水電站調速器微機改造

朱楚強

（瀏陽市株樹橋水庫管理局 瀏陽市 410102）

水輪機調速器是水電站重要的輔助設備，它直接擔負著控制水輪發電機組正常開機、空載運行、并網、增減負荷、正常停機等工作，其工作性能的好壞不僅直接影響著水輪發電機組的安全運行，甚至影響電力系統的電能質量和安全可靠運行。

隨著電力用戶對電能質量的要求更為嚴格，對調速器的要求也日益增高，對難以勝任機組穩定運行調速器，有必要要求退出運行；隨著科學技術的發展，新的設備投入生產，有條件進行改造更新，以適應電網和機組安全穩定的需要。本文以株樹橋水電站2#機調速器為例，全面介紹改造情況。

1 改造前情況

1.1 改造前設備選用及組成情況

株樹橋水電站1990年投產，調速器采用的是YDT-3 500 A電液調速器，電液調速器工作框圖如圖1。

圖1 電液調速器工作框圖

電液調速器通常可分為電氣和機械液壓兩部分。電氣部分以一些電氣回路取代機械調速器中的離心擺、緩沖器和硬反饋機構，形成調速器的調節規律，并將這些電氣回路輸出的信號加以放大，送入機械液壓系統，去控制導葉機構。

1.1.1 電氣部分

含電源回路、測頻回路、頻率給定回路、功率給定和硬反饋回路，綜合放大回路。

（1）測頻回路。

測頻回路相當于機調中的離心擺，對機組頻率起測量作用。它接受電壓互感器送來的頻率變化信號，并將頻率變化信號轉化成具有一定量值和一定方向的直流電壓。

（2）頻率給定回路。

頻率給定回路提供一個人為控制的直流電壓，與測頻回路的輸出直流電壓信號疊加，用來改變調速器的整定頻率，調整機組的轉速或負荷。它相當于機調中離心擺的調整螺母和轉速調整機構的作用。由運行人員通過頻率給定回路發出給定的調節指令，機組并網運行時，用來調整機組所帶負荷，單機帶負荷運行時，用來調整機組的轉速。

（3）功率給定和硬反饋回路。

功率給定回路的作用是要獲得一個代表給定導葉開度為0%～100%的可調電壓，與在不同導葉開度時的導葉位置反饋電壓作比較，達到調整機組的轉速或負荷目的。即使機組在不同開度(功率)下，按給定頻率穩定運行。硬反饋回路又稱永態轉差回路，它通過位移傳感器與接力器相連接，實現機組調差，一般與功率給定合并為一個單元。

1.1.2 機械液壓部分

主要由電液轉換器、引導閥、中間接力器、主配壓閥、接力器、傳遞杠桿、開度限制閥、開限電機等組成。

1.2 改造前設備存在問題

普通電液調速器存在著動態特性、調節性能差且結構復雜，油路長，杠桿和行程開關位置調節麻煩，對電源可靠性要求高，備用電源采用干電池，需定期更換等缺點。

自1990年投運以來，先后出現過廠用電失電無信號誤關機、緊急停機電磁閥線圈燒毀、伺服電機燒壞、頻率給定電位器接觸不良，工作不穩定、電液轉換器油路堵塞導至負荷自動降低、插件電子元件老化，不能正常工作等事故或故障。隨著運行時間的增加，元件的老化情況日益加劇，出現高壓油耗油量偏大，油路漏油嚴重，油泵起動頻繁等缺陷，工作性能日益不穩定。同時因該型號調速器廠家不再生產，非標配件無處購買，進行改造是勢在必行。

2 改造情況

本次調速器改造為局部改造方式，即保留原有油壓裝置和接力器，將原來有主配壓閥（包括主配壓閥）以上部分全部更換，重新組成全數字式的可編程微機調速器。改造時間從2009年10月21～26日，歷時7天。

2.1 微機調速器的工作框圖（圖2）

圖2 微機調速器的工作框圖

2.2 改造部位主要設備組成

采用電子調節器+電液隨動系統的結構代替了傳統的緩沖式系統結構（即包含緩沖電路的反饋回路包括了放大器、電液轉換部件、配壓閥、主接力器組成的主通道，所構成的閉環系統）。

（1）控制部分改造。

采用PLC控制取代了單片機，采用交直流雙重供電方式，當任一組電源斷電后，調速器連續無擾地切換到另一組電源供電，互為備用。測頻回路采用PLC A/D轉換模塊測量，頻率給定回路、功率給定和硬反饋回路、綜合放大回路全由PLC實現，可根據機組單機運行、并網運行等不同工況的需要，采取不同的控制方式，并能按水位自動調節啟動開度、空載開度，實現故障在線報警、自診斷功能、通訊功能等。

