PLC可編程控制器在沙畈電廠調(diào)速器系統(tǒng)更新改造中的應(yīng)用

馬向陽 金華市沙畈水庫管理處

PLC可編程控制器在沙畈電廠調(diào)速器系統(tǒng)更新改造中的應(yīng)用

馬向陽 金華市沙畈水庫管理處

分析了沙畈電廠調(diào)速器改造的必要性和改造后取得的效果，介紹了改造后采用的杭州三和電控設(shè)備有限公司生產(chǎn)的YWT系列可編程微機(jī)調(diào)速器的主要功能特點(diǎn)及構(gòu)成。

可編程控制器；調(diào)速器；步進(jìn)電機(jī)；電氣

1、調(diào)速器改造的必要性

水輪機(jī)調(diào)速器直接擔(dān)負(fù)著控制水輪發(fā)電機(jī)組開機(jī)、停機(jī)、空載運(yùn)行、增減負(fù)荷等工作，是水電站的重要設(shè)備，其工作性能的好壞直接影響著水輪發(fā)電機(jī)組乃至電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。隨著電網(wǎng)的不斷擴(kuò)大，電力用戶對電能質(zhì)量的要求不斷提高，傳統(tǒng)的電液調(diào)速器已難以勝任機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的需要。

浙江金華沙畈電廠建于1996年，裝有2×5000KW混流式水輪發(fā)電機(jī)組，是金華電網(wǎng)主要調(diào)峰電廠，也是金華電網(wǎng)的默認(rèn)啟動(dòng)電源之一，對金華電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)揮著重要作用。調(diào)速器改造前采用原杭州發(fā)電設(shè)備廠生產(chǎn)的HFYDT—3000型號(hào)電液調(diào)速器，該調(diào)速器運(yùn)行十多年來，各種故障日趨增多，存在電液伺服閥經(jīng)常卡澀，動(dòng)態(tài)特性差，調(diào)節(jié)頻繁導(dǎo)致并網(wǎng)速度慢等諸多毛病，已越來越不能滿足電廠安全生產(chǎn)的需要。PLC可編程微機(jī)調(diào)速器具有技術(shù)性強(qiáng)、可靠性高、穩(wěn)定性好、速動(dòng)性好、操作簡單和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，在電站得到了廣泛的應(yīng)用。為了電廠更安全可靠運(yùn)行，結(jié)合電廠實(shí)際情況，調(diào)速器改造采用目前先進(jìn)的杭州三和電控設(shè)備有限公司生產(chǎn)的YWT-1800微機(jī)調(diào)速器。

2、YWT系列步進(jìn)式可編程微機(jī)調(diào)速器的功能特點(diǎn)

各項(xiàng)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)品質(zhì)，所有性能指標(biāo)均達(dá)到或超過國家標(biāo)準(zhǔn)GB9652-97中要求。

機(jī)械液壓系統(tǒng)采用日本RORZE公司的步進(jìn)電機(jī)控制，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，耗油量小，對油的要求低，徹底改變了以往電液調(diào)速器的電液轉(zhuǎn)換器容易卡阻的缺點(diǎn)，可達(dá)到基本免維護(hù)功能。

并網(wǎng)前機(jī)組自動(dòng)跟蹤電網(wǎng)頻率，能使機(jī)組頻率迅速達(dá)到同期要求。若網(wǎng)頻故障則自動(dòng)切換到頻率給定開機(jī)。

機(jī)械手動(dòng)運(yùn)行時(shí)，微機(jī)調(diào)速器輸出自動(dòng)跟蹤導(dǎo)葉開度，可隨時(shí)無擾動(dòng)地切換至自動(dòng)狀態(tài)。自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)也可隨時(shí)無擾動(dòng)地切換至手動(dòng)狀態(tài)。

設(shè)有上位機(jī)通訊接口（R S 485Modbus RTU）,以實(shí)現(xiàn)全廠的計(jì)算機(jī)監(jiān)控管理，可滿足電站無人或少人值班。

具有在線故障自診斷功能，對頻率測量、開度測量等故障具有智能容錯(cuò)功能。

采用交直流供電，在廠用交流點(diǎn)消失時(shí)，能保持機(jī)組運(yùn)行工況并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

