Alstom調(diào)速器系統(tǒng)在溧陽(yáng)抽水蓄能電站的應(yīng)用

曹 揚(yáng)，吳建標(biāo)

(江蘇方天電力技術(shù)有限公司，江蘇 南京 211102)

1 水輪機(jī)調(diào)速器系統(tǒng)的功能及分類

調(diào)速器是抽水蓄能電站主要設(shè)備之一，其作用不僅在運(yùn)行期間用來維持機(jī)組轉(zhuǎn)速恒定，保證機(jī)組的輸出功率的穩(wěn)定，同時(shí)還完成機(jī)組開、停機(jī)，增、減負(fù)荷、緊急停機(jī)等指令，完成網(wǎng)調(diào)下達(dá)的功率指令，調(diào)節(jié)水輪機(jī)組有功功率，滿足電網(wǎng)二次調(diào)頻的要求[1]。水泵水輪機(jī)在發(fā)電調(diào)相、調(diào)頻外，于電網(wǎng)負(fù)荷低谷，用電網(wǎng)多余的電能進(jìn)行抽水蓄能，而在電網(wǎng)負(fù)荷高峰，利用儲(chǔ)存的水能來發(fā)電，起到調(diào)峰填谷作用。

水輪機(jī)調(diào)速器是由水輪機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)及相應(yīng)控制機(jī)構(gòu)和指示儀表等組成裝置的總稱，是水輪機(jī)控制設(shè)備的主體。水輪機(jī)調(diào)速器可按調(diào)節(jié)對(duì)象可分單調(diào)節(jié)調(diào)速器、雙調(diào)節(jié)調(diào)速器、沖擊式專用調(diào)節(jié)器。也可按調(diào)節(jié)元件的發(fā)展歷程分為機(jī)械調(diào)速器、電氣調(diào)速器、微機(jī)調(diào)速器[2]等。

2 Alstom水輪機(jī)調(diào)速器系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)

溧陽(yáng)抽水蓄能電站地處江蘇省溧陽(yáng)市，安裝6臺(tái)單機(jī)容量25萬(wàn)kW的可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組，總?cè)萘?50萬(wàn)kW。調(diào)速器為雙冗余伺服比例閥微機(jī)調(diào)速器，由微機(jī)控制部分、機(jī)械液壓部分和測(cè)速系統(tǒng)等組成。

微機(jī)控制部分型號(hào)為T.SLG，由ALSTOM公司生產(chǎn)，采用PID調(diào)節(jié)規(guī)律。機(jī)械液壓部分分為油壓裝置、導(dǎo)葉接力器控制機(jī)構(gòu)、導(dǎo)葉接力器和控制環(huán)等。測(cè)速系統(tǒng)包括機(jī)端PT測(cè)速、齒盤測(cè)速和機(jī)械過速保護(hù)裝置。

2.1 ALSTOM調(diào)速器的基本控制

2.1.1 頻率或機(jī)組轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)回路

機(jī)組并網(wǎng)前，機(jī)組輸出功率為0，此時(shí)機(jī)組轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)回路起作用，調(diào)速器調(diào)節(jié)機(jī)組轉(zhuǎn)速迅速跟蹤電網(wǎng)頻率，使機(jī)組盡快并網(wǎng)，見圖1。

圖1 一次調(diào)頻回路圖

2.1.2 ALSTOM機(jī)組功率調(diào)節(jié)回路

機(jī)組同期并網(wǎng)后，頻率、功率調(diào)節(jié)同時(shí)起作用。功率調(diào)節(jié)回路使機(jī)組出力盡快跟蹤功率設(shè)定值。若機(jī)組頻率偏離調(diào)速器內(nèi)部設(shè)置的參考值時(shí)，頻率調(diào)整回路起作用，按照預(yù)先設(shè)定的永態(tài)轉(zhuǎn)差率bp，以有差調(diào)節(jié)方式調(diào)節(jié)機(jī)組出力，自動(dòng)承擔(dān)電網(wǎng)的變動(dòng)負(fù)荷，使系統(tǒng)頻率維持在規(guī)定的范圍之內(nèi)，見圖2。

