微機(jī)調(diào)速器轉(zhuǎn)速測控功能的開發(fā)與應(yīng)用

林 峰

(廣東粵電青溪發(fā)電有限責(zé)任公司，廣東 梅州 514200)

微機(jī)調(diào)速器轉(zhuǎn)速測控功能的開發(fā)與應(yīng)用

林 峰

(廣東粵電青溪發(fā)電有限責(zé)任公司，廣東 梅州 514200)

介紹了調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速測控信號源的選擇與解決思路，并探討了調(diào)速器轉(zhuǎn)速測控功能的具體實現(xiàn)策略，以期對水電廠實現(xiàn)不同原理的獨立測速控制起到一定的借鑒作用。

調(diào)速器；轉(zhuǎn)速測控；應(yīng)用

0 引言

運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組必須有兩套不同原理的獨立測速控制裝置，防止由于單一測速裝置不可靠引起機(jī)組過速，造成主設(shè)備損壞。青溪電廠的機(jī)組測速控制采用南瑞公司的SJ-22C測速裝置，該裝置具備機(jī)械脈沖測速及電氣殘壓測速功能，但由于兩種功能均在同套測速裝置(SJ-22C)內(nèi)，不符合兩套獨立測速控制裝置的要求。若將機(jī)械脈沖及電氣殘壓測速信號分開，分別接入兩套測速裝置中，也能實現(xiàn)測速要求，但由于前期設(shè)計原因，現(xiàn)場沒有較好的裝置安裝位置。通過調(diào)研分析，在機(jī)組調(diào)速器上進(jìn)行轉(zhuǎn)速測控功能的開發(fā)，將信號引入監(jiān)控系統(tǒng)，也是一種較為可行的方法，具有較高可靠性，且可減少設(shè)備投資，對水電廠實現(xiàn)不同原理的獨立測速控制有一定借鑒意義。

1 調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速測控信號源的選擇與解決思路

目前，國內(nèi)水輪發(fā)電機(jī)組微機(jī)調(diào)速器采用兩種方式實現(xiàn)機(jī)組測頻：一種是取發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓互感器(PT)信號實現(xiàn)殘壓測頻；另一種為采用接近開關(guān)和齒盤檢測機(jī)組頻率，其頻率信號源是通過一對電磁感應(yīng)式接近開關(guān)取自安裝在機(jī)組大軸上的齒盤裝置，將信號接入調(diào)速系統(tǒng)，即可實現(xiàn)機(jī)械齒盤測頻。這兩種方式測得的頻率信號同時輸入調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器就能按預(yù)定的程序進(jìn)行實時控制。

1.1 電氣殘壓測頻

該方式通過對機(jī)組PT采樣再經(jīng)過PLC運(yùn)算來實現(xiàn)，具有較高的測量精度(已達(dá)到0.2級)及可靠性，也是目前調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)用較為普遍的一種測頻方式，可滿足調(diào)速器的測頻要求。

1.2 機(jī)械齒盤測頻

齒盤速度信號不受發(fā)電機(jī)殘壓限制，也不受非周期雜波干擾，比PT信號具有更高的可靠性。另外，齒盤測速裝置還具有可靠的零轉(zhuǎn)速(蠕動)檢測功能。

目前，數(shù)字式齒盤測頻方式在測頻精度要求不高的場合中已得到大量應(yīng)用，由齒盤、傳感器、控制電纜等組成測速回路(圖1)。但其在國內(nèi)水輪機(jī)組微機(jī)調(diào)速器領(lǐng)域還較少采用，原因是調(diào)速器對頻率測量的精度要求高，而數(shù)字式齒盤測頻方式會受齒盤因加工工藝造成的齒距不均勻、傳感器靈敏性偏差以及機(jī)組主軸擺動帶來的齒盤中心相對測速探頭發(fā)生偏移等問題干擾，影響測頻精度。

圖1 齒盤測速原理

解決方法如下：(1) 提高齒盤的工藝水平，控制好其圓度及齒距；(2) 主軸振動使齒盤中心相對測速探頭發(fā)生偏移，這種相對運(yùn)動會產(chǎn)生低頻振蕩，這就要求在安裝齒盤和測速探頭時使齒盤中心與機(jī)組軸線在同一軸上，即同心度越小越好，消除主軸擺動對脈沖信號接收的影響；(3) 使用專用屏蔽電纜，并盡可能減小偏差以提高精度；(4) 使用低通波濾器消除齒盤測速干擾信號。

2 調(diào)速器轉(zhuǎn)速測控功能的具體實現(xiàn)

青溪電廠使用的水輪機(jī)調(diào)速器為武漢三聯(lián)水電控制設(shè)備公司W(wǎng)(S)T系列可編程(PLC)調(diào)速器，經(jīng)與調(diào)速器廠家溝通，通過外部信號的引入及內(nèi)部編程控制策略的設(shè)置，可實現(xiàn)電氣、機(jī)械測頻功能，將輸出測點穩(wěn)定、可靠地接入計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，機(jī)組轉(zhuǎn)速小于95%Ne階段取用機(jī)械速度信號，機(jī)組轉(zhuǎn)速大于95%Ne后取用機(jī)端PT速度信號，與另一套測速裝置(SJ-22C)組合使用，實現(xiàn)兩套完全不同原理及控制策略的測頻方式，保證機(jī)組的安全運(yùn)行。

