小型水電站調(diào)速器技術改造選型

周銘高

(上饒市水利電力勘測設計院，江西 上饒 334000)

1 概述

調(diào)速器是水電站水輪發(fā)電機組開停機、并網(wǎng)、有功功率調(diào)節(jié)及保障水輪發(fā)電機組安全穩(wěn)定運行的關鍵設備。江西省上饒市進行本次增效擴容改造的農(nóng)村水電站 (1995年以前建成)調(diào)速器有手電動調(diào)速器、操作器、XT或YT型機械調(diào)速器、集成電路YDT型電氣調(diào)速器。目前市場已買不到機械調(diào)速器調(diào)節(jié)柜的配件，有些電站是帶病運行或者完全手動，對機組設備及電網(wǎng)安全造成隱患。采用電氣調(diào)速器的電站大多為20世紀90年代建成，因其電氣調(diào)節(jié)柜內(nèi)電液轉(zhuǎn)換器對油質(zhì)要求高易卡塞，存在致命缺點而被淘汰。由于微機調(diào)速器具有轉(zhuǎn)速死區(qū)小、機組頻率擺值小、帶穩(wěn)定負荷時導葉變化小、平均無故障運行時間長等優(yōu)點，是傳統(tǒng)調(diào)速器的升級換代產(chǎn)品。因此，在農(nóng)村水電增效擴容改造同時對淘汰的調(diào)速器進行技術改造是非常必要的。

2 技術改造選型

目前上饒市農(nóng)村水電增效擴容改造招標工作已全部結(jié)束，在《水利部農(nóng)村水電增效擴容改造項目機電設備選用指導意見》中專門對調(diào)速器選擇提出了明確要求，本文結(jié)合全市列入增效擴容改造的119座電站實際談談調(diào)速器改造選型方案。關于調(diào)速功的計算請參考《水電站機電設計手冊》水力機械分冊，本文不作介紹。

(1)高油壓微機型調(diào)速器。對調(diào)速功≥18 000 N·m和≤75 000 N·m的中型水輪機調(diào)速器選用16.0 MPa油壓裝置，油壓裝置采用囊式儲能器，皮囊充氮氣使用壽命一般為10 a;油泵及電機通常配置2臺，不需要設壓縮空氣系統(tǒng)。油泵電機控制箱另配，啟?？赏O(jiān)視油壓裝置的電接點壓力表或壓力傳感器輸入機組PLC或公共PLC，實現(xiàn)自動控制及故障報警。電站未設計算機綜合自動化，由常規(guī)繼電器及接觸器控制啟停。接力器內(nèi)置外置均可，新建電站采用外置較多，因為取消調(diào)速軸使調(diào)速器在廠內(nèi)布置更為方便。網(wǎng)頻及機頻信號分別取自發(fā)電機出口斷路器系統(tǒng)側(cè)、本機側(cè)。其電氣控制的電液轉(zhuǎn)換裝置有數(shù)字閥組或步進 (伺服)電機 (沖擊式機組還有1組供切向器使用的插裝閥、本市無雙調(diào)機組)，更為先進的是四無型微機調(diào)速器，因其無油電液轉(zhuǎn)換器、無手/自動切換閥、無調(diào)節(jié)杠桿和明管、無機械反饋裝置和鋼絲繩，應用會更廣泛?？删幊炭刂破鱌LC基本采用日本制造，觸摸屏配置為5.7″～10.1″，電氣柜采用交直流雙電源供電。當電站采用了35 kV電壓輸出電能時通常設有直流電源 (個別容量小于1.0 MW的電站采用35 kV輸電未配置直流電源也有)，調(diào)速器可不配置UPS不間斷電源。該類型調(diào)速器主要用于高壓機組或軸流式低壓機組，對配有調(diào)壓閥的較高水頭的水輪發(fā)電機組在開關調(diào)速器的同時還可相應閉開調(diào)壓閥。

