350MW水电机组调速器系统控制浅析
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【摘要】水电机组单机容量的提高，机组尺寸的逐步增大，转速的不断提高，相对刚度的减弱，人们对水轮机的运行稳定性日益重视，同时，随着技术的高速发展，机组运行的自动化程度越来越高，无人值班、少人值守，远程控制的水电厂日益增多，对水轮发电机、调速器、励磁机的稳定性要求越来越严格。通过我对我厂调速器系统的大修与维护简要谈谈一些体会。
【关键词】水轮机调速系统;比例伺服阀;紧急停机阀
1.我国调速器产品发展回顾
解放初期，我国水轮机调速器事业一片空白，少量制造亦是照搬苏联图纸生产。50～60年代，我国水轮机调速器大部分系机械液压型调速器。60年代初，研制了我国第一台晶体管电液调速器， 70年代至80年代初，大中型水电站较多地采用了电子管、晶体管或小规模集成电路电液调速器，一些小水电站也少量采用了电液调速器。 80年代初国内拥有了采用适应式变参数PID调节模式的调速器。90年代以来，随着可编程控制器（PLC）技术的不断完善，PLC型电液调速器已成为我国微机电液调速器的主导产品。
2.调速器电器控制
350mw水轮机组调速器型号为PFWT-200-6.3-STARS微机调速器，调速器采用三个独立的微机控制器A、B及C套组成，A套和B套实现自动控制，C套实现电手动控制，三套间的数据实现交叉冗余冗错，无扰动切换。调速器设置有三种调节模式：频率调节模式、开度调节模式及功率调节模式。在同种模式下均有对其它模式给定值的跟踪功能，三种模式间可以实现无扰动切换。调速器测频采用齿盘和残压测速的方式。齿盘和残压测速信号均传送至微机调节器A和B控制器，独立电手动通道只采用齿盘测频。调速器A、B机cpu均故障，能自动切到C机电手动运行，调速器稳定在故障前状态。调节器C机为主机时，控制系统不能自动切换至调节器A机或B机。紧急停机可以手动操作、电动操作、液动操作，液动紧急停机阀是由机械过速保护装置的液压阀控制。调速器电气柜电源采用两路交流AC220及一路直流DC220供电，其中一路交流与公用直流电源专供紧急停机电磁阀用电，交直流均互为热备用。分段关闭装置实现接力器的二段关闭功能。
2.1 自动调节通道
微机自动调节器（A和B）工作。自动调节通道工作时，电手动装置完全不影响自动调节通道的工作，电手动控制器跟踪导叶接力器实际开度，使其导叶开度给定Yc等于导叶开度实际值Y，以实现自动调节通道/电气手动通道的无扰动切换。
2.2 电手动控制通道
自动通道故障时，可靠地实现自动工况到电气手动工况的无扰动切换。电气手动装置工作时，微机调节器A和B跟踪接力器实际开度，以实现电气手动装置/自动通道的无扰动切换;可通过面板上的增加/减少旋钮实现对导叶开度的增加和减少控制;当机组甩负荷时，能将导叶关闭到与运行水头相适应的空载开度附近。
2.3 独立的双微机调节器冗余控制结构
（1）全冗余双PLC调节器：CPU、输入模块、输出模块、传感器、测频单元、电源均为冗余结构，实现“主机/热备”功能。
（2）微机调节器自动调节通道采用两个独立的微机调节器A和B，通过现场总线MB+实现双机状态和数据一致;
（3）每一个微机调节器与相应的机械液压系统相配合，均能独立实现全部控制功能和保证达到全部调节性能要求;
（4）当微机调节器A或B之一故障时，可发出故障信号并自动、无扰动地切换到正常机工作，故障机可在线更换模块、检修。
（3）比例伺服阀微机调速器构成：
位移变送器把接力器位移y变换成数字量Nf送入微机调节器，与微机调节器数字输入Ny在微机内进行比较并将其差值作为微机调节器与比例伺服阀执行机构的前向联接信号。在这种系统中，电液随动系统的闭环是在微机调节器内实现的。这种系统的优点为：水轮机接力器位移y经位移变送器后直接进入微机调节器内，便于实现对电液执行机构工作的监视和诊断;易于采用数字式位移变送器。
3.调速器液压系统
3.1 组成
350MW水轮机组调速器FC阀组的液压系统组成为：双精滤油器、比例伺服阀A、B、手自动切换阀、液动紧急停机阀、电动紧急停机阀、手动紧急停机阀、主配位移传感器、主配压阀、分段关闭电磁阀以及管路等。
3.2 工作原理
调速器正常运行是比例伺服阀控制回路，两个并联的比例伺服阀分别对应于自动和电手动两种运行方式。调速器紧急停机功能是紧急停机阀组控制回路实现的，紧急停机可以手动操作、电动操作、液动操作;而液动紧急停机阀是由机械过速保护装置的液压阀控制。分段关闭装置实现接力器的二段关闭功能。主配压阀中的分段关闭装置可以限制主配活塞的位移量，减小主配压阀开启的工作窗口，从而达到减小主配压阀的流量，减慢接力器的关闭速度，实现接力器第二段关闭速度。
4.总结
水电机组一直向高参数、大容量方向发展。水轮机调速器是保证水电厂发电机组稳定运行的重要控制设备，直接关系到机组的安全稳定运行。因此提高对水轮机调速系统的学习与研究，真正掌握调速系统的功能、作用，将能提高水轮发电机的运行稳定性，提高电站可靠性，从而保障公司集团的经济性。
参考文献
[1]周泰经，吴应文.水轮机调速器实用技术[M].中国水利水电出版社.
[2]东北电网有限公司.水轮机调速器检修[M].中国电力出版社.
[3]谢卓建，陈江峰，吴小林，等.培训材料汇编.重庆大唐国际彭水水电开发有限公司.
作者简介：周伟（1977―），主要从事水电厂水轮机电气调速方面的工作。