采用可靠性極高的可編程（PLC），抗干擾能力強(qiáng)，所有I/O接口均采用光電隔離，能適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境。

本微機(jī)調(diào)節(jié)器采用Easyview的觸摸屏（簡稱PT）作為操作和顯示平臺(tái)，PT是集圖像顯示和觸摸鍵于一體的操作終端，它可以替代以往調(diào)速器上所有的表計(jì)、指示燈、按鍵等元件。通過它方便地觀察機(jī)組的各種運(yùn)行工況，設(shè)置參數(shù)和操作調(diào)速器。

3、電氣部分的構(gòu)成及基本功能

YWT系列步進(jìn)式可編程微機(jī)調(diào)速器其PLC采用德國SIEMENS公司生產(chǎn)的先進(jìn)的S7-200系列為其控制硬件主體，并采用了Easyview的觸摸屏作為該調(diào)速器的主要操作和顯示平臺(tái)，使該調(diào)速器具備了完善的調(diào)節(jié)控制功能和友好的人機(jī)界面。

3.1 PLC單元簡介

YWT系列步進(jìn)式可編程微機(jī)調(diào)速器采用S7-CPU224XP作為其CPU單元，它的工作電源為DC24V。該CPU單元本身帶有14點(diǎn)開關(guān)量輸入和10點(diǎn)開關(guān)量輸出，以及兩路模擬量輸入和一路模擬量輸出。另完外它還有一路RS485通訊端口與觸摸屏通訊。

PLC的開關(guān)量輸入部分用來采集開機(jī)、停機(jī)、油開關(guān)、功率增、功率減等外部開關(guān)量指令和狀態(tài)信號(hào)。PLC的開關(guān)量輸出部分用來輸出步進(jìn)電機(jī)控制、手自動(dòng)切換、電氣故障等開關(guān)量信號(hào)。PLC的模擬量輸入部分用來采集0～10（0～20MA）的導(dǎo)葉開度、水頭、機(jī)組有功功率等模擬信號(hào)，將這些模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量供給CPU單元進(jìn)行運(yùn)算及控制。

3.2 電源和信號(hào)變換單元

電源和信號(hào)變換單元包含電源變換和信號(hào)變換這兩個(gè)主要功能。

電源變換功能是用來實(shí)現(xiàn)雙路開關(guān)電源輸出的DC24V電源的熱備用切換，以及通過DC-DC變換器將DC24V電源轉(zhuǎn)換為+5V（供信號(hào)變換部分使用）和10～24V可調(diào)電源供導(dǎo)葉反饋電位器使用。

信號(hào)變換功能是用來將機(jī)端PT來的機(jī)組頻率信號(hào)和由系統(tǒng)PT來的電網(wǎng)頻率信號(hào)，經(jīng)濾波、整形、分頻后輸入到PLC，由PLC實(shí)現(xiàn)軟件數(shù)字測頻。

3.3 步進(jìn)電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

YWT系列調(diào)速器采用日本RORZE公司的步進(jìn)電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器作為電-位移轉(zhuǎn)換器，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接收來自PLC的步進(jìn)電機(jī)控制脈沖及方向信號(hào)，通過其內(nèi)部CPU運(yùn)算和電流放大從而控制步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)通過與其相連的滾珠絲桿將旋轉(zhuǎn)的角度量轉(zhuǎn)換為位移量，從而實(shí)現(xiàn)電-位移轉(zhuǎn)換。

3.4 觸摸屏

YWT系列調(diào)速器采用臺(tái)灣Easyview觸摸屏，觸摸屏通過通訊與PLC連接，顯示調(diào)速器和機(jī)組的主要參數(shù)及運(yùn)行狀態(tài)。通過觸摸屏可方便地修改整定調(diào)速器的各調(diào)節(jié)參數(shù)，并把修改后的參數(shù)傳送給PLC保存并記憶。

3.5 電源系統(tǒng)

YWT系列調(diào)速器的電源系統(tǒng)有交流空氣開關(guān)和兩個(gè)開關(guān)電源組成。廠用交流電源和廠用直流電源分別通過一個(gè)開關(guān)電源變換為兩路DC24V電源，再通過電源和信號(hào)變換單元實(shí)現(xiàn)雙路DC24V電源的熱備用切換。PLC、觸摸屏、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器均采用DC24V供電。

