SWT-2000型調(diào)速器在石門水電站的應(yīng)用

劉成軍

摘 要：介紹石門水電站SWT-2000型調(diào)速器的性能特征、系統(tǒng)構(gòu)成、安裝試驗及應(yīng)用中出現(xiàn)的問題的改進與建議。

關(guān)鍵詞：調(diào)速器;性能;安裝試驗;石門水電站

石門水電站位于漢江一級支流褒河下游，是石門水利樞紐的配套工程，由河床、河?xùn)|、河西三處電站組成，其中河床電站在2013年改造后，裝有容量為3×13MW軸流轉(zhuǎn)漿式機組。調(diào)速器更新為南瑞公司的SWT-2000型調(diào)速器。

1 結(jié)構(gòu)性能

SWT-2000調(diào)速器電氣部分由兩套PCC2003可編程控制器+第三方智能切換PLC及手動綜合控制模塊組成。其機械部分電液轉(zhuǎn)換單元采用BOSCH伺服比例閥+高速數(shù)字閥組成雙冗余控制系統(tǒng)。主配壓閥采用南瑞CF系列插裝閥，具備自復(fù)中功能。

2 調(diào)節(jié)模式和特征

2.1 控制調(diào)節(jié)模式

采用PID控制。將導(dǎo)葉開度反饋控制引入控制器，增加了導(dǎo)葉副環(huán)數(shù)字PID控制。

空載運行時，有開度閉環(huán)和轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制調(diào)節(jié)模式;并網(wǎng)運行時，增加了功率閉環(huán)控制調(diào)節(jié)模式。

2.2 調(diào)節(jié)控制特征

（1）采用改進型PID控制，其控制傳遞函數(shù)為：

改進型PID控制其動態(tài)過程較短，系統(tǒng)穩(wěn)定性提高，系統(tǒng)動態(tài)調(diào)節(jié)性能提高。

（2）適應(yīng)式變參數(shù)變結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)和容錯控制。

將離線參數(shù)優(yōu)化改為在線參數(shù)優(yōu)化。其基本流程是：

①先進行工況優(yōu)化，求出最佳參數(shù);

②工況變化時，再求最佳參數(shù);

③做到各種工況下PID參數(shù)最優(yōu)。

容錯控制針對頻率、功率、水位、開度測量等故障都設(shè)置相應(yīng)的容錯保護策略。當(dāng)其一個或多個失效時，在不產(chǎn)生危及機組安全的問題下，允許采取降低性能的方式來繼續(xù)保持對機組的有效控制。

3 系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)由電氣控制調(diào)節(jié)和液壓控制調(diào)節(jié)組成。

3.1 電氣控制調(diào)節(jié)部分

調(diào)節(jié)器PCC模塊采用冗余配置，兩塊調(diào)節(jié)器間采用CAN接口進行通訊，保證信息冗余和切換穩(wěn)定。獨立設(shè)置兩套24V電源和反饋通道。通過兩套采樣模塊采集信號并各自處理采集的信號，一套處于主控模式，一套處于熱備用模式;當(dāng)其中一套發(fā)生故障時，通過智能切換PLC自動投入另一套，無擾切換，并維持運行工況不變。兩套PCC通過MODBUS總線與監(jiān)控上位機組成人機界面系統(tǒng)，實現(xiàn)調(diào)速器智能化。

3.2 液壓控制調(diào)節(jié)部分

液壓控制是將PCC的輸出信號按比例轉(zhuǎn)換成接力器的位移，來控制水輪機的導(dǎo)水機構(gòu)。主要有導(dǎo)葉和漿葉控制。導(dǎo)葉控制包括自動、手動、緊急停機三部分。漿葉控制包括自動、手動控制。液壓控制系統(tǒng)由四只插裝閥組成一個三位四通閥與一個伺服比例閥并聯(lián)實現(xiàn)對接力器的控制。

