冲击式水轮机调速器调节方式探析
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【摘要】冲击式水轮机在高水头、小流量的电站应用较多，为保证水轮发机电组能够顺利地并网发电，需要配置调速器，以保持输出的电能和电压稳定。分析了冲击式水轮机调速器的技术特点，并就调速器的调节方式展开探讨。
【关键词】冲击式水轮机;调速器;调节方式
随着各种新型技术与设备在水力发电厂的应用程度越来越广泛，为提高电厂发电能力奠定了坚实的基础。在当前的一些中小型冲击式水轮机中，通常会配置电液调速器，电液调速器能够大幅度提高冲击式水轮机的运行效果。随着调速器在冲击式水轮机中的运用，使得冲击式水轮机的运行效率和质量得到了大幅度提升，同时还提高了水轮机的节能效果，从而为我国电力事业和人类的可持续发展起到了至关重要的作用，同时也为满足人们的电力需求奠定了坚实的基础。
1.冲击式水轮机调速器技术特点
（1）电气控制部分采用微机控制器，测频、调节器及电源双冗余容错结构，提高整机系统的可靠性。
（2）采用直联式系统方案。喷针控制单元采用电液随动系统进行比例控制，接受计算机PID信号;折向器则是根据转速判断和开停机状态进行开关量控制。
（3）喷针采用“一阀一控”，仅有一级放大的电液随动系统，使得多喷嘴系统产生的多套子液压控制单元结构简单，其各喷针的出力分配由计算机电气回路实现。
（4）机械液压系统全部采用标准化液压元件，实现了模块式结构设计，从而规避了小批量生产、自制生产零部件所带来的不稳定质量问题，大幅度提高了具有多子液压系统的冲击式调速器的可靠性和可维护性。
由于冲击式水轮机的压力钢管一般比较长，因此，喷针不能关闭太快，否则会产生极大的水压，危害压力管的安全，同时，又必须在极短的时问内切除射流，以防比出现飞逸，现在的机组一般采用喷针与折向器双重调节的操作机构。
2.调速器配置冲调时的特点
冲调实际上是改进过的PLC型电液自动调速器，它分单喷嘴用调速器、双喷嘴用调速器，冲调与普通调速器的主要区别在于它输出的不是扭矩，而是压力油。由于冲击式水轮机是通过改变喷针的开度来改变其流量，喷针是作直线运动的，因此只要在喷针后设置1个接力器，控制压力油的进出方向，就能直接控制喷针的启闭，这样，就可以取消水轮机上的操作机构。为了让调速器减少过调节，使调节过程稳定，精确控制喷针的行程，要设置1个位移反馈装置。
位移反馈装置通常有机械反馈和电气反馈两种。机械反馈是用钢丝或钢带将喷针的位移信号送到调速器的回复轴上，再通过调速器内部液压系统和电气回路共同作用，使主配压阀的活塞逐渐回到平衡位置，从而使喷针达到稳定状态;而电气反馈则是通过位移传感器或电位计等电子元件将喷针的位移信号转变为电压信号，反馈到PLC的A/D接口（膜数转换接口），该数值与PLC内部的计算值进行比较，以决定喷针是开还是关。由于反馈电压的作用与频率偏差的作用正好相反，就减缓了接力器的移动速度，减小了过调节，使调节达到平衡，保机组稳定运行。目前，国内不同厂家生产的冲调采用的反馈形式各有其特点，可根据不同的机组的具体情况，选择合适的反馈形式。
冲调的另一改进是它的软件系统，大多厂家的可编程逻辑控制器，采用面向硬件仿真编程，采用模块结构，变参数并联PID调节原理，改变了以往采用梯形图、指令表等程序结构，其测频环节由PLC本身完成，无须单独设置测频电路，提高了测频环节的可靠性。
3.冲击式水轮机调速器的双重调节方式