圖2 二次調(diào)頻回路圖

2.2 ALSTOM調(diào)速器機(jī)械液壓系統(tǒng)

調(diào)速器機(jī)械液壓系統(tǒng)由油壓系統(tǒng)、電液轉(zhuǎn)換器、電磁配壓閥、主配壓閥、接力器、油過濾器、開關(guān)等組成。

2.2.1 油壓系統(tǒng)

油壓系統(tǒng)為電液轉(zhuǎn)換單元和控制回路提供連續(xù)穩(wěn)定的壓力源。油壓系統(tǒng)由回油箱、壓力油罐、壓力油泵、安全閥、冷卻回路等組成。

2.2.2 主配壓閥

溧陽(yáng)抽蓄主配壓閥由ALSTOM設(shè)計(jì)，在電站調(diào)節(jié)系統(tǒng)中起著重要作用。對(duì)于抽水蓄能電站，將電氣信號(hào)轉(zhuǎn)化為液壓命令不能由單級(jí)電液轉(zhuǎn)換器完成。如果僅靠比例閥輸出的液壓信號(hào)來控制導(dǎo)葉，可能需要持續(xù)的高電能信號(hào)和容量較大的比例閥線圈，但主配壓閥很好地解決了這一問題[3]。電液轉(zhuǎn)換器將輸入電信號(hào)轉(zhuǎn)換為比例的液壓信號(hào)，即一級(jí)放大，主配壓閥液壓放大，即二級(jí)放大。

閥芯有上、中、下三個(gè)閥盤，上端部的油腔始終接通壓力油；下端部的油腔截面積大于上端部的油腔截面比例閥，當(dāng)下端部的油腔接通壓力油時(shí)，活動(dòng)閥芯將向上運(yùn)動(dòng)；當(dāng)下端部油腔接通排油時(shí)，活動(dòng)閥芯向下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)活動(dòng)閥芯向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)葉開啟；當(dāng)活動(dòng)閥芯向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)葉關(guān)閉。X口持續(xù)接通壓力油，以保證事故情況下，閥芯向下運(yùn)動(dòng)，關(guān)閉導(dǎo)葉[4]。

2）建設(shè)體育特色小鎮(zhèn)，要強(qiáng)調(diào)市場(chǎng)在資源配置中的決定性作用，激發(fā)市場(chǎng)活力，要打破政府墊資或出資的融資模式，吸引具有較強(qiáng)實(shí)力的企業(yè)參與投資和管理。

2.2.3 調(diào)速器電氣部分運(yùn)行方式

(1)遠(yuǎn)方自動(dòng)控制：調(diào)速器電氣柜上控制方式開關(guān)切至“遠(yuǎn)方自動(dòng)”位置，運(yùn)行方式開關(guān)切至“自動(dòng)”位置。正常運(yùn)行調(diào)速器控制方式為遠(yuǎn)方自動(dòng)，在此運(yùn)行方式下調(diào)速器接受機(jī)組LCU發(fā)出的控制命令，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)運(yùn)行?，F(xiàn)地自動(dòng)控制：調(diào)速器電氣柜上控制方式式選擇開關(guān)切至“現(xiàn)地自動(dòng)”位置，運(yùn)行方式選擇開關(guān)切至“自動(dòng)”位置。在機(jī)組LCU故障或其與調(diào)速器通訊丟失時(shí)使用現(xiàn)地自動(dòng)方式，在此運(yùn)行方式下調(diào)速器不接受機(jī)組LCU發(fā)出的調(diào)整命令、負(fù)荷設(shè)定值、開度限制和功率反饋參數(shù)?，F(xiàn)地手動(dòng)控制：調(diào)速器電氣柜上控制方式選擇開關(guān)切至“現(xiàn)地自動(dòng)”位置，運(yùn)行方式選擇開關(guān)切換至“SPC手動(dòng)”位置。在做靜態(tài)開關(guān)導(dǎo)葉試驗(yàn)及調(diào)速器調(diào)試維護(hù)等情況下使用現(xiàn)地手動(dòng)方式，在此運(yùn)行方式下允許操作人員進(jìn)行導(dǎo)葉開度調(diào)整等操作[5]。

