沙河抽水蓄能電站調(diào)速器系統(tǒng)改造

奚日磊，徐云鵬

（江蘇沙河抽水蓄能發(fā)電有限公司，江蘇 溧陽 213333）

1 概況

調(diào)速器系統(tǒng)是電站運(yùn)行的重要系統(tǒng)之一。調(diào)速器實(shí)現(xiàn)機(jī)組的開停機(jī)控制、頻率控制、負(fù)荷調(diào)整及甩負(fù)荷后的轉(zhuǎn)速控制等功能。其基本任務(wù)是通過調(diào)節(jié)導(dǎo)葉開度控制進(jìn)入轉(zhuǎn)輪的水流量，在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)調(diào)節(jié)機(jī)組轉(zhuǎn)速、機(jī)組并網(wǎng)后調(diào)節(jié)機(jī)組的有功功率。同時(shí)，調(diào)速器還是電站與機(jī)組安全監(jiān)控系統(tǒng)的執(zhí)行裝置之一，當(dāng)發(fā)生電氣事故或機(jī)械事故導(dǎo)致機(jī)組跳閘后，調(diào)速器可及時(shí)關(guān)閉水泵水輪機(jī)的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，以防事故擴(kuò)大。

沙河抽水蓄能電站（以下簡稱沙河電站）位于江蘇省溧陽市天目湖環(huán)湖東路，裝設(shè)2臺(tái)單機(jī)50 MW的可逆式水泵水輪機(jī)，采用機(jī)變單元接線方式。電站的NEYRPIC1500型電液調(diào)速器于2001年安裝調(diào)試，2002年投入運(yùn)行，調(diào)速器組成包括：調(diào)速器柜(機(jī)械柜和電氣柜)、油壓裝置、控制設(shè)備、壓縮空氣自動(dòng)補(bǔ)氣裝置、各連接管路、閥門、表計(jì)、控制元件、監(jiān)測元件和連接電纜等。由于運(yùn)行時(shí)間長，可靠性逐步下降，存在較多問題，為保證電站的正常運(yùn)行，提高發(fā)電機(jī)運(yùn)行效率，保證供電質(zhì)量，故先后對調(diào)速器的電調(diào)部分和機(jī)調(diào)部分進(jìn)行改造。

2 電調(diào)部分

2.1 改造原因

由于調(diào)速器運(yùn)行時(shí)間長，調(diào)速器的電調(diào)部分可靠性下降。依據(jù)電調(diào)運(yùn)行現(xiàn)狀，經(jīng)過前期調(diào)研情況，沙河電站決定將1、2號(hào)機(jī)組電調(diào)（NERYPIC 1500）系統(tǒng)原廠升級改造為TSLG（NERYPIC 1 500升級版本）系統(tǒng)，并采用主流的雙冗余配置，于機(jī)組檢修A修期間實(shí)施。

2.2 電調(diào)部分改造后情況

沙河電站調(diào)速器電氣部分為法國ALSTOM生產(chǎn)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)改造升級為NEYRPIC TSLG，是32位微處理器，50 MHz時(shí)鐘頻率，其配置語言是VISUAL C++，MODBUS與控制系統(tǒng)連接，包括24個(gè)邏輯輸入，24個(gè)邏輯輸出，10個(gè)模擬輸入以及7個(gè)模擬輸出。TSLG通過控制電液轉(zhuǎn)換器進(jìn)行水輪機(jī)的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)荷與頻率的調(diào)節(jié)，其主要功能是:控制機(jī)組啟動(dòng)和停止的流程，使機(jī)組與電網(wǎng)同期，當(dāng)并網(wǎng)時(shí)調(diào)節(jié)機(jī)組的出力，當(dāng)孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)的頻率，以及控制特殊的流程。

2.2.1 電源的冗余

調(diào)速器的電源采用雙路220 V直流電源，在電調(diào)101 RG柜內(nèi)轉(zhuǎn)換為48 VDC，后經(jīng)調(diào)速器兩個(gè)電源塊ALIM1和ALIM2分別轉(zhuǎn)變?yōu)?5 VDC、±15 V DC和+24 V DC進(jìn)行供電；并采用一組220 V交流電源作為輔助回路電源。當(dāng)工作電源故障時(shí)，備用電源不間斷的投入，如工作電源正常后，備用電源自動(dòng)退出，工作電源不間斷的投入，保證調(diào)速器穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

