潘口水電站機組調(diào)速器測頻穩(wěn)定性改造

漢江水電開發(fā)有限責任公司 電廠維護室 李發(fā)鵬

漢江水利水電（集團）有限責任公司 丹江口水力發(fā)電廠 陳夢萍

漢江水電開發(fā)有限責任公司機 電設備部 米 斯

對于微機調(diào)速器來說，測頻環(huán)節(jié)的可靠性、穩(wěn)定性、精度和實時性直接影響調(diào)速器的調(diào)節(jié)品質(zhì)和整個機組的安全運行。本文，筆者主要闡述了潘口水電站機組調(diào)速器在電力生產(chǎn)過程中的重要性，并分析了調(diào)速器測頻錄波曲線，指出了測頻穩(wěn)定性改造的必要性。

一、潘口水電站機組調(diào)速系統(tǒng)概述

潘口水電站機組調(diào)速系統(tǒng)為武漢長江控制設備研究所生產(chǎn)的WDT-150-6.3 型，電氣系統(tǒng)采用雙冗余PLC 型微機數(shù)字調(diào)速器，其硬件及軟件平臺采用來自法國Schneider-electric 的TM258 型控制器，該控制器具有結(jié)構緊湊（一體化本體）、體積小巧（42I/O 幅寬僅有62.5 mm）、反應速度快（雙核處理器、22 ns/指令）、通信能力強（百兆網(wǎng)口）等優(yōu)點，本體帶有周期測量功能，可以完全實現(xiàn)PLC 本體測頻，非常適合調(diào)速器設備使用。其中頻率測量分為機頻1（機組PT）、機頻2（齒盤）、網(wǎng)頻（系統(tǒng)PT）3 路，這3 路頻率測量環(huán)節(jié)經(jīng)接口功能板CK/PCB-020、CPU、高速計數(shù)等模塊最終提供調(diào)節(jié)器的頻差信號Δf＝f給（網(wǎng)頻）－f機。從調(diào)速器的系統(tǒng)結(jié)構來看，測頻是3 個串聯(lián)環(huán)節(jié)的前置環(huán)節(jié)，一旦測頻出錯或不可靠，整個調(diào)速器自動通道的可靠性就無法得到保證。

二、改造前機組調(diào)速器測頻控制理念及存在的問題

1.改造前機組調(diào)速器測頻硬件回路分析。改造前機組調(diào)速器測頻硬件回路接線如圖1所示。

圖1 改造前機組調(diào)速器測頻硬件回路接線

在潘口首臺機組調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)，該硬件回路接線存在以下問題：

（1）網(wǎng)頻（NF）與機頻2（JF2）通過頻率切換繼電器K16，只能有一路頻率進入高速計數(shù)DM72DF1（圖1中A14-11），當機頻1（JF1）故障和頻率切換繼電器切換同時故障時，機組頻率則會故障，從而導致調(diào)速器切手動，在很大程度上降低了機組在并網(wǎng)工況下安全運行的可靠性。

（2）潘口首臺機組調(diào)試過程中的調(diào)速器錄波曲線如圖2所示。網(wǎng)頻與機頻2 在并網(wǎng)時通過繼電器K16 切換的瞬間，給網(wǎng)頻造成很大干擾，高速計數(shù)達計數(shù)峰值100 Hz，而此時調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)輸出至0，從而將導葉全關，使機組由發(fā)電態(tài)變?yōu)檎{(diào)相態(tài)，在此過程中對系統(tǒng)造成了很大沖擊。

圖2 改造前機組并網(wǎng)時調(diào)速器錄波曲線

2.改造前機組調(diào)速器軟件測頻程序分析。通過對機組調(diào)速器軟件程序?qū)y頻的控制理念的分析，并結(jié)合圖2，筆者發(fā)現(xiàn)機組調(diào)速器測頻控制理念存在以下不足。

