GE水輪機調(diào)速器在水電廠的運用及優(yōu)化

　　水輪機調(diào)速器是水輪發(fā)電機組的一個重要輔助設(shè)備，除了完成調(diào)節(jié)機組頻率任務(wù)外，還有多種控制功能，如機組啟動、停機、增減負(fù)荷等。水輪機調(diào)速器通過外部開入開出、模入模出板件與發(fā)電機控制系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)并實行控制，調(diào)速器控制系統(tǒng)的運行直接影響到發(fā)電機能否正常運行。本文以某電廠調(diào)速器改造為例，闡述了GE水輪機調(diào)速器在水電廠的運用及優(yōu)化。
　　1　概述
　　某電廠#3水輪機調(diào)速器最初為1990年投運的挪威克瓦納公司生產(chǎn)的“LV26b”型機械調(diào)節(jié)柜和1998年投運的南瑞電氣控制公司“SJ－721”型雙微機電氣調(diào)節(jié)柜。隨著運行時間的增加，該調(diào)速器系統(tǒng)出現(xiàn)電氣柜板卡金手指接觸不良、開關(guān)電源模件故障率、伺服閥濾網(wǎng)易堵塞等故障現(xiàn)象，且故障率逐年增加，機組負(fù)荷波動頻繁發(fā)生，一次調(diào)頻性能難以滿足系統(tǒng)要求。2010年2月，該廠決定水輪機調(diào)速器改造為美國GE公司生產(chǎn)的Micronet／FCS000調(diào)速系統(tǒng)，該調(diào)節(jié)系統(tǒng)由一套Micronet Plus電氣控制柜和一套由FCS000閥為主組成的機械液壓控制柜組成。
　　2　調(diào)速器系統(tǒng)的運用及優(yōu)化
　　為確保水輪機調(diào)速器控制部分與電廠原有自動控制系統(tǒng)正確配合，確保整個系統(tǒng)安全運行。電廠組織技術(shù)力量對調(diào)速器測速系統(tǒng)、控制流程、保護(hù)、接口、供電、PID參數(shù)等進(jìn)行了優(yōu)化，以實現(xiàn)對水輪發(fā)電機的最優(yōu)控制行。
　　2.1轉(zhuǎn)速測量優(yōu)化
　　轉(zhuǎn)速測量優(yōu)化包括調(diào)節(jié)器測速系統(tǒng)優(yōu)化和自動控制系統(tǒng)測速優(yōu)化。調(diào)節(jié)器測速包括2路齒盤測速、一路PT測速；為保證安全性與獨立性，專門設(shè)計另外2路齒盤測速供自動控制系統(tǒng)使用，且采用不同廠家、不同測速原理產(chǎn)品。
　　測速裝置與調(diào)節(jié)柜相對獨立，用于產(chǎn)生滿足機組自動控制所需要的轉(zhuǎn)速信號及過速保護(hù)使用。為保證可靠性，調(diào)節(jié)柜也可輸出轉(zhuǎn)速信號(為備用方式)，若測速裝置嚴(yán)重故障，則改用調(diào)節(jié)柜之轉(zhuǎn)速信號輸出。測速裝置以Siemens S7-200 PLC硬件平臺為核心，采用Braun轉(zhuǎn)速繼電器D521、接近開關(guān)為主要元件，當(dāng)其中一套測量元件接近開關(guān)掉電或發(fā)生其它故障時，裝置能進(jìn)行自動判斷，并將轉(zhuǎn)速測量信號切換到備用通道，保持測速裝置的正常運行。
　　2.2控制流程優(yōu)化
　　為與自動控制系統(tǒng)配合，設(shè)計有手動、自動開機程序，手動開機時，開度由手動增減開度控制；自動開機時，設(shè)計為：收到開機令與開度限制增命令時，打開導(dǎo)葉至15％開度，機組升速至20％額定轉(zhuǎn)速時，調(diào)整導(dǎo)葉開度，轉(zhuǎn)速以1.3％／秒的速率升至95％Ne后，轉(zhuǎn)速以0.5％／秒的速率升至額定轉(zhuǎn)速Ne。
　　2.3保護(hù)優(yōu)化