（2）隨動部分改造。

微機調速器的電液隨動系統取消了杠桿機構和管路系統，代之以液壓集成塊和標準液壓元件，用電磁換向閥取代電液轉換器，較好地解決了因油污而引起的電液轉換器卡滯，致機組減負荷的問題。使機械柜結構變得十分簡單、可靠，維護非常方便。

機械驅動放大為直聯型，無放大杠桿。機械液壓部分為標準塊式結構，檢修方便，系統油耗小。系統有雙聯濾油裝置，機組運行時可以切換清洗。系統不設主配壓閥，由電液換向閥直接控制接力器的動作。

2.3 改造中要注意的問題、安裝調試過程中遇到的問題及解決方案

2.3.1 改造中要注意新部件與原部件配合連接問

（1）考慮選取與原設備一致的新設備顏色，使得效果美觀且有整體感。

（2）考慮選取新部件與原部件連接方式，確保尺寸準確，連接可靠。

（3）考慮原設備拆除部分的封堵。對拆除后形成的孔洞，封都要嚴密，確保不漏氣漏油。

（4）考慮新設備所需外部電氣線路，清理可利用的原線路，不足部分新布置，確保連接正確，達到設計要求。

（5）對保留的原設備部分，如存在嚴重缺陷，需與改造總體考慮處理方案。

2.3.2 改造中遇到的問題及處理辦法

（1）因無原設備內部細部圖低，廠家做的原主接力器與數字閥連接封堵蓋板尺寸有偏差，不能使用。到現場拆開后臨時測量尺寸，外送加工，影響了工期。

（2）因安裝調試時沒關進水蝶閥，調整零點和滿度存在誤差，開度99.9%時，傳感器出現拉翻的現象，導葉無開度指示。此時需手動微動關小導葉，恢復正常。根本解決的辦法是：關掉蝶閥重新進行零度和滿度調整，以消除誤差。

（3）原鎖錠是油壓自動投退，因動作頻繁，密封老化等原因，存在漏油現象，在原鎖定處改成無油手動，需正確選取手動鎖錠安裝位置和固定方式，確保工作可靠。

3 改造效果

3.1 試驗情況（附表）

附表 試驗情況

通過改造前后試驗數據對比，改造后動、靜態品質明顯優于改造前，所有性能指標均達到或優于國家標準。

3.2 運行情況

（1）調速器能遠方開、停機，遠方控制出力和事故停機；保證在調速器內部故障時，不造成機組運行狀態的改變和出力波動，在外部系統事故要求停機時，能保證機組安全停機。

（2）調速器能遠方自動控制和就地手動控制，電氣部分可跟蹤機械手動，機械手動切至自動或手動時不需任何調整，為無擾切換，各運行工況可任意切換無擾動；自適應式開機規律，無需設置開機頂點，開機參數，對不同機組均能自動根據水位迅速安全地將機組開啟至空載。

（3）空載自動跟蹤電網頻率，以及特有自動補償PID調節規律，能使機組頻率迅速達到同期要求。改造前并網時間從發出開機令至并網結束，費時2分40秒，改造后相同過程費時1分50秒。

（4）機械液壓系統采用全數字液壓技術，以電磁換向閥作為電液轉換元件，且靜態無油耗。采用電磁閥實現手動操作，直觀可靠無漂移。改造前機組運行狀態下油泵打油時間間隔37分39秒，改造后相同狀態下打油時間間隔24小時2分20秒。

（5）全部采用標準的液壓元件，集成化程度高，安裝調試保養維護都非常簡單。不斷流雙芯濾油采用不銹鋼折疊式濾網，壽命長，易保養。采用獨立的機械液壓控制回路分別控制微動和快動，調節品質更高，可靠性更高。

（6）智能容錯測頻及自動識別大小網，頻率測量精度高。各種參數都能在線修改、監視，掉電不消失。具有故障自診斷功能，調節器能實時監視自身組成模塊，一旦發生故障，能立即診斷，并以數字狀態顯示指出故障部件。

（7）調速系統具有良好的可維修性，方便維護、檢查、檢修與調試，使安裝及維修人員能利用微機對調速器的參數、控制邏輯進行監視、修改。能通過液晶觸摸屏直接設置參數及進行操作，并設置有密碼保護功能。

4 結語

微機調速器具有技術先進、可靠性高、穩定性好、速動性好、操作簡單和維護方便等優點，對電液調速器進行微機改造，投資小，工期短，現場改造工作量小、效益明顯，值得推廣。