(2)中油壓微機調(diào)速器。對調(diào)速功3 000～10 000 N·m的水輪機調(diào)速器建議選用6.3 MPa油壓裝置 (市場采用16.0 MPa的較多)，該油壓裝置仍為囊式蓄能器。調(diào)速器油泵及電機可根據(jù)用戶要求配置1～2臺，不需要設中壓空氣系統(tǒng)。由于調(diào)速功小且采用中壓油壓裝置，主接力器穩(wěn)定性好，調(diào)節(jié)品質(zhì)更優(yōu)，主接力器可內(nèi)置也可外置。當電站輸出電能采用10 kV電壓時一般沒有直流電源，故需配置UPS不間斷電源。臥式機組在有些電站沒有配低壓氣系統(tǒng)，也從調(diào)速器引用壓力油進行機組制動。該類調(diào)速器廣泛用于農(nóng)村小水電站，且?guī)в惺謩庸δ?，電網(wǎng)沒有交流電時可啟動機組并網(wǎng)或者自用發(fā)電，同時適用配有調(diào)壓閥的水電站。

(3)中壓2.5 MPa微機調(diào)速器。主要適用調(diào)速功在3 000～10 000 N·m的水輪機組。對于調(diào)速功≥18 000 N·m的YT、YDT、YWT型調(diào)速器雖然帶有自動補氣功能，但因油壓裝置容積大、補氣慢，原電站設計時仍有中壓空壓機，導致電站增加了1個系統(tǒng)，改造時選用高油壓微機調(diào)速器更為經(jīng)濟。當更高油壓的調(diào)速器增帶有手動功能之后，中壓2.5 MPa油壓裝置的全新調(diào)速器將很少使用，因為2.5 MPa油壓裝置不帶囊式儲能器，容易污染油質(zhì)，且價格與中油壓6.3 MPa微機調(diào)速器沒區(qū)別。保留中壓2.5 MPa油壓裝置的電站屬調(diào)速器部分改造的比較多，可以節(jié)省投資，即原YT、YDT型調(diào)速器保留油壓裝置及回油箱，機械調(diào)節(jié)柜或集成電路電氣調(diào)節(jié)柜改為電氣微機調(diào)節(jié)柜。其缺點是油質(zhì)易混水，需定期過濾，本市有2座電站改造分別采用了 YWT—6000—2.5、YWT—10000—2.5微機調(diào)速器。

(4)操作器。操作器原則上適用于占電力系統(tǒng)容量比例低、單機容量小、無調(diào)頻要求的小電站，一般較多用于容量小于800 kW的低壓機組，調(diào)速功一般為3 000～10 000 N·m。由于水利部增效擴容改造要求低壓機組采用測量、控制、保護(應采用微機保護)與一次電氣設備組屏，實際上就是目前市場推行的智能一體化屏，而智能一體化屏有一個功能是可以根據(jù)水位 (前池或大壩)開大關小機組導葉開度、調(diào)節(jié)有功功率，如電站有幾臺機組還可以根據(jù)水位自動進行有功功率分配開停部分機組。這種功能操作器不能配合完成，因為操作器并網(wǎng)后即處于給定負荷位置，因此采用操作器將使智能一體化屏的水位調(diào)節(jié)功能失效。還有一些制造廠不愿意推廣操作器，因為操作器價格與同調(diào)速功的微機調(diào)速器價格差異不大;本市招標后原設計采用操作器的電站有部分取消，或采用手電動調(diào)速器，或采用微機調(diào)速器。

(5)手電動調(diào)速器。調(diào)速功一般3 000～18 000 N·m使用手電動調(diào)速器，其調(diào)節(jié)品質(zhì)差但應用廣泛;主要是因為價格低，通常只有微機調(diào)速器價格的1/5～1/10。微機調(diào)速器對混流式水輪機D1≤0.60 m及軸流式水輪機D1≤1.0 m的水輪機價格占比較高，超過20%甚至達50%，建議手電動調(diào)速器適用調(diào)速功≤6 000 N·m的低壓水輪機組;并在電機控制回路加裝變頻器，可有效改善電動機的轉(zhuǎn)速以控制導水機構(gòu)開度，使機組捕捉同期點更容易。對智能一體化屏加手電動調(diào)速器的選型方案應該比三合一屏加微機調(diào)速器 (操作器)的選型方案更經(jīng)濟，更具推廣意義。采用手電動調(diào)速器的機組需配置UPS不間斷電源以保證停機時關閉導葉，本市50%以上的電站仍選用手電動調(diào)速器。

3 結(jié)語

綜上所述，每一座電站都應該選擇合理的調(diào)速器型號，以此來保證機組在各種工況都能穩(wěn)定經(jīng)濟運行。