　　設(shè)計上，調(diào)節(jié)器本身無事故信號，僅有故障報警信號，調(diào)節(jié)器嚴(yán)重故障時，將執(zhí)行自復(fù)中操作，維持導(dǎo)葉開度不變，機組負(fù)荷不變。為保證安全，設(shè)計為2路自復(fù)中串聯(lián)，分別由冗余的PLC控制，兩套系統(tǒng)均判斷為時才執(zhí)行自復(fù)中操作。在測速裝置中，為保證安全，設(shè)計有電氣過速啟動機械事故停機功能，機械柜部分保留原有機械過速緊急關(guān)閉導(dǎo)葉回路，當(dāng)主配壓閥處于自復(fù)中運行狀態(tài)時，若發(fā)電機并網(wǎng)開關(guān)跳閘(偷跳或者遠(yuǎn)方切機跳閘時)，機組將過速，為防止此現(xiàn)象發(fā)生，增加了調(diào)速器自復(fù)中狀態(tài)運行時，若發(fā)電機并網(wǎng)開關(guān)跳閘，則啟動機械事故停機回路，緊急停機電磁閥動作關(guān)閉導(dǎo)葉，保證機組運行安全。多重保護(hù)，確保安全。
　　2.4接口優(yōu)化
　　發(fā)電機自動控制系統(tǒng)以S5－115U型PLC為核心，其主要控制功能包括：機組運行狀態(tài)判別、啟動允許判別，開機流程執(zhí)行、停機流程執(zhí)行、緊急停機流程執(zhí)行等。為實現(xiàn)發(fā)電機正常控制，要模擬出：機械開度限制機構(gòu)位置(全關(guān)位置、啟動位置、全開位置)、停機閥位置(工作位置、停機位置)反饋給PLC，以保證發(fā)電機PLC各種控制流程能正常進(jìn)行。
　　經(jīng)優(yōu)化組合，模擬開度限制機構(gòu)位置方法為：在調(diào)速器軟件中，增加用戶程序，用電氣開限模擬原開度限制機構(gòu)位置，增加、減少開度限制的命令送至調(diào)速器開關(guān)量輸入板，在調(diào)速器軟件中設(shè)置與機械開度限制位置相對應(yīng)電氣開限值(0、10％、100％開度)，通過開關(guān)量輸出板反饋給機組PLC。分別模擬PLC控制所需要的全關(guān)位置、啟動位置和全開位置。啟動位置的大小可在觸摸屏上手動調(diào)整，以適應(yīng)不同的水庫水位。
　　模擬停機閥位置的方法是：用兩個繼電器構(gòu)成自保持互鎖回路，由PLC或者手動操作控制，分別模擬停機閥工作位置，停機位置反饋給PLC，用于滿足PLC順控流程的正常執(zhí)行。
　　2.5系統(tǒng)供電優(yōu)化
　　兩路直流電源分別取自電廠兩段直流母線，一路交流電源取自機組自用電，經(jīng)大容量開關(guān)電源隔離變換，供電給調(diào)節(jié)器使用；測速部分電源也取自2段直流母線，冗余電源結(jié)構(gòu)，確保系統(tǒng)安全可靠供電。
　　2.6調(diào)節(jié)參數(shù)優(yōu)化
　　離線轉(zhuǎn)速控制下，轉(zhuǎn)速階躍測試：
　　P=3.0　I=0.3　D=0.01；
　　并網(wǎng)后：負(fù)荷控制下的PID測試：
　　P=4.0　I=2　D=0.1；
　　經(jīng)反復(fù)試驗，導(dǎo)葉快速關(guān)閉時間為11.6秒甩100％負(fù)荷時，系統(tǒng)動態(tài)調(diào)節(jié)質(zhì)量較好。
　　2.7導(dǎo)葉開度位置反饋回路優(yōu)化
　　原導(dǎo)葉開度測量點為主配處，修改測量點為導(dǎo)葉接力器，直接測量導(dǎo)葉實際開度，且為雙路測量，精度、可靠性均有所提高。
　　3　結(jié)語
　　通過對調(diào)速器測速系統(tǒng)、控制流程，保護(hù)、接口、供電、PID參數(shù)等方面的優(yōu)化，解決了調(diào)速器與發(fā)電機自動控制系統(tǒng)的配合問題，提高系統(tǒng)運行可靠性，設(shè)備安裝后，經(jīng)多次靜態(tài)、動態(tài)調(diào)整試驗，系統(tǒng)主要性能指標(biāo)符合要求。該型調(diào)速器自2010年2月在該廠3#機組投運以來，開機并網(wǎng)速度快，負(fù)荷調(diào)整快速，精確，運行穩(wěn)定可靠，較好地滿足了運行要