水轮机调速器的自动化及其发展前景

胥善友

摘 要：本文主要对水轮机调节系统的基本组成、种类及其相应的原理进行了研究，并对调速器自动化的使用及其未来道路上的发展情况进行了深入探讨，并依据具体案例作为主要论述对象，对水轮机调速器的具体特征及其运作效果进行分析，旨在可以推动我国水轮机调速器朝着更好的方向发展。

关键词：水轮机调节系统；调速器；直流伺服；交流伺服；PLC

通常情况下，水轮机调节系统具有一定的繁琐性，其中外部干扰主要分为以下两种类型：一种是微小变化；另一种是大幅变化。所谓微小变化，简单的说是当水轮机调节体系经过微小产生干扰的情况下，系统里面存在的不同参数都不会产生较大的浮动，这样就需要把调节体系中的每一个环节做好适当的完善，也就是通过线性微分方程式对不同环节及其具有的动态特征进行描述；所谓大幅变化可以理解为是对水轮机调节体系受到较大的影响，这样会致使系统参数产生较大的改变，当系统已经大于规定的范围，所以在这里不需要对线性进行处理，也就是系统无法依据线性系统进行对待。微小变化产生的影响简单的说是促使水轮机调节系统工作实现稳定的目的，也就是所产生电能的整体水平；而产生的大幅变化不但会对生产的电能水平带来不利影响，而且也在负荷出现突然改变的情况下会对水压、转速等相关参数带来不利影响。由于水轮机调节工作效率的好坏都会对水电站及其生产电能效率带来直接的影响。

1 水轮机调速器的类型及发展

1.1 步进电机或直流伺服电机控制的水轮机调速器

无论是对于步进电机来说，还是就机械转换部件而言，作为最早研制出来的一种产品。所谓步进电机的转动简单的说是通过指令脉冲加以控制的，控制方式较为简便；由于直流伺服电机在控制的时候较为简便，调速范围会不断拓宽，输出转矩不低，有着较强的过载能力，这样得到的动态相应会更好些。所以，相关人员在采取步进电机亦或是直流伺服电机对水轮机调速器进行控制的过程中，无论是大型水电站还是中型水电站的使用得到了显著的效果，进而对电液伺服阀抗油污能力没有较强的能力、很容易出现发卡等情况。然而，不管是对于步进电机来说，还是就直流伺服电机而言自身都存在不足之处，通常体现在：步进电机会存在启动的频率，这样在大负荷的状态下产生的影响速度不能太慢，而且在进行高速运转的过程中转矩处于下降的状态，遇到卡阻的过程中容易发生堵转、失步的情况；就直流伺服电机而言，不管是在电刷还是在换向器加以摩擦的时候出现火花的情况，电刷在磨损的时候会发生故障的情况，与此同时促使其在维护手段具有一定的繁琐性。

1.2 交流伺服控制型可编程水轮机调速器

1.2.1 结构。交流伺服控制型可编程水轮机调速器的电气部分是以可编程控制器（PLC）为硬件核心，软件采用全模块化结构，彩色液晶屏幕显示，具有良好的全中文图形人机界面；电气-机械转换部件采用交流伺服电机，配以滚珠螺旋自动复中装置；液压系统为直连式结构，以交流伺服驱动装置的机械位移直接控制主配压阀。PLC测量水轮发电机组的频率信号偏差，并按一定的调节規律（PID或PI）转换成位置控制的数字电信号；电气-机械转换部件将该数字信号线性地转化为机械位移量，再直接控制由辅助接力器和主配压阀组成的二级液压放大，通过主接力器控制水轮机导水叶开度（或浆叶转角），实现水轮发电机组的调速和负荷控制。

1.2.2 机械液压随动系统。机械液压随动系统由带有自动复中装置的电气-机械转换部件、引导阀、辅助接力器与主配压阀块、油路模块、紧急停机电磁阀等组成。该系统的结构特点是：采用油路模块，取消连接油管路的明管；采用电气反馈，取消机械反馈杆件及钢丝绳，机柜内无传动杠杆，避免在铰接处产生死行程；实现无扰动手、自动切换，结构紧凑，外形美观，操作简单，维护方便。

1.2.3 人机界面。采用彩色液晶触摸屏幕实时显示机组当前运行工况、机组频率、导叶开度、机组功率、水头值和故障信息等各种运行参数和工况，直接通过触摸屏幕进行人-机对话，允许通过菜单实时修改运行参数，显示直观，操作方便，具有良好的全中文图形人机界面。

2 交流伺服控制型可编程水轮机调速器应用实例

某省发电厂作为坝后式水电站，一共安装了3台大概为12.5MW规格参数的混流式水轮发电机组。对于原调速器来说，主要是使用SKDT-80模拟型电液调速器，而电液伺服部件主要采取电液转换器。当相关人员利用交流伺服可编程控制手段加以完善，是在2014年10月的时候已经改造完毕，并开始投入到实际运作中。通过具体运作的情况来看，调速器状况处于良好的状态。在经过开机亦或是停机大概十几次的情况下，就会从机组开机一直到空载运转的时候没有较长时间的稳定性，并且网速较快。剧组空转时间不长的时候，可以起到节约用水的作用；调节具有灵敏性，有着较强的运行。相关人员在进行改造以后得到的型号是GKT80-SP，安排专业人士在现场做好相应的测试。当经过改造以后的鉴定结果，具体结果请看图1和表1。相关人员通过将得到的结果和GB/T9652.1-1997得到的数据进行认真对比以后，相关指标达到亦或是高于规定的参数。

结束语

通过以上内容的论述，可以得知：相关人员在对交流伺服控制型可编程调速器通过具体试验以后有着较多的优势，例如较强的稳定性、良好的性能等。随着当前我国水电站水轮机调节体系自动化水平的日益完善下，所得到的电能水平得到了不断的完善，从而为水电站电能水平获得了丰厚的经济效益。由此可以得知：调速器的自动化使用会在未来的发展道路上得到更好的发展。

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