(2)調(diào)速器油泵運(yùn)行方式：油壓裝置控制柜上#1、#2油泵控制方式選擇開關(guān)在“自動(dòng)”位置，油泵運(yùn)行采用間斷運(yùn)行方式，其中一臺(tái)工作，另一臺(tái)備用，主、備油泵根據(jù)壓力油罐壓力自動(dòng)啟停。

2.3 測(cè)速系統(tǒng)

(1)測(cè)速系統(tǒng)的組成：機(jī)端PT測(cè)速、齒盤測(cè)速和機(jī)械過速保護(hù)裝置。機(jī)端PT測(cè)速信號(hào)取自機(jī)組出口PT信號(hào)；齒盤測(cè)速由安裝在水輪機(jī)大軸上的齒盤和4組脈沖轉(zhuǎn)速探測(cè)器組成，其中2組用于調(diào)速器，另外2組接入轉(zhuǎn)速信號(hào)裝置用于機(jī)組自動(dòng)化控制。

(2)機(jī)頻信號(hào)取自極端PT測(cè)速和齒盤測(cè)速信號(hào)，機(jī)端PT測(cè)速信號(hào)主用，齒盤測(cè)速信號(hào)備用，當(dāng)兩個(gè)信號(hào)差值超過限制時(shí)，取齒盤測(cè)速值。網(wǎng)頻信號(hào)取自主變低壓側(cè)PT信號(hào)，主要用于機(jī)組發(fā)電開機(jī)時(shí)，在投PID的同時(shí)采集網(wǎng)頻率信號(hào)，作為機(jī)組頻率參考初始值。

3 ALSTOM調(diào)速器系統(tǒng)空載試驗(yàn)

為檢查ALSTOM調(diào)速器的質(zhì)量，保證機(jī)組在突變負(fù)荷時(shí)能滿足調(diào)節(jié)保證計(jì)算的要求和所規(guī)定的動(dòng)態(tài)指標(biāo)，進(jìn)行調(diào)速器空載試驗(yàn)，從而確定最佳參數(shù)，提高機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性及可靠性。包括自動(dòng)開機(jī)至空載試驗(yàn)、調(diào)速器空載擾動(dòng)試驗(yàn)、空載擺動(dòng)試驗(yàn)、導(dǎo)葉控制方式手自動(dòng)切換試驗(yàn)、主備通道切換等試驗(yàn)[6]。

3.1 自動(dòng)開機(jī)至空載試驗(yàn)

機(jī)組自動(dòng)開機(jī)至空載時(shí)參數(shù)測(cè)試波形見圖3。

試驗(yàn)結(jié)果機(jī)組自動(dòng)開機(jī)至空載時(shí)導(dǎo)葉開啟及轉(zhuǎn)速上升過程正確。

3.2 調(diào)速器空載擾動(dòng)試驗(yàn)

表1 主通道空載擾動(dòng)試驗(yàn)計(jì)算表

調(diào)速器空載擾動(dòng)結(jié)果滿足試驗(yàn)及規(guī)范要求[7]。

圖3 自動(dòng)開機(jī)至空載試驗(yàn)波形圖

圖4 自動(dòng)方式空載調(diào)速器空載擺動(dòng)波形(選試驗(yàn)中一次)

3.3 空載擺動(dòng)試驗(yàn)

在自動(dòng)空載工況測(cè)定該組參數(shù)下運(yùn)行3min的轉(zhuǎn)速最大擺動(dòng)值，重復(fù)測(cè)定多次，試驗(yàn)波形見圖4。

在空載工況自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)速擺動(dòng)相對(duì)值不超過±0.15%，見表2。在調(diào)速器主備通道互相切換時(shí)導(dǎo)葉開度保持不變，主備通道切換功能正常。導(dǎo)葉控制手自動(dòng)切換時(shí)導(dǎo)葉開度保持不變，手自動(dòng)切換功能正常。PT斷線(機(jī)組轉(zhuǎn)速丟失信號(hào))后，調(diào)速器動(dòng)作規(guī)律正確。

表2 調(diào)速器自動(dòng)空載轉(zhuǎn)速擺動(dòng)值測(cè)試

4 調(diào)試出現(xiàn)的問題及維護(hù)

