大洲驿水电站调速器技术改造

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0 引言

调速器是水电站的重要控制设备，它的作用是通过控制水轮机导水叶接力器的操作油量来控制导水叶的开度大小，进而控制水轮机过水流量的大小来调整水轮机的转速、发电机频率，因此调速器调节的精确度、速动性、稳定性、过渡过程和品质等性能的好坏，直接影响电能的质量和水轮发电机组的安全运行。

1 调速器存在的问题

大洲驿水电站1966年投产，调速器使用的是CT-40型机械液压式调速器，这种机械液压式调速器存在诸多缺点。其一离心摆测量机组的转速精度差，造成离心摆转速死区较大。其二机械杠杆和缓冲器作反馈（硬反馈和软反馈）系统，局部反馈杠杆自身加工精度的影响，存在死区，调速器调节的灵敏度和精度差。其三引导阀和主配压阀存在较大死区，影响调节的精度，主配压阀和事故配压阀抗污能力差，常常因油污引起主配压阀和事故配压阀拒动，影响调速器正常动作，威胁发电机组的安全运行。根据实际情况，将调速器改为精度和灵敏度较高、自动化水平高、便于安装、检修和参数便于调整等优点的数字阀PCC可编程智能调速器。

2 调速器技术改造

2.1 电液放大系统改造

电液放大系统是调速器主要的执行机构，数字阀调速器以数字阀为先导阀（即电液转换器），代替传统的电液转换器，解决了常规引导阀油污发卡问题。该数字阀采用脉宽调制原理控制的高速方向开关数字阀，以开启时间的长短来控制流量，直接与计算机接口连接，不需要D/A转换器，动作速度更快。由数字阀、双液控换向阀、双单向节流阀和接力器组成的液压放大系统取代由传统的引导阀、辅助接力器、主配压阀和接力器组成的第一、二级液压放大系统。解决了主配压阀活塞泄漏、活塞的摩擦以及遮程等因素造成主配压阀死区较大、灵敏度差、维护困难等缺陷[1]。

2.2 反馈系统改造

由导叶传感器取代杠杆硬反馈，传感器测量的导叶开度精度高、速度更快，解决了因杠杆造成的死区，反馈速度慢，精度差等问题。用机组机端PT测本机频率（可残压测频），采用PCC高速计数模块测频率，PCC高达4 MHz的计数频率，具有很高的侧频率精度和可靠性，从而使调速器的输入通道测频率环节的可靠性有了根本的保证，提高了调速系统的精度。解决了CT-40型调速器用离心摆测频率精度差、转速死区大、维护困难等缺陷。

2.3 增加微机调节器

调速器要实现自动化调节必须要有自动调节器，为实现这一要求，采用新一代可编程控制器PCC，它能采用高级语言编程，分析运算能力强，在同一CPU中能同时运行不同程序，程序运行时仅扫描部分程序，效率很高[2]。

2.4 接力器锁定的改造

接力器锁定是在检修或机组事故停机时锁住接力器，防止接力器动作开启导水结构的控制机构。原接力器锁定是用一丝杆作为手动锁定，实际运行中，发现存在一定的缺陷。首先仅凭锁定丝杆外露部分的长短来判断锁定是在全开或全关位置，全关时不能观察锁定丝杆端部是否完全在接力器活塞杆锁孔里，如果锁定丝杆端部没有完全在接力器活塞杆锁孔里，起不到锁定的作用，有可能造成意外事故。其次机组开、停以及事故停机需到现场才能手动将锁定全开或全关，这不符合综合自动化的要求。

由锁紧油缸及活塞杆取代手动锁定，由锁定控制阀控制锁定的全开或全关，并且在接力器右端部开一个圆弧孔洞，孔深度要能从侧面可以看见接力器锁定杆与接力器活塞杆锁孔，便于观察接力器锁定的具体位置，为满足此要求，需增加锁紧油缸活塞杆直径以满足锁紧油缸活塞杆因开圆弧孔而增加的剪切力，接力器右端部厚度应增加以满足其机械强度的要求，安装一个摄像头以监控锁定的具体位置，这样就可避免接力器活塞杆被锁定划伤，这样就将锁定的自动全开或全关实现自动控制，接力器锁定改造如图1所示。

图1 接力器锁定改造

2.5 分段关闭的改进

原调速器用程序实现分段关闭，即通过编写的程序控制电信号，对快速关闭进行控制，这种方法简单，不需其它设备便可实现。但是当遇机组甩负荷，同时交、直流电源中断或控制信号不能正常输出时，调速器失去了分段关闭功能。为了保证分段关闭的可靠性，增加了机械液压分段关闭装置以确保分段关闭的可靠性，这样确保即使快速关闭电动不动作，手动按紧急停机电磁阀急停按钮，也有行程阀实现分段关闭，提高了分段关闭的可靠性，确保机组安全运行。

2.6 改造后的PCC调速器性能

调速器安装和机械静态调整后，进行动态调试，根据调速器的运行工况和运行特点进行参数的修改。进行调速器静特性试验和水轮机调节系统动态特性试验，试验结果符合国标GB/9652-2007规定。

2.6.1 静特性和动态特性试验

静特性试验，转速死区ix=0.011%，非线性度ε=0.015%（技术指标ix≤0.05%，ε≤5%）。空载工况下转速摆动值±0.005%（技术指标±0.25%）。甩100%额定负荷，超过额定转速3%以上的波峰n=1，转速调节时间T=10（技术指标n≤2T≤40s）。甩25%额定负荷接力器不动时间，Tq=0.1s（技术指标Tq≤0.2s）。在最大水头和设计水头工况下甩负荷，机组转速上升率β=22%，蜗壳水压上升率ε=0.3（技术指标β≤40%，ε≤0.5）。甩负荷时尾水管真空度6mH2O。（技术指标≤8mH2O）。并大网带上负荷，手动、自动切换，接力器不动作，导叶开度不变，调速器电源切除，接力器不动作，负荷不变。

通过试验数据表明这种智能调速器有非常优秀的静特性和动态品质，完全满足技术指标的要求[3]。

3 结束语

PCC可编程智能调速器投运了两年，能在不同工况下稳定、可靠运行，表现出良好的速动性、灵敏性，调节精度高，彻底解决了机械液压式调速器稳定性、速动性、精度差、转速死区大、漏油等缺陷，其表现出的良好性能完全达到了综合自动化的要求，目前大洲驿水电站调速器实现了无人值守，提高了生产效率。