（1）因硬件部分網(wǎng)頻與機頻2 靠繼電器切換才能進入高速計數(shù)，因此在軟件程序中并網(wǎng)之后只有機頻1 與網(wǎng)頻參與調(diào)節(jié)器工況計算，若此時兩路頻率都故障，機組就會切手動運行。另外，在機組空載及并網(wǎng)工況要加入頻率切換條件來進行相應的工況計算及故障判別。從這兩方面分析，該控制理念增加了調(diào)速器軟件程序的復雜性及繁瑣性，降低了機組并網(wǎng)時測頻的可靠性。

（2）在機組并網(wǎng)后，機組軟件程序通過對機頻1 與網(wǎng)頻的容錯來賦值。當機組并網(wǎng)后在網(wǎng)頻未故障的情況下，若機頻1超出±0.05 Hz 時，則會將網(wǎng)頻的值賦給機頻1 用于調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)用。在這種情況下，會導致在機組并網(wǎng)時，網(wǎng)頻與機頻2 通過繼電器切換，在切換瞬間會給網(wǎng)頻造成很大干擾，而此時網(wǎng)頻又不故障，因此將高速計數(shù)測得的網(wǎng)頻值100 Hz 賦給機頻1，從而導致調(diào)節(jié)器將調(diào)節(jié)輸出至0 而全關導葉，嚴重影響機組的安全運行。

三、改造方案分析

1.機組調(diào)速器測頻硬件回路改造。改造后的機組調(diào)速器測頻硬件回路接線如圖3所示。

圖3 改造后的機組調(diào)速器測頻硬件回路接線

（1）分別給雙冗余PLC 增加法國Schneider-electric 生產(chǎn)的高速計數(shù)器TM5SDI2DF，該計數(shù)器為TM258 型專用頻率測量，其計數(shù)模式為門測量方式，計數(shù)頻率可達48 MHz（缺省值），因此適合用于機頻2 的測量。

（2）廢除頻率切換繼電器K16，不改變網(wǎng)頻測量的高速計數(shù)器測量回路，這樣便保證了3 路頻率都能進入各自高速計數(shù)器，避免了頻率切換繼電器對高速計數(shù)的干擾，從而提高了調(diào)速器頻率測量的可靠性，有利于機組的安全運行。

2.機組調(diào)速器軟件程序測頻理念的改造。

（1）因機組調(diào)速器測頻硬件回路增加了機頻2 的專用測量計數(shù)器，廢除了頻率切換繼電器K16，使3 路頻率都能進入各自的高速計數(shù)狀態(tài)，因此在調(diào)速器軟件程序中刪除了頻率切換這個判別條件，從而優(yōu)化了調(diào)速器的工況計算過程，使故障判別更加合理；同時在機組調(diào)速器軟件程序測頻部分中，對機頻2 配置一定的濾波系數(shù)，按測速探頭與齒盤的安裝距離配置適當?shù)男拚禂?shù)，使機頻2 測量更為精確，并使機頻2 成為機組在并網(wǎng)工況下機頻1 與網(wǎng)頻都故障時的后備頻率，從而為調(diào)節(jié)器計算提供了可靠的頻率測量保證。

（2）經(jīng)過多次模擬并網(wǎng)工況試驗，將調(diào)速器軟件程序中對機組并網(wǎng)后機頻1 與網(wǎng)頻容錯賦值的控制方法改為機頻1 與網(wǎng)頻分別與50Hz 做差之后，哪個差值小則用哪個用于調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)計算用的控制方法。改造后機組并網(wǎng)時調(diào)速器錄波曲線如圖4所示。

圖4 改造后的機組并網(wǎng)時調(diào)速器錄波曲線

該控制理念完全符合機組并網(wǎng)時相應的工況計算，從而解決了改造前網(wǎng)頻測值過大而誤賦值，使調(diào)節(jié)器誤調(diào)節(jié)的重大安全隱患。

四、結(jié)論

經(jīng)過潘口水電站首臺機組調(diào)試、72 h 試運行、生產(chǎn)運行等實踐，改造后的機組調(diào)速器測頻穩(wěn)定，安全可靠，有效地保證了機組調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，使機組始終處于安全、穩(wěn)定運行狀態(tài)下正常工作。