将现在普遍采用的折向器改为在贫荷大波动工况时折向器必须参与调节，这一思路存在两种实施方案，一种是折向器始终与喷针保持协联并参与调节;一种是只有当负荷大波动时.折向器才参与调节，判断此种工况只需以电网（或初组）的频率变化大于接人电网正常运行的最大允许频率偏差（如48～52Hz）即可，一旦出现大于此偏差，即判断为机组负荷大波动，据此，将机组调速器切换为折向器协联参与调节的运行工况。
折向器参与协联调节的方式：首先折向器的调节功能只能在减负荷时才起作用，增负荷仍然依赖喷咀的开启速度，这是冲击式机组的固有特性，这里只需集中研究折向器参与减负荷调节的规律。在提出调节方式之前，须明确折向器参与调节的前题：折向器应作为主调节机构，喷咀开度应与折向器保持协联，跟随折向器动作，但需保持适量的开度差（如500）;折向器的开启速度只需略低于喷咀的开启速度，不宜太慢;折向器快速关闭的开度应维持在空载开度，仅事故保护时才需快速关闭至全关。
由于目前水电站绝大多数都采用微机监控系统为主的监控方式，大多能实现少人值守，而水轮机调速器又普遍采用微机电液型，机电设备的自动化水平已经很高，微机都具备机组状态判别的能力，为简化机组运行方式，本文重点研究第二种调节方案，即只有当微机判别机组处于负荷大波动（包括甩负荷）状态，便将调速器切人一种特殊运行方式一一折向器参与调节，并与喷咀保持协联关系。如果各工况全部按此种方式运行，则变为第一种方案。无论那种方案，折向器只是在向关闭侧动作时才参与调节，这也是不言而喻的。
冲击式水轮机折向器切水目前均采用压切式，即折向器一旦与喷咀柱接触，压水偏流，其减少进人转轮的能量并不与切入引程呈线性关系，也很难准确计算这种关系，但对于自动调节而言，采取相对开度控制是能够达到目的的。折向器切人喷咀柱后，对减少进人转轮的能量作用十分显著，为减少调节波动次数，应尽量减少折向器的动作幅度，因此，将折向器减负荷关闭的行程限制在空载开度，由于在负荷大波动工况下，折向器优先动作，且始终要保持喷咀开度小于折向器开度500，折向器空载开度也比喷咀空载开度大500，据实际观察，折向器空载开度取10%左右是合适的;也就是说，在负荷大波动减载过程中，折向器先行动作，关闭至10%左右的开度，大量偏转进人转轮的能量，待转速降至额定转速以下时，折向器较慢的开启，逐渐增大进人转轮的流量，机组转速升高至高额定转速时，拆向器再次关至空载开度……，如此反复几次调节，直至喷咀开度能保持机组转速稳定，折向器维持在大于喷咀开度5%之处，不再挡水。当调速器恢复正常工况后，折向器全开，退出协联调节。
将折向器按分流器的形式设计可以作为主要的思路，即分流器以切人喷柱的方式分流，可使分流器切入喷柱行程实现呈一定比例减少喷柱对人转轮的流量控制，从而可以减少机组大负荷波动时分流器的调节幅度与波动次数，使冲击式水轮机双重调节的质量明显提高，仅需增加分流器的行程和调整其空载开度便可满足。
对于安装多台机组的电站，在遇到负荷大波动工况时，有可能生产各台机调节过程的相互影响，会产生不稳定调节的现象，应当配合研究电网高周波/顺序切机，若能配合良好，也可大大减少电站负荷大波动时机组调节稳定的时间。此外，要着重提出的是机组甩负荷工况（即电站独回送出线路雷击跳开）时，调速器的折向器要可靠关至空载开度附近（即10%开度），保证机组能供厂用电，避免发生厂用电消失事故。
参考文献
[1]王丽娟，潘熙和，张应文，朱建勇，黄业华.水电站冲击式水轮机调速器技术发展历程及研究[J].长江科学院院报，2013（05）.
[2]郑莉玲.大容量冲击式水电站水轮机折向器的协联控制[J].人民黄河，2011（10）.
[3]文宏泽.大中型冲击式水轮机调速器双重调节方式的探讨[J].水电站机电技术，2006（02）.