2.2.2 調(diào)節(jié)裝置系統(tǒng)（UPC+SPC)的冗余

調(diào)速器電氣調(diào)節(jié)裝置主要由2套UPC數(shù)字調(diào)節(jié)器、2個(gè)SPC以及相應(yīng)的供電模塊組成。其中設(shè)置的2套UPC數(shù)字調(diào)節(jié)器兩者之間互為冗余，處于正常運(yùn)行的時(shí)候一套UPC為主用，另一套則作為備用，主用UPC發(fā)生故障的時(shí)候，能夠自動(dòng)切換至備用UPC。處于正常工作狀態(tài)的時(shí)候，UPC將會(huì)同時(shí)對2個(gè)SPC進(jìn)行控制，每一個(gè)SPC分別對各自的電液轉(zhuǎn)換器進(jìn)行控制，再通過電液轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)對主配壓閥的有效性控制，進(jìn)而使導(dǎo)葉接力器的實(shí)際動(dòng)作進(jìn)行控制。與此同時(shí)，其中2個(gè)SPC能夠同時(shí)對接力器位置的信號(hào)進(jìn)行接收，進(jìn)而將相應(yīng)的信號(hào)反饋至運(yùn)行狀態(tài)的UPC當(dāng)中，從而形成相應(yīng)的閉環(huán)控制。

2.2.3 獨(dú)立的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)（NEYRPIC TADT1 000)

TADT測速系統(tǒng)可接入3路測速信號(hào)，沙河電站1、2路分別接入PT信號(hào)（殘壓測速）、測量傳感器信號(hào)（齒盤測速），第3路固定接入齒盤測速信號(hào)。齒盤測速探頭安裝在水車室，當(dāng)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)齒盤也隨其轉(zhuǎn)動(dòng)，測速傳感器通過測量凸輪和凹輪兩種狀態(tài)及輸出開路和短路兩種信號(hào)，形成方波信號(hào)，經(jīng)過分除模塊做除法，將產(chǎn)生的齒數(shù)倍頻率方波轉(zhuǎn)換成機(jī)組真實(shí)的頻率。分除后，經(jīng)標(biāo)幺模塊把機(jī)組頻率信號(hào)轉(zhuǎn)化成標(biāo)幺值，以便于TADT進(jìn)行處理（如圖1）；殘壓(PT)測速將機(jī)端電壓互感器信號(hào)引入測速系統(tǒng)，通過將交流正弦波信號(hào)轉(zhuǎn)換成方波信號(hào)，再和齒盤測速一樣經(jīng)過分除模塊做除法。TADT最后通過濾波模塊得到最終轉(zhuǎn)速信號(hào)。做出判斷后，通過驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的繼電器給RTU送出轉(zhuǎn)速信號(hào)，作為RTU開停機(jī)、報(bào)警、輔機(jī)控制等程序的判斷。

圖1 TADT的數(shù)據(jù)處理過程

2.2.4 導(dǎo)葉位移傳感器的冗余

調(diào)速器配置了2套不同原理的導(dǎo)葉位移傳感器，分別安裝在不同的接力器上，一套為ALSTOM提供的位移傳感器，一套為MTS磁致伸縮位移傳感器。MTS磁致伸縮位移傳感器的磁鐵安裝在導(dǎo)葉液壓缸缸桿頂端，傳感器主體則裝在缸頭上。脈沖發(fā)生器在磁致伸縮波導(dǎo)絲上施加一個(gè)電脈沖信號(hào)，電脈沖同時(shí)伴隨一個(gè)環(huán)形磁場，以光速沿波導(dǎo)絲向下傳播，該磁場遇到浮子內(nèi)磁鐵形成的磁場時(shí)相互迭加，根據(jù)威德曼效應(yīng)，波導(dǎo)管瞬間變形產(chǎn)生波導(dǎo)扭曲，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)變脈沖的超聲波信號(hào)，在波導(dǎo)管中以固定的速度向兩端傳播。傳到末端時(shí)，其能量將被衰減阻尼裝置吸收，傳到控制器一端時(shí)， 超聲波被回波接收裝置接收并轉(zhuǎn)換為電脈沖，該電脈沖放大后送到主要由計(jì)數(shù)器組成的測量電路中。測出脈沖發(fā)射與脈沖接收兩者之間的時(shí)間間隔，乘以超聲波的速度，即可得到磁鐵的位置，實(shí)現(xiàn)位置測量（如圖2）。

