寶山電站調速器改造技術與效果分析

肖廣全，陳 曦，崔新明

(黑河辰能西溝水電有限責任公司，黑龍江黑河164300)

寶山電站位于黑龍江省黑河市遜克縣寶山鄉，是庫爾濱流域梯級開發的第 5級，總裝機3X6.5 MW。電站通過110 KV寶湯線經湯旺河變電所送至伊春林區電網，在依春電網中擔任調峰和事故備用。伊春電網極不穩定，寶山電站機組經常調峰、調壓甚至調頻運行，這樣對其機組的調速器等配套設備的自動化程度就有較高的要求。由于歷史原因，寶山電站設備比較陳舊，多數設備還是20世紀90年代水平，加之設備健康狀況不好，存在諸多安全隱患。機組調速器的改造拉開了寶山電站自動化改造的序幕，為其提高自動化水平奠定了良好基礎。

1 改造過程及調速器結構特點

1.1 改造必要性

該廠原有YDT－3000調速器3臺，是主機廠家配套的產品，屬于分立元件的模擬電路調節器。隨著運行年限的增加，一些缺點和問題逐漸暴露出來，不能滿足安全生產要求。首先該調速器在運行中存在較大的調節誤差、對負荷變化反應遲緩、調節不靈敏、存在并網過程時間長等缺陷，在運行中多次出現調節失靈及溜負荷現象，不能保證機組的安全穩定運行;另外調速器各元件老化，其調節控制部分的桿件、活塞、襯套等部件磨損嚴重，導致調節死區范圍變寬、出現漏油量增大等現象;目前3臺調速器均有較嚴重的跑冒滴漏現象，油泵頻繁啟動，浪費電能，既增加廠用電消耗又易引起油泵電機過熱，無論調速器處于停機備用狀態還是工作狀態，油泵電機的大量功率消耗在油液的無效循環上并產生熱量，促使油溫上升，而溫升又使油液黏度下降，進一步加劇泄漏的增加，泄漏的增加又使系統工作效率進一步下降，低黏度的油液流過泵、閥等液壓件時，元件特性將發生變化，而油溫升高使油液氧化加劇，降低油液和元件使用壽命，其生成的沉淀物顆粒易堵塞各控制小口，極易導致調速器工作不正常，對設備本體及主設備存在諸多安全隱患。綜合各方面情況，加上調速器維修需更換部件太多，而且該調速器早已被新型設備取代，備品備件很難購買，從經濟、技術、安全等方面考慮，已無維修價值，對該套設備進行改造是極其必要的。

為了解除運行中的后顧之憂，提高設備運行的穩定性、可靠性及性能指標，提高電站的綜合自動化水平，該廠對調速器進行了更新改造。

1.2 改造過程回顧

2009初年廠領導和技術人員醞釀對原有系統進行技術改造，鑒于該廠的油壓裝置的壓油罐、回油箱、油泵等液壓組件工作狀況基本良好，經過分析研究，認為只需對調速器電氣及機械液壓部分進行改造，取消電液轉換器代之以數字邏輯開關閥作為電液轉換元件，而油壓裝置部分暫時保持不動。從性價比和技術可靠性的角度考慮，該廠選用了YWT－3000－2.5型數字式可編程微機調速器。

此調速器最大優點是采用采用數字控制技術、運用液壓集成技術和標準液壓元件設計，適用于中小型水輪發電機組的調節與控制，運行可靠、性能良好、操作和調試簡便。電氣調節器核心器件采用高可靠性的可編程控制器、漢化顯示屏以及相關模塊;電液轉換采用標準液壓元件，產品的可靠性高，通用性強。調速系統采用適應式變結構、變參數并聯PID調節模式和PWM脈寬調制，并設有較強的自診斷、防錯、容錯、糾錯及Watchdog防止程序死循環等保護功能，整機因結構簡單，可靠性和調節性能都顯著提高。該調速器能使水輪發電機組在各種工況下穩定運行，可實現機組的自動或手動開、停機，并網運行，調節機組負荷，事故緊急停機等常規功能，還可以根據用戶的特殊要求增設水位和功率調節功能、裝設通信接口便于實現電廠計算機監控管理等。各項技術指標均達到或優于國家標準GB/T9652.1－1997《水輪機調速器與油壓裝置技術條件》的要求。

