淺談鏡泊湖發(fā)電廠水輪機(jī)調(diào)速器的發(fā)展與應(yīng)用

趙　罡

（牡丹江水力發(fā)電總廠，黑龍江 牡丹江 157000）

淺談鏡泊湖發(fā)電廠水輪機(jī)調(diào)速器的發(fā)展與應(yīng)用

趙罡

（牡丹江水力發(fā)電總廠，黑龍江 牡丹江 157000）

摘要：隨著時(shí)代的飛速發(fā)展，水輪機(jī)調(diào)速器早已邁入數(shù)字化信息時(shí)代，作為日偽時(shí)期投產(chǎn)的電站—鏡泊湖發(fā)電廠水輪機(jī)調(diào)速器的技術(shù)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足電力系統(tǒng)及自身的安全穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)備迫切需要更新?lián)Q代。本文闡述了鏡泊湖發(fā)電廠調(diào)速器經(jīng)過多年數(shù)次全面技術(shù)改造，詳細(xì)了解設(shè)備改造后的運(yùn)行情況進(jìn)行比較分析。

鏡泊湖發(fā)電廠；機(jī)械液壓調(diào)速器；電氣液壓調(diào)速器；微機(jī)調(diào)速器；步進(jìn)電機(jī)PLC型調(diào)速器

調(diào)速器是電力系統(tǒng)反應(yīng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與給定額定轉(zhuǎn)速偏差并根據(jù)這一偏差相應(yīng)地調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)輸入動(dòng)力大小的設(shè)備，是有效地調(diào)節(jié)控制發(fā)電機(jī)的輸出出力、維持發(fā)電機(jī)的給定額定轉(zhuǎn)速、保證輸出頻率一致的重要設(shè)備。

回顧國(guó)內(nèi)水輪機(jī)調(diào)速器的發(fā)展史，從20世紀(jì)60年代設(shè)計(jì)研制的機(jī)械液壓型調(diào)速器；70年代研制開發(fā)晶體管電液調(diào)速器，并從分離元件發(fā)展到集成電路電液調(diào)速器，80年代研制開發(fā)微機(jī)調(diào)速器這3個(gè)歷史發(fā)展階段。目前微機(jī)調(diào)速器以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、可靠性高等特點(diǎn)以全面取代其他類型調(diào)速器。90年代，隨著可編程邏輯控制器（PLC）、可編程計(jì)算機(jī)控制器（PCC）技術(shù)的不斷完善，相繼開發(fā)出不同品牌的PLC、PCC型微機(jī)調(diào)速器，其水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)靈敏度高，轉(zhuǎn)速死區(qū)小，穩(wěn)定性好，速動(dòng)性能優(yōu)良等特點(diǎn)成為水電站廣泛應(yīng)用的主導(dǎo)產(chǎn)品。

1.鏡泊湖發(fā)電廠及其調(diào)速器的概況

鏡泊湖發(fā)電廠位于黑龍江省寧安縣境內(nèi)，現(xiàn)有新發(fā)電廠和老發(fā)電廠兩個(gè)發(fā)電站，（以下簡(jiǎn)稱新廠、老廠），老廠始建于1937年日偽時(shí)期，總裝機(jī)容量3.6萬kW。鏡泊湖發(fā)電廠新廠興建于1968年11月，總裝機(jī)容量6萬kW。鏡泊湖發(fā)電廠水力樞紐，主要以發(fā)電為主，兼顧牡丹江中下游工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活用水，水產(chǎn)養(yǎng)殖，水上運(yùn)輸及防洪調(diào)節(jié)等多種經(jīng)濟(jì)效益。

作為黑龍江地區(qū)最早建成的水電站—鏡泊湖發(fā)電廠，電站設(shè)備運(yùn)行周期早已超過年限，6臺(tái)水輪機(jī)調(diào)速器在系統(tǒng)中已經(jīng)不能很好地滿足調(diào)節(jié)性能的要求。為此，鏡廠不斷對(duì)調(diào)速器進(jìn)行升級(jí)改造與更新?lián)Q代，使調(diào)速器運(yùn)行效果明顯提高，滿足電廠機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.機(jī)械液壓調(diào)速器