圖2 MTS磁致伸縮位移傳感器測量原理示意圖

2.3 運(yùn)行情況

調(diào)速器電調(diào)部分經(jīng)改造后運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)量少。主流的雙冗余配置極大地調(diào)高了調(diào)速器的穩(wěn)定性、可靠性，獨(dú)立的轉(zhuǎn)速測量系統(tǒng)功能齊全，滿足機(jī)組對測頻高的要求。

3 機(jī)調(diào)部分

3.1 改造原因

調(diào)速器振源過于集中，機(jī)械柜振動(dòng)較大（主閥開啟瞬間調(diào)速器機(jī)械柜振幅達(dá)423 μm），常導(dǎo)致管件松動(dòng)、密封件損壞、管道滲油、管道磨損，同時(shí)影響二次元件運(yùn)行的可靠性，降低設(shè)備壽命。

調(diào)速器機(jī)調(diào)系統(tǒng)不具備在線過濾功能，運(yùn)行中調(diào)速器油品時(shí)有超標(biāo)情況。冬天由于環(huán)境溫度降低，調(diào)速器液壓油粘度增加，致使電磁閥工作不穩(wěn)定。

調(diào)速器結(jié)構(gòu)布局不合理，電液轉(zhuǎn)換器、主配壓閥、主閥控制電磁閥、油過濾器、主油路隔離閥、電子儀表等元器件及其配套管道、管線等均集中于1.2 m×0.6 m×2.26 m的立式控制柜內(nèi)，管線走向不清晰，不利于缺陷查找。機(jī)械柜內(nèi)設(shè)備布置過于緊湊，柜內(nèi)維修空間狹小，給檢修維護(hù)帶來一定的困難。

3.2 機(jī)調(diào)改造后情況

沙河電站調(diào)速器機(jī)械部分為能事達(dá)電氣股份有限公司生產(chǎn)，是主要設(shè)備系統(tǒng)的又一次國產(chǎn)化改造嘗試，主要針對調(diào)速器存在的問題進(jìn)行改造優(yōu)化。

3.2.1 優(yōu)化設(shè)備布局

優(yōu)化調(diào)速器設(shè)備布局，將主閥控制部分安裝在主閥附近，電液轉(zhuǎn)換器、主配壓閥等較大振動(dòng)元件布置于回油箱上。優(yōu)化管路布置，統(tǒng)一操作電磁閥管路的口徑，管路接頭密封類型由平面改為錐形（如圖3）。

圖3 錐面密封管接頭密封結(jié)構(gòu)圖

3.2.2 增設(shè)濾油設(shè)備

在回油箱內(nèi)部增設(shè)濾網(wǎng)，且外部增設(shè)在線濾油裝置；優(yōu)化調(diào)速器壓油泵運(yùn)行方式，在環(huán)境溫度較低時(shí)自動(dòng)空載運(yùn)行，調(diào)節(jié)調(diào)速器油運(yùn)行中的溫度，保證油質(zhì)穩(wěn)定。

3.2.3 增設(shè)主閥供油隔離閥

增設(shè)主閥供油隔離閥，作為檢修過程中油壓切換時(shí)電磁閥誤動(dòng)的保障措施；更換油壓控制柜，設(shè)置透明觀察窗，優(yōu)化操作、控制和保護(hù)功能；增設(shè)緊急停機(jī)按鈕。

3.3 運(yùn)行情況

調(diào)速器機(jī)調(diào)部分改造后，設(shè)備布局的優(yōu)化提高了密封效果，消除了管路漏油、滲油問題，提高了設(shè)備運(yùn)行可靠性。在保持原本管路過濾器的基礎(chǔ)上，增設(shè)粗濾網(wǎng)、在線過濾裝置，通過三重過濾，使電磁閥長期處于較好油質(zhì)的運(yùn)行環(huán)境。增設(shè)主閥接力器供油管隔離閥，完善安全保障措施，設(shè)置透明觀察窗，便于日常點(diǎn)檢過程觀察設(shè)備，提升設(shè)備日常運(yùn)維工作的安全性。同時(shí)改造后的運(yùn)行省油省電，提升了經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語

調(diào)速器改造是沙河電站主要設(shè)備系統(tǒng)的又一次國產(chǎn)化改造嘗試，消除原設(shè)備系統(tǒng)缺陷，提升了設(shè)備運(yùn)行可靠性，延長了設(shè)備使用壽命，降低了日常維護(hù)費(fèi)用，提高了日常維護(hù)的安全性和便利性，達(dá)到了預(yù)期效果，為電站設(shè)備國產(chǎn)化改造提供經(jīng)驗(yàn)。