4、機(jī)械液壓部分的構(gòu)成及基本功能

4.1 步進(jìn)式電液隨動(dòng)系統(tǒng)

YWT系列步進(jìn)式可編程微機(jī)調(diào)速器電液隨動(dòng)系統(tǒng)由步進(jìn)電機(jī)、滾珠絲桿（起中間接力器作用）、主配壓閥組件、回復(fù)機(jī)構(gòu)、反饋電位器、主接力器等組成。

步進(jìn)式電液隨動(dòng)系統(tǒng)的工作原理如下：

PLC輸出的位置信號(hào)YOUT與起中間接力器作用的步進(jìn)電機(jī)的位置反饋信號(hào)YIN在PLC內(nèi)進(jìn)行比較運(yùn)算結(jié)果為△Y，由PLC輸出一個(gè)頻率與△Y成正比脈沖通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器去驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。

當(dāng)△Y為負(fù)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲桿順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，通過杠桿傳遞，使引導(dǎo)閥針塞離開中間位置向上移動(dòng)一段距離△I。此時(shí)，輔助接力器活塞上腔通排油，由于主配壓閥活塞受向上差壓力的作用，所以輔助接力器活塞和主配壓閥活塞同時(shí)向上移動(dòng)△I，使輔助接力器活塞上腔關(guān)閉。同時(shí)，主配壓閥襯套上窗口與壓力油聯(lián)體通，下窗口與回油聯(lián)通，主配壓閥向接力器關(guān)閉腔配壓力油，接力器活塞向關(guān)閉方向移動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)回復(fù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，通過桿桿傳遞，使引導(dǎo)閥針塞向下移動(dòng)一段距離△I，回到中間位置，此時(shí)輔助接力器活塞上腔通壓力油，在壓力油的作用下輔助接力器活塞和主配壓閥活塞向下移動(dòng)△I回到中間位置，完成一次調(diào)節(jié)。

當(dāng)△Y為正時(shí)，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲桿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，各零件運(yùn)動(dòng)方向與上述相反。

當(dāng)緊急停機(jī)電磁閥動(dòng)作后，輔助接力器活塞上腔通過單向閥接通排油，主配壓閥活塞受差壓力的作用向上移動(dòng)，主配壓閥向接力器關(guān)閉腔配壓力油，接力器活塞向關(guān)閉方向移動(dòng)。

開機(jī)時(shí)間調(diào)節(jié)螺母和關(guān)機(jī)時(shí)間調(diào)節(jié)螺母可分別限制輔助接力器活塞和主配壓閥活塞向上或向下的行程，以改變主配壓閥窗口開口的大小，調(diào)節(jié)開關(guān)機(jī)時(shí)間。

4.2 油壓裝置

YWT系列調(diào)速器的油壓裝置由回油箱、壓力油罐、螺桿泵、油泵電機(jī)、安全閥、補(bǔ)氣閥、中間油罐、單向閥、接點(diǎn)壓力表等主要部件構(gòu)成。

5、結(jié)束語

水輪機(jī)調(diào)速器目前已屬于機(jī)電一體化的高科技產(chǎn)品，它將隨著微機(jī)技術(shù)、液壓技術(shù)和自動(dòng)控制理論發(fā)展而不斷推陳出新。YWT-1800型調(diào)速器自投運(yùn)以來，提高了電廠機(jī)組的自動(dòng)化水平，運(yùn)行可靠性高，故障率明顯下降；調(diào)節(jié)靈敏度、準(zhǔn)確度提高，從開機(jī)到空載穩(wěn)定時(shí)間縮短大約一半，提高了并網(wǎng)速度，機(jī)組運(yùn)行也更加穩(wěn)定；由于采用Easyview的觸摸屏顯示大大方便了運(yùn)行人員操作，各種數(shù)據(jù)運(yùn)行人員可直接讀取；步進(jìn)電機(jī)耗油量小、抗污力強(qiáng)，減少了油泵的啟動(dòng)次數(shù)，基本可以做到免維護(hù)。