鏡泊湖發(fā)電廠老廠自建廠以來，1、 2號(hào)機(jī)組均安裝天津水電控制設(shè)備廠生產(chǎn)的T-100A機(jī)械液壓調(diào)速器。經(jīng)過近40年運(yùn)行發(fā)現(xiàn)該液壓調(diào)速器暴露出許多問題：

（1）信號(hào)源引起的故障：老廠采用與發(fā)電機(jī)同軸的永磁機(jī)作調(diào)速器頻率信號(hào)源。由于機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行產(chǎn)生振動(dòng)，會(huì)使永磁機(jī)電壓、頻率周期性變化，加大飛擺裝置的自動(dòng)調(diào)節(jié)，使調(diào)速器發(fā)生反復(fù)抽動(dòng)現(xiàn)象。

（2）自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制機(jī)構(gòu)引起的故障：電氣裝置動(dòng)作原理結(jié)構(gòu)復(fù)雜，離心飛擺部件故障頻發(fā)，測(cè)頻精度差，機(jī)械部件配合間隙逐漸增大并存在著死行程，反饋靈敏度滯后的現(xiàn)象，引起控制機(jī)構(gòu)動(dòng)作遲緩，造成整臺(tái)調(diào)速器調(diào)節(jié)性能變壞。

（3）對(duì)水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)引發(fā)的不良影響：空載時(shí)頻率波動(dòng)大，穩(wěn)定性差；機(jī)組頻率不能自動(dòng)跟蹤電網(wǎng)頻率，機(jī)組同期并網(wǎng)沖擊電流大，難于及時(shí)準(zhǔn)確并網(wǎng)。

3.電液調(diào)速器

70年代初，隨著國(guó)內(nèi)首臺(tái)晶體管電液調(diào)速器的誕生并衍生發(fā)展到集成電路電液調(diào)速器。1984年，將鏡廠6臺(tái)水輪機(jī)調(diào)速器依次進(jìn)行升級(jí)改造，采用天傳所自行研制的BDT-100型電液調(diào)速器。該設(shè)備電氣裝置采用了半導(dǎo)體元件，壽命長(zhǎng)、反應(yīng)迅速、工作可靠無需預(yù)熱；電氣裝置結(jié)構(gòu)為抽屜式，便于檢查和更換；采用中間接力器并從其引出反饋系統(tǒng)，提高了反饋系統(tǒng)的速動(dòng)性。

改造后，經(jīng)階段運(yùn)行仍存在許多問題：

（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理：電氣柜結(jié)構(gòu)為抽屜式，若設(shè)備發(fā)生故障，通常將所有抽屜拉開，拆下電路板用儀器儀表逐一排查。

（2）設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定：機(jī)械柜內(nèi)液壓控制機(jī)構(gòu)原理結(jié)構(gòu)復(fù)雜，油管路分布較多，引導(dǎo)閥與主配壓閥因油質(zhì)問題出現(xiàn)發(fā)卡現(xiàn)象，影響調(diào)速器的運(yùn)行。

（3）工藝質(zhì)量差：電氣柜內(nèi)部晶體管電路板均由電子元件組成，在通/斷電或電氣柜長(zhǎng)期工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生突變沖擊電流引起電子元件損壞，影響電氣柜正常運(yùn)行。

4.微機(jī)調(diào)速器

1990年～1993年，經(jīng)實(shí)地考察論證，將鏡新、老廠1-4機(jī)組更換為天傳所研發(fā)的TDSWT-100型雙微機(jī)調(diào)速器。該設(shè)備以Z-80微型計(jì)算機(jī)作為主機(jī)，其由兩套微機(jī)構(gòu)成，采用模塊化軟件、結(jié)構(gòu)式硬件，通過PIO實(shí)現(xiàn)雙機(jī)間快速數(shù)據(jù)通信，雙機(jī)互為主備用，當(dāng)工作機(jī)故障時(shí)，備用機(jī)自動(dòng)轉(zhuǎn)為工作機(jī)。

