PFSWT-200-6.3型調速器在瀑布溝水電站的應用

張 康，嚴映峰

（國電大渡河瀑布溝水力發電總廠，四川 漢源 625304）

PFSWT-200-6.3型調速器在瀑布溝水電站的應用

張 康，嚴映峰

（國電大渡河瀑布溝水力發電總廠，四川 漢源 625304）

介紹了PFSW T-200-6.3水輪機調速器在瀑布溝電站的成功應用，對該調速器的整體結構、相關技術參數作了介紹，運行過程中存在的問題進行分析，并提出了改進措施。

調速器；結構；技術參數；問題

0 概述

瀑布溝電站采用了PFSWT型雙比例伺服閥微機調速器，針對大中型水輪機機組設計，額定工作油壓為6.3 MPa。微機調節器由ABB公司提供，比例伺服閥由BOSCH提供，主配壓閥采用GE公司直徑Φ200的FC20000閥，事故配壓閥、純機械過速保護裝置、分段關閉裝置等均為主機廠東方電機廠、GE公司供貨。

瀑布溝電站首臺機組6號機于2009年12月13日投產發電，3號機、4號機、5號機相繼投產，運行一段時間后，調速器出現了一些問題，針對性的采取措施后運行基本正常。

1 調速器的結構和技術參數

1.1 總體結構

比例伺服閥微機調速器是針對大中型水輪機機組設計的水輪機調速器。從總體結構來看，它主要由電氣調節系統和機械液壓系統的兩個主要部分組成。見圖1。

圖1 比例伺服閥微機調速器

1.2 電氣調節系統

1.2.1 硬件

電氣調節系統由自動調節器和手動控制器組成。“自動調節”采用ABB公司HPC-AC800M控制器（Ⅰ和Ⅱ），“手動控制”采用ABB公司的PM851A電手動微機控制器組成，控制軟件由事達公司和ABB公司共同編制。

HPC-AC800M控制器（Ⅰ和Ⅱ）有相同的硬件配置，包括CPU、應用軟件、通訊模塊、頻率測量、開入開出、模入模出、電源；微機控制器Ⅰ和Ⅱ通過以太網交換狀態和數據，構成交叉冗余雙微機控制器，如圖2。

圖2 控制IT AC800M

PM851A電手動微機控制器也連接在以太網上，用來控制機械液壓系統的比例伺服閥A或B工作。

1.2.2 軟件

將各種功能模塊整合、集成，形成各項目統一的功能塊庫，來實現各種特定功能。程序由各種功能塊搭建而成，十分方便用戶使用。而其工程實現則非常簡單，在軟件中調用模塊即可。模塊內部包含了各種模擬量運算、邏輯運算、PID運算，與外部相關聯的各輸入、輸出都已經引出，開發、維護時需要做的只是將各引腳連接到相應的I/O信號上，簡單易用，又減少了出錯的可能。

1.2.3 雙機冗余控制

無論在“自動調節”方式，還是在“手動控制”方式，比例伺服閥A和B都是冗余工作的，其地位是等同的。即在“自動調節”方式和“手動控制”方式下，比例伺服閥A和B都是一個工作、另一個備用。

當微機調節器選擇比例伺服閥A或B，切換閥也相應地使比例伺服閥A或B控制FC主配壓閥。這種系統結構充分利用了比例伺服閥A和B的冗余特性和互為備用的功能，明顯地提高了系統的可靠性。

當雙微機調節器均出現部分模塊故障時，這種交叉冗余控制結構可以容忍兩個單機的不同名模塊故障情況（容錯），交叉構成正常的調節器，使調速器能正常工作，實現真正的雙機冗余容錯結構，進一步提高調速器的可靠性。

