功果橋水電站發電機調速器的三機冗余控制

孟凡東，金玉成，靳麗娟

功果橋水電站發電機調速器的三機冗余控制

孟凡東1，金玉成1，靳麗娟2

（1.哈爾濱電機廠有限責任公司，哈爾濱 150040；2.哈爾濱電氣動力裝備有限公司，哈爾濱 150040）

水電站發電機調速器為了獲得較高的可靠性，電氣部分主要采用雙機控制和三機控制；而機械部分主要采用雙比例閥作為電液轉換裝置的冗余控制。本文著重從電氣和機械兩方面介紹功果橋水電站調速器的控制原理，實際運行證明該結構成熟可靠。

調速器；三機冗余；雙比例閥

功果橋水電站裝機4臺225MW混流式水輪發電機組。該電站調速器均由哈爾濱電機廠有限責任公司生產，并于2012年上半年前全部投產發電。調速器型號為WT-150-6.3，是全數字式電液調速器，主配直徑150 mm，額定工作油壓為6.3MPa。

1　電氣部分構成及工作原理

調速器的電氣部分為三機冗余控制，電氣控制核心器件采用奧地利貝加萊公司的兩套PCC2003系列可編程計算機控制器組成雙機冗余容錯自動控制系統，并配置有德國西門子S7-300 PLC作為電手動機構。

1.1三機冗余控制結構及切換原理

圖1　三機控制結構圖Fig.1 Three machine control strutcture diagram

調速器正常工作情況下，A機 （PCC-A）、B機（PCC-B）和C機（PLC）在系統上電后均開出“本機主用就緒信號”，A機和B機先開出“本機主用就緒”者即為上電后主用機。一旦A、B機中任何一個獲得調速器控制權后，將屏蔽掉另外一個PCC和C機的控制輸出，防止控制輸出混亂，此時可手動切換A、B機誰做主用機；當雙PCC中任何一個出現致命故障時，則該機不再輸出“本機主用就緒”信號，而此時如果另一個PCC無致命故障，則調速器自動切換到另一個PCC主用；當雙PCC均發生致命故障而均不再輸出“本機主用就緒”信號時，而此時C機無致命故障仍輸出“本機主用就緒”信號且C機未手動投入，則C機自動獲得調速器控制權；無論A機和B機是否出現致命故障，如果手動旋轉調速器電氣柜上“C機手動投/退”選擇開關至C機投入位置，則A機和B機均強制退出控制，此時如果C機無致命故障則C機投入控制，否則所有控制輸出均被屏蔽，調速器失去對機組控制權，只有當調試或者檢修的時候才人為切換選擇開關至C機投入位置［1-2］。

1.2控制原理

無論機組處于電手動還是自動工況，兩臺備用機均根據實時采集的導葉反饋實現三機之間的無擾切換。調速器接受來自觸摸屏的運行參數設置和外部反饋：導葉位置、主配位置、主配中位、水頭和功率反饋，通過變結構適應式并聯PID計算出液壓隨動系統期望輸出，該輸出經電氣開限后變成導葉計算輸出。

2　機械部分構成及工作原理

調速器機械部分由德國Bosch公司生產的雙比例閥組成冗余電液轉換機構對主配壓閥進行控制；兩套獨立的測速探頭及位移傳感器。

2.1雙比例閥工作原理

雙比例閥同時輸入相同的控制電流，通過比例閥切換主配壓閥控制油路來實現雙比例閥對主配的選擇控制。在當前工作比例閥出現故障而另一個比例閥無故障時，電氣柜發出比例閥切換信號，液壓隨動系統將自動切換到另一個比例閥工作。

2.2比例閥驅動電流的計算

調速器根據導葉計算輸出、導葉反饋、主配反饋和主配中位測量值來計算比例閥的控制電流，由于引入了導葉偏差閉環和主配壓閥偏差閉環使得當導葉偏差進入平衡范圍后主配剛好進入主配死區帶，接力器不再運動，從而達到導葉接力器實際值跟蹤導葉接力器給定值的控制效果。

3　調速器性能試驗

功果橋水電站調速器試驗結果均達到或者優于國家標準，完全能夠滿足電站機組對調速器的性能要求，以最先投產發電的4號機組為例，試驗結果如下：

3.1靜特性試驗

調差率：4%，轉速死區：0.4/萬，非線性度：0.38%。

3.2甩負荷試驗

不動時間：0.14S，甩 100%負荷，最高頻率71.48Hz，調節時間33.09S。

3.3空載頻率擺動試驗

三分鐘空載頻率擺動實驗結果如下：第一次：最高頻率50.06Hz，最低頻率49.93Hz，最大頻率差0.13Hz；第二次：最高頻率50.07Hz，最低頻率49.92Hz，最大頻率差0.15Hz。

4　結語

三機冗余控制保證了在機組并網運行時，即使兩臺主控PCC均出現故障時，機組仍能保持原負荷穩定運行，給現場運維人員及時查找故障原因、排除故障贏得了寶貴時間，提高了調速器電氣控制系統的可靠性，主配壓閥控制采用雙比例閥冗余結構，實際運行證明該結構成熟可靠。

［1］魏守平.現代水輪機調節技術［M］.武漢：華中科技大學出版社，2002.

［2］南海鵬.水輪機發電機組PCC控制［M］.西安：西北工業大學出版社，2002.

ThreeMachineRedundantStationGeneratorGovernorControlGongguoqiao Hydropower

MENGFan-dong1，JINYu-cheng1，JINLi-juan2
（1.Harbin Motor FactoryCoLtd，Harbin，150040，China；2.Harbin Electric Power Equipment Co，Ltd，Harbin，150040，China）

The governor for hydropower station is composed by electrical part and hydraulic part，in order to enhance the stability of the governor，two or three main control processors is often adopted by the electrical part；double proportional valves as electro-hydraulic component is usually adopted by the hydraulic servo system.This paper introduces the control principle of the governor of Gongguoqiao hydropower station by the electrical part and hydraulic part.

Governor；Three main control processor；Double proportional valves

TP273.2

A

1674-8646（2015）04-0090-02

2015-04-02

孟凡東（1977-），男，遼寧人，碩士研究生，現從事水輪機自動化設計工作。