2.1 硬件配置

信號冗余、電源冗余設(shè)計，多路信號同時輸入和交/直流電源同時供電，具有較高可靠性。如果在老調(diào)速器系統(tǒng)上實施，由于原調(diào)速器的PLC控制輸出備用點較少，增加一塊PLC輸出模塊及配套的一塊通訊模塊及通訊電纜，根據(jù)需要增加相應(yīng)數(shù)量的控制繼電器即可。如進(jìn)行新設(shè)備改造，可提出控制要求，由廠家完成出廠配置。傳感器的類型可靈活選擇，頻率分辨率可達(dá)到0.01 Hz。通常情況下，選擇采集兩路齒盤傳感器信號和一路發(fā)電機(jī)PT信號。

2.2 軟件配置

(1) 在調(diào)速器原程序上增加測速控制輸出程序。該部分包含頻率測量公用子程序、網(wǎng)頻故障監(jiān)視器、機(jī)頻空載監(jiān)視器、機(jī)頻停機(jī)備用監(jiān)視器等程序，由廠家編寫、固化于控制流程中。

(2) 在調(diào)速器觸摸屏面板上增加測速控制輸出功能的設(shè)置畫面，動態(tài)數(shù)據(jù)顯示和全數(shù)字鍵盤用于人機(jī)交互界面，操作簡便，容易使用。通過圖形菜單(操作按鈕)現(xiàn)場設(shè)定繼電器輸出、動作點及報警方式。

(3) 傳感器斷線閉鎖，故障報警。監(jiān)控儀采用機(jī)械轉(zhuǎn)速優(yōu)先的法則，正常狀態(tài)顯示機(jī)械轉(zhuǎn)速。當(dāng)探頭發(fā)生故障無法正常傳輸信號時，監(jiān)控儀將自動轉(zhuǎn)為電氣轉(zhuǎn)速，同時發(fā)出告警信號。當(dāng)傳感器發(fā)生故障時，系統(tǒng)可自動否決故障通道。采用這種機(jī)制可有效抑制突發(fā)性干擾，并剔除故障信號，大大提高監(jiān)控儀的容錯能力，從而提高系統(tǒng)的可靠性。

(4) 機(jī)組在蠕動情況下仍能正常檢測并給出信號。

(5) 在計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上編寫控制邏輯流程，按需選擇測點進(jìn)行組合控制。

2.3 輸出測點設(shè)置及輸出策略

機(jī)組轉(zhuǎn)速測點的選用應(yīng)符合水輪機(jī)的控制需要，作為機(jī)組啟、停流程判斷的輸入條件，達(dá)到安全控制的目的(表1)。

表1 轉(zhuǎn)速測點定義表

注：F模式表示電氣殘壓測速，P模式表示機(jī)械脈沖測速。

2.4 繼電器輸出策略

(1) 全部輸出接點選用常開接點，滿足條件時，動作輸出。(2) 當(dāng)調(diào)速器掉電時全部接點不輸出。(3) 當(dāng)調(diào)速器上電時，全部接點延時5 s后，根據(jù)判斷條件，輸出相應(yīng)接點。(4) 調(diào)速器觸摸屏頻率測控頁面設(shè)置軟復(fù)位按鈕，復(fù)位5 s后，根據(jù)判斷條件，輸出相應(yīng)接點。(5) 由50 Hz突然失頻時，各繼電器應(yīng)保持失頻前的狀態(tài)。

2.5 測頻回路流程圖

在調(diào)速器中根據(jù)檢測到的頻率信號編寫控制流程，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速精準(zhǔn)輸出，如圖2所示。

2.6 兩套測頻控制系統(tǒng)的輸出應(yīng)用

將SJ-22C測速裝置與調(diào)速器測速裝置所有測點引入計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)控制策略，在監(jiān)控系統(tǒng)編寫控制邏輯流程，從而實現(xiàn)雙測頻控制系統(tǒng)的應(yīng)用。

3 結(jié)語

在機(jī)組微機(jī)調(diào)速器上開發(fā)電氣殘壓與機(jī)械齒盤雙重測速功能，并與常規(guī)測速裝置(SJ-22C)同時將信號引入計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，滿足了電廠機(jī)組應(yīng)有兩套不同原理的轉(zhuǎn)速測控系統(tǒng)的要求，實現(xiàn)雙測速方式，適用于大中型水電機(jī)組的控制，為水電廠安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠的轉(zhuǎn)速依據(jù)，避免了由于設(shè)備不可靠引起的機(jī)組飛逸的情況發(fā)生，提高了電站運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性。

圖2 測頻回路流程圖

[1]葉建和.基于PLC的水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速測量的研究[J].水電廠自動化，2004(1)

[2]蔡維由.中小型水輪機(jī)調(diào)速器的原理調(diào)試與故障分析處理[M].中國電力出版社，2006

2014-06-20

林峰(1976—)，男，廣東澄海人，電氣工程師，從事水電廠生產(chǎn)技術(shù)管理工作。