1.3 機械液壓系統

1.3.1 結構說明

機械液壓系統包括：雙比例伺服閥、主配壓閥、機械手動操作機構、緊急停機閥組、過速限制器、分段關閉閥以及油壓裝置等。調速器正常運行是比例伺服閥控制回路，兩個并聯的比例伺服閥互為備用，分別可以用于自動和電手動兩種運行方式。調速器緊急停機功能是緊急停機閥組控制回路實現的，緊急停機可以手動操作、電動操作；調速器在機械柜斷電情況下，能夠自復中保持當前開度；并且在主配自復中狀態下，調速器可以純機械手動操作開機和關機。

1.3.2 雙比例伺服閥

比例伺服閥是電—液轉換器，它是一種電氣控制的引導閥，比例伺服閥的功能是把微機調節器輸出的電氣控制信號轉換為與其成比例的流量輸出信號，用于控制帶輔助接力器的液壓控制型主配壓閥。瀑布溝電站采用BOCHS公司提供的比例伺服閥，具有抗油污能力強，可靠性高等特點。

電氣控制信號為4～20 mA。當控制信號＞12 mA，閥芯處于開機位，主配壓閥的控制腔通過此閥接通壓力油，接力器開啟；當控制信號＜12 mA，閥芯處于關機位，主配壓閥的控制腔通過此閥接通回油，接力器關閉；當控制信號＝12 mA，閥芯處于中間時，主配壓閥的控制腔關閉，接力器處于切換前的狀態；當比例伺服閥發生故障時，閥芯處于故障位，主配壓閥的控制腔接通回油，接力器關閉。

正常情況下PLC A套控制比例伺服閥A，PLC B套控制比例伺服閥B，通過切換閥（見圖1）實現切換比例伺服閥A與B的交叉控制。

1.3.3 主配壓閥

瀑布溝電站采用帶有輔助接力器的、液壓控制式的主配壓閥，與其接口的是比例伺服閥。液壓控制型主配壓閥由閥體、主配壓閥活塞（含輔助接力器）與襯套以及開機和關機時間調整螺母等組成。

圖3 主配壓閥結構示意圖

主配壓閥的輔助接力器為差壓式，控制腔（B腔）面積大約等于恒壓腔（A腔）面積的兩倍。來自于濾油器的壓力油一路進入FC閥的A腔，產生向右（關閉方向）推動主活塞的力；另一路進入比例伺服閥。比例伺服閥的工作腔連于B腔。

當比例伺服閥的工作腔通壓力油時，壓力油進入B腔，由于B腔的面積大于A腔，所以主活塞向左（開啟方向）運動，開啟腔窗口打開，接力器向開啟方向運動。

同樣可知，當比例伺服閥的工作腔通回油時，B腔通回油，由于A腔始終通有壓力油，所以主活塞向右（關閉方向）運動，關閉腔窗口打開，接力器向關閉方向運動。

閥芯正好在中位時，接力器靜止。

主配壓閥內部有兩個直線位移傳感器，反饋主活塞的行程，分別給兩個比例伺服閥反饋信號。反饋的信號為±10V。

主閥閥體的左、右端裝有開機時間調整螺釘和第一段關閉時間調整螺母，可限制主配壓閥主活塞的最大行程，起到調節主配壓閥的輸出流量，從而，根據電廠的要求來整定接力器的開機時間和第一段關閉時間。鎖緊螺母能鎖定開關機時間，保證不變。復中腔、小活塞以及流道組成了復中機構，復中腔連通“斷電自復中閥”的工作腔，復中腔或通回油或通壓力油。復中腔通回油時，小活塞向右退出，如果此時主活塞受比例閥控制，則接力器處于自動和電手動運行工況；如果此時主活塞不受比例閥控制，則接力器朝關機方向運動。復中腔通壓力油時，小活塞將主活塞推至中間位置，關閉主配壓閥的油窗口，這時接力器停止運動主配復中。主配活塞的中間位置，是由螺母來調整的。

圖4 主配壓閥工作原理圖

1.3.4 緊急停機閥組

由兩個電動緊急停機電磁閥組成，其中一個加裝手動按鈕，便于運行人員操作。任意一個緊急停機電磁閥動作，一方面使復中機構中的復中腔通回油，另一方面使急停聯動閥失壓，這時主配壓閥控制腔和復中腔均通回油，接力器關機。