4.1 ALSTOM調(diào)速器系統(tǒng)調(diào)試出現(xiàn)的問題

4.1.1 調(diào)速器油泵無(wú)法正常加載

原因分析：隔離閥控制電磁閥堵塞，導(dǎo)致隔離閥無(wú)法開啟，進(jìn)而致使油泵出口加載電磁閥無(wú)操作油壓，加載插銷閥無(wú)法正常關(guān)閉，油泵無(wú)法正常加載[8]。

故障處理：清洗隔離閥控制電磁閥。

4.1.2 停機(jī)后回油箱油溫高

原因分析：壓力油泵啟動(dòng)油壓取自壓力油罐，壓力油罐漏氣，導(dǎo)致油罐壓力低于6.0MPa，油泵自啟，油泵長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，油流在回油箱內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)，致使油溫上升至報(bào)警值。

故障處理：①檢查油罐漏氣點(diǎn)；②巡查時(shí)關(guān)注調(diào)速器壓力油罐油壓，回油箱油位。

4.1.3 機(jī)組啟動(dòng)時(shí)調(diào)速器接力器鎖定

原因分析：①位置開關(guān)故障；②液壓鎖錠操作機(jī)構(gòu)卡澀；③接力器鎖錠液壓操作回路異常。

故障處理：現(xiàn)地檢查接力器鎖錠投退狀態(tài)，如接力器鎖錠已動(dòng)作到位，則可能為位置開關(guān)故障，更換位置開關(guān)。若接力器鎖錠確實(shí)未正常動(dòng)作，則投入球閥上游密封和機(jī)械鎖錠螺栓，投入機(jī)械剎車和高壓注油泵，對(duì)接力器鎖錠進(jìn)行全面檢查。

4.1.4 隔離閥與管道銜接處法蘭滲油

原因分析：安裝調(diào)試階段，管路與閥銜接處，管道和元件外部在安裝過程中未及時(shí)清理鐵屑及雜物，元件的工作狀態(tài)不穩(wěn)定，調(diào)速器電磁閥故障率明顯增加[9]。

故障處理：對(duì)失效的元件進(jìn)行更換，定期進(jìn)行全面檢查，同時(shí)對(duì)管道進(jìn)行清理，管理好油液的清潔度。

4.2 調(diào)速器的維護(hù)

(1)注重液壓油的性能和清潔度。電站使用的46#透平油，在平時(shí)運(yùn)行過程中需要對(duì)油進(jìn)行定期過濾，液壓回路油過濾器定期切換和清洗[10]。

(2)做好設(shè)備的定期校驗(yàn)。液壓油路油過濾器壓差傳感器定期校驗(yàn)，油泵出口安全閥、壓力油罐安全閥定期校驗(yàn)。

(3)做好調(diào)速系統(tǒng)定期培訓(xùn)。業(yè)務(wù)技能的提高能確保調(diào)速器系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

(4)加強(qiáng)定期設(shè)備巡查，注意壓力油罐油位、油壓正常?；赜拖溆臀?、自動(dòng)補(bǔ)氣裝置動(dòng)作正確。液壓系統(tǒng)注重各管路、接頭、導(dǎo)葉接力器無(wú)漏油、滲油、漏水、漏氣現(xiàn)象。

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)ALSTOM調(diào)速器進(jìn)一步試驗(yàn)和分析，即檢查調(diào)速器的性能，同時(shí)了解機(jī)組在過渡過程中的狀態(tài)、各調(diào)節(jié)參數(shù)變化的范圍以及參數(shù)變化時(shí)對(duì)機(jī)組過渡過程規(guī)律的影響，確定了調(diào)速器的最佳參數(shù)。在調(diào)試及試運(yùn)行期間對(duì)調(diào)速器系統(tǒng)多次出現(xiàn)的問題進(jìn)行了進(jìn)一步總結(jié)和分析，對(duì)今后機(jī)組安全運(yùn)行具有一定的指導(dǎo)作用，對(duì)其他抽水蓄能電站有借鑒和參考意義。本文只對(duì)調(diào)速器性能與空載試驗(yàn)進(jìn)行了分析，仍有不少問題需要深入地探索，為國(guó)內(nèi)大型水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速器系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供更多、更好的經(jīng)驗(yàn)。

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