1995年，將鏡新廠5、6號(hào)機(jī)調(diào)速器更換為TDWT2型微機(jī)調(diào)速器。該設(shè)備是以日本三菱公司的高可靠性FX2可編程控制器為核心的PID調(diào)節(jié)器和以電液隨動(dòng)系統(tǒng)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的水輪機(jī)調(diào)速設(shè)備。該設(shè)備軟件模塊化，具有自診斷、放錯(cuò)、容錯(cuò)、糾錯(cuò)等功能。

更換后微機(jī)調(diào)速器經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行，一些問題也逐漸浮出水面，暴露無疑：

（1）測(cè)頻方式：該調(diào)速器通過外加測(cè)頻單元，采用單片機(jī)智能化測(cè)頻，該方式易受外界信號(hào)干擾，會(huì)降低調(diào)速器整體可靠性。

（2）機(jī)/電轉(zhuǎn)換部件：采用電液轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)機(jī)/電轉(zhuǎn)換的，作為調(diào)速器的關(guān)鍵部件，一旦環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，將會(huì)造成電液轉(zhuǎn)換器發(fā)卡、拒動(dòng)等現(xiàn)象的發(fā)生。

（3）運(yùn)行不穩(wěn)定：雙微機(jī)調(diào)速器電氣調(diào)節(jié)裝置的集成電路元件較多，易受電磁干擾引起單片機(jī)與調(diào)速器發(fā)生死機(jī)，影響調(diào)速器運(yùn)行。

5.步進(jìn)電機(jī)PLC型調(diào)速器

2000～2005年，將鏡廠6臺(tái)機(jī)組依次更換為天傳所最新研制的TDBWT系列步進(jìn)電機(jī)PLC型調(diào)速器，主要由微機(jī)調(diào)節(jié)器控制柜與機(jī)械操作柜兩部分組成。

TDBWT系列步進(jìn)電機(jī)PLC型調(diào)速器采用適應(yīng)式變結(jié)構(gòu)、變參數(shù)并聯(lián)PID調(diào)節(jié)模式；用步進(jìn)電機(jī)-凸輪直控主配壓閥的傳動(dòng)裝置代替電液轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的新型電液隨動(dòng)系統(tǒng)具有抗油污能力強(qiáng)、速動(dòng)性好、耐磨損、免維護(hù)等特點(diǎn)；調(diào)速器的機(jī)組頻率測(cè)量由PLC本機(jī)完成，作為核心的微機(jī)調(diào)節(jié)器組成的調(diào)速系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)、響應(yīng)快、準(zhǔn)確度高，具有優(yōu)良的靜、動(dòng)態(tài)品質(zhì)。

作為技術(shù)先進(jìn)的成熟產(chǎn)品，它的高可靠性和良好的技術(shù)性能得到了認(rèn)可，彌補(bǔ)了上述調(diào)速器存在的問題。其系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1　

結(jié)語

本文主要論述了鏡廠調(diào)速器的發(fā)展過程與應(yīng)用現(xiàn)狀，通過不斷地改進(jìn)與更新?lián)Q代，大大地提高了調(diào)速器調(diào)節(jié)性能，為機(jī)組安全發(fā)電提供了保障，滿足了水電廠實(shí)現(xiàn)無人值班（少人值守）的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為電廠實(shí)現(xiàn)智能一體化的“一流水電廠”創(chuàng)造了有利的條件。

[1]沈祖詒.水輪機(jī)調(diào)節(jié)[M].北京：水利水電出版社，1988：1-6.

[2]蔡維由.水輪機(jī)調(diào)速器[M].武漢：武漢水利電力大學(xué)出版社，2000：1-6.

[3]魏守平.水輪機(jī)調(diào)速器的PLC測(cè)頻方法[J].水電能源科學(xué)，2000，18（4）：31-33.

[4]蔡維由.基于可編程序控制器的水輪機(jī)微機(jī)調(diào)速器[J].武漢水利電力大學(xué)學(xué)報(bào)，1995：28（1）：66-72.

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