1.3.5 過速限制器

過速限制器由事故配壓閥、電磁信號閥組成。電磁信號閥接收電氣過速信號，驅動事故配壓閥動作，切斷調速器的控制油路，直接關閉接力器，保護機組的安全。

1.3.6 分段關閉閥

當機組需要停機時，調速器操作導葉接力器開始進入關機工況，第一段關閉較快。當接力器關閉至拐點時，凸輪使分段關閉閥油路切換，對接力器的回油量起節流作用，導水機構的關閉速度減慢，實現第二段慢關閉。另外，瀑布溝電站的2F、4F、6F機組接力器另設有節流孔，實現第三段慢關閉。

1.3.7 控制閥組濾油器

雙濾油器，一組工作另一組備用。兩組間切換時，可確保油路不中斷，調速器繼續工作，接力器無擾動。濾芯的濾油精度為：5μm。壓力油從主配壓閥進入濾油器，過濾后的油供給比例伺服閥濾油器裝有壓差發訊器，濾油器前后壓力差值大于0.4 MPa時，發出信號，提示運維人員切換并清洗濾油器。

1.3.8 油壓裝置

油壓裝置型號：YZ-16/2-6.3，油壓裝置由油泵、組合閥、壓力油罐、靜電油過濾循環裝置與回油箱組成。油泵共三臺，兩臺大泵，一臺主用，一臺備用，由于主配壓閥漏油過大，另外設置一臺增壓小泵，在機組運行過程中頻繁運行，補充主配漏油。

2 調速器運行中存在的問題及處理

2.1 調速器溜負荷

調速器C套死機，A、B、C三套之間存在通訊故障，在將調速器切換到“機手動”模式后重啟C套后，將調速器切回C套運行，由于C套導葉給定為0，造成機組溜負荷。在進行了詳細檢查及試驗后，聯系廠家對此程序已進行了修改，PLC重啟后，導葉給定要自動跟蹤當前導葉實際值。

2.2 一次調頻長期動作

（1）機組并網后，當測頻差值大于0.05 Hz，只延時0.1 s一次調頻就動作，將延時改到0.5 s后運行正常。

（2）A套在主用，測頻模塊故障，造成頻率在30～48 Hz之間波動，造成一次調頻長期動作，監控無法調整負荷。更換測頻模塊后正常。

2.3 調速器透平油溫度過高

某機組主配壓閥油口在調試過程中受到損傷，致使漏油量增大。現場試驗，主配壓閥漏油量約50 L/min，超過了廠家提供的主配壓閥漏油量為12 L/min的性能指標。油泵頻繁啟動，油溫升高，透平油粘度下降，增大了主配壓閥的漏油量，形成惡性循環。

更換調速器主配壓閥。經過試驗，調速器切電手動，主配漏油量約7 L/min。

2.4 油壓裝置油質較差

新機組投產后各部件磨合過程中會有一定的鐵屑等雜質產生，此外未投產機組在施工過程中產生大量粉塵和焊灰，在此情況下由于油中的雜質多造成某些部件發卡或油路不暢會造成搶、溜負荷現象。在回油箱中部設置濾網，將調速器回油與油泵進油口隔開，回油箱設置的旁路濾油設備，半個月或一個月循環濾油一次，去除回油箱中的微型雜質，清潔油質，保證油泵泵入壓力罐的油質精度在20μm左右。待全部機組投產后再酌情延長循環濾油周期。

3 結束語

瀑布溝電站比例伺服閥微機調速器自2009年12月投產時經過現場的一系列試驗，順利通過帶負荷運行，其各項性能指標基本符合標準及設計要求。從近一年的運行情況看，調速器運行良好，性能穩定。但是控制程序有一些小的缺陷，還有待運行中完善。

TK730.41

B

1672-5387（2010）06-0053-03

2010-10-08

張康（1983-），男，助理工程師，從事水電廠運行維護工作。