辦法是：關(guān)掉蝶閥重新進(jìn)行零度和滿度調(diào)整，以消除誤差。

（3）原鎖錠是油壓自動(dòng)投退，因動(dòng)作頻繁，密封老化等原因，存在漏油現(xiàn)象，在原鎖定處改成無油手動(dòng)，需正確選取手動(dòng)鎖錠安裝位置和固定方式，確保工作可靠。

3 改造效果

3.1 試驗(yàn)情況（附表）

附表 試驗(yàn)情況

通過改造前后試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比，改造后動(dòng)、靜態(tài)品質(zhì)明顯優(yōu)于改造前，所有性能指標(biāo)均達(dá)到或優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 運(yùn)行情況

（1）調(diào)速器能遠(yuǎn)方開、停機(jī)，遠(yuǎn)方控制出力和事故停機(jī)；保證在調(diào)速器內(nèi)部故障時(shí)，不造成機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的改變和出力波動(dòng)，在外部系統(tǒng)事故要求停機(jī)時(shí)，能保證機(jī)組安全停機(jī)。

（2）調(diào)速器能遠(yuǎn)方自動(dòng)控制和就地手動(dòng)控制，電氣部分可跟蹤機(jī)械手動(dòng)，機(jī)械手動(dòng)切至自動(dòng)或手動(dòng)時(shí)不需任何調(diào)整，為無擾切換，各運(yùn)行工況可任意切換無擾動(dòng)；自適應(yīng)式開機(jī)規(guī)律，無需設(shè)置開機(jī)頂點(diǎn)，開機(jī)參數(shù)，對不同機(jī)組均能自動(dòng)根據(jù)水位迅速安全地將機(jī)組開啟至空載。

（3）空載自動(dòng)跟蹤電網(wǎng)頻率，以及特有自動(dòng)補(bǔ)償PID調(diào)節(jié)規(guī)律，能使機(jī)組頻率迅速達(dá)到同期要求。改造前并網(wǎng)時(shí)間從發(fā)出開機(jī)令至并網(wǎng)結(jié)束，費(fèi)時(shí)2分40秒，改造后相同過程費(fèi)時(shí)1分50秒。

（4）機(jī)械液壓系統(tǒng)采用全數(shù)字液壓技術(shù)，以電磁換向閥作為電液轉(zhuǎn)換元件，且靜態(tài)無油耗。采用電磁閥實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作，直觀可靠無漂移。改造前機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)下油泵打油時(shí)間間隔37分39秒，改造后相同狀態(tài)下打油時(shí)間間隔24小時(shí)2分20秒。

（5）全部采用標(biāo)準(zhǔn)的液壓元件，集成化程度高，安裝調(diào)試保養(yǎng)維護(hù)都非常簡單。不斷流雙芯濾油采用不銹鋼折疊式濾網(wǎng)，壽命長，易保養(yǎng)。采用獨(dú)立的機(jī)械液壓控制回路分別控制微動(dòng)和快動(dòng)，調(diào)節(jié)品質(zhì)更高，可靠性更高。

（6）智能容錯(cuò)測頻及自動(dòng)識別大小網(wǎng)，頻率測量精度高。各種參數(shù)都能在線修改、監(jiān)視，掉電不消失。具有故障自診斷功能，調(diào)節(jié)器能實(shí)時(shí)監(jiān)視自身組成模塊，一旦發(fā)生故障，能立即診斷，并以數(shù)字狀態(tài)顯示指出故障部件。

（7）調(diào)速系統(tǒng)具有良好的可維修性，方便維護(hù)、檢查、檢修與調(diào)試，使安裝及維修人員能利用微機(jī)對調(diào)速器的參數(shù)、控制邏輯進(jìn)行監(jiān)視、修改。能通過液晶觸摸屏直接設(shè)置參數(shù)及進(jìn)行操作，并設(shè)置有密碼保護(hù)功能。

4 結(jié)語

微機(jī)調(diào)速器具有技術(shù)先進(jìn)、可靠性高、穩(wěn)定性好、速動(dòng)性好、操作簡單和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，對電液調(diào)速器進(jìn)行微機(jī)改造，投資小，工期短，現(xiàn)場改造工作量小、效益明顯，值得推廣。