1.3 調速器結構和特點

YWT－3000－2.5型調速器由微機調節器、機械液壓系統、油壓裝置等3大部分構成，采用機電合柜的結構形式，其電氣部分布置于柜體上半部分，機械部分布置于柜體下半部分，整個柜體布置于回油箱上，與油壓裝置構成一體，形成組合式調速器。

微機調節器以可編程控制器(PLC)作為調節控制核心，外圍配以進口元器件，置于電氣柜內，柜體面板上鑲嵌有顯示屏，柜體正面上還裝有指針表、指示燈按鈕，便于調速器的操作與指示。具有較高抗干擾能力，所有I/O接口均采用光電隔離及軟件濾波。采用PWM脈寬調制技術，取消了模擬電路。應用自適應式開機規律，對不同機組均能迅速安全地將機組開啟至空載，并自動跟蹤系統頻率和調整相位，使機組快速同期并網。具有獨立的電手動、機手動、自動調節，切換無擾動。

機械液壓系統是整個調速器的執行機構，它接受微機調節器發出的控制信號，控制調速器接力器的開和關，置于機械柜內。采用標準的電磁球閥構成了直接數字控制的電液轉換接口，實現了整個系統的數字化，大大提高了液壓系統的抗油污能力。機械液壓系統全部采用標準閥件構成，具有集成化程度高、油路通經大、抗油污能力強、靜態無油耗等特點，提高了整個系統標準化程度，調試、檢修、維護簡便，實現了機械系統的免維護。系統結構上采用集成化設計，取消了常規油壓中小型調速器的輔助接力器、主配壓閥、杠桿等所有中間結構，系統無明管、無杠桿，簡化環節，可靠性高，調速器的速動性好、控制精度較高。

2 改造效果

2009年12月22日，1#機組調速器改造設備安裝調試完畢后，12月24日進行現場交接試驗，其各項試驗及性能指標均可滿足DL/T563－2004、GB/T9652.1－1997、GB/T9652.2－1997標準提出的指標要求，改造基本上是成功的。

2.1 主要試驗結果

2.1.1 頻率變化及調節時間

50～48 Hz時，調節時間為38 s;48～50 Hz，調節時間為24 s;50～52 Hz，調節時間為36 s;52～50 Hz，調節時間為21 s;以上擾動試驗超調量均不超過30%。

2.1.2 甩負荷數據

當調速器參數設置為 Bp:6%，Bt:40%，Td:10 s，Tn: 0.2 s時進行甩負荷試驗，所得數據如下:

1)甩負荷50%:頻率上升最高為55.4 Hz，最低下降至50.1 Hz，調節時間為41 s。

2)甩負荷75%:頻率上升最高為59 Hz，最低下降至50.03 Hz，調節時間為1 min20 s。

3)甩負荷100%:頻率上升最高為67 Hz。

2.2 主要試驗數據

主要試驗數據見表1。

表1 1#機調速器試驗記錄表

3 結束語

寶山電站1#機調速器通過近1 a的運行實踐，證明其性能及長期運行的穩定性和可靠性已得到根本保證。由于該調速器密封性能及系統工作效率的改善，使油泵啟動間隔延長，具備顯著的節能、環保、增壽的效果。該調速器整體結構簡單、操作簡便、維護工作量極小，是已建電站改造或新建電站的理想選擇之一。相信隨著機組勵磁、保護和控制等設備改造的進一步實施，寶山電站自動化水平會大幅提高，最終實現無人值班(少人值守)運行，為提高經濟效益和當地的發展做出更大的貢獻。

［1］ 崔新明.水輪機調速器改造分析［J］.中國水能及電氣化，2009.