（1）調(diào)速器自動控制有小、大調(diào)節(jié)兩個通路。

小調(diào)節(jié)通路流程為：電氣控制信號（連續(xù)電壓）——伺服閥功放—伺服比例閥—接力器。

大調(diào)節(jié)通路流程為：電氣開關(guān)量信號（斷續(xù)脈沖）——快開（快關(guān)）閥—插裝閥—接力器。

（2）緊急停機操作是由快關(guān)閥完成，其直接控制插裝閥完成關(guān)方向動作。

（3）手動控制流程為：手動控制開關(guān)（切換閥——斷續(xù)脈沖——手動閥——接力器）。

4 安裝與試驗

（1）調(diào)速器包括：電氣控制柜、液壓閥組、油泵及其控制柜、回油箱、蓄能器、分段關(guān)閉閥、事故配壓閥、接力器鎖錠電磁閥、位移傳感器、液壓管路。

現(xiàn)場安裝布局時，電氣柜布置在機旁，通過電氣線路對回油箱上的液壓閥組進行控制。回油箱原位布置，蓄能器靠近回油箱放置。電機油泵組已預(yù)裝在回油箱上，分段關(guān)閉閥和事故配壓閥安裝在相應(yīng)的管路上，并靠近接力器。鎖錠電磁閥和導(dǎo)葉位移傳感器安裝在接力器坑內(nèi)，槳葉位移傳感器安裝在受油器頂部。

（2）清洗閥組、管路、回油箱后，在回油箱注入清潔油。

（3）對液壓控制裝置的接線、部件、按鈕、油路、表計、開入量進行檢查確認(rèn)。

（4）主配壓閥試驗（導(dǎo)葉）。開機時間、關(guān)機時間（含分段關(guān)閉）、緊急停機動作時間（含分段關(guān)閉）調(diào)整為設(shè)計規(guī)定值。

（5）電氣柜進行接線、位移傳感器安裝、輸入輸出功能檢查。

（6）機組參數(shù)、各水頭下的限制參數(shù)等數(shù)據(jù)輸入。

（7）模擬量定位。

（8）現(xiàn)場試驗。進行導(dǎo)葉副環(huán)試驗、槳葉副環(huán)試驗，確定副環(huán)控制的最佳參數(shù)。

做靜特性試驗，轉(zhuǎn)速死區(qū)為 0.0007%，符合國標(biāo)要求。

靜態(tài)檢查及故障模擬正確無誤，機組過速試驗合格。

進行空載擾動試驗，選擇動態(tài)過程穩(wěn)定的調(diào)節(jié)參數(shù)。

自動穩(wěn)定性檢查，在自動情況下測得三分鐘頻率波動的峰谷值為：+0.07Hz—0.06Hz，小于國標(biāo)規(guī)定±0.15%。

自動停機開機試驗觀察開停機過程中導(dǎo)葉、槳葉、頻率的變化過程、開機時間和接力器的全關(guān)時間。

甩負(fù)荷試驗，蝸殼水壓上升率、機組轉(zhuǎn)速上升率、導(dǎo)葉接力器緊急關(guān)閉時間符合設(shè)計規(guī)定。

5 改進與建議

調(diào)速器改造后，在近幾年的運行中，也暴露出部分問題：

5.1 水電站電磁環(huán)境復(fù)雜，該設(shè)備抗干擾能力有待提高

電氣柜內(nèi)的日光燈啟動瞬間對柜內(nèi)電氣元件的工作干擾大，取掉日光燈后，該干擾消除;機旁動力柜低壓斷路器操作時，對蓄能器上的壓力變送器影響明顯，若此時油泵正在運行，出現(xiàn)過油泵失控停運的現(xiàn)象。將油泵的啟停改為壓力開關(guān)控制，壓力變送器只負(fù)責(zé)顯示信號后，油泵工作恢復(fù)正常。

5.2 液壓閥組裝配質(zhì)量有待提高

2號機在運行中出現(xiàn)過導(dǎo)葉開度無法增加的故障，經(jīng)對插裝閥部分解體后，發(fā)現(xiàn)其錐形密封面內(nèi)有長約1.5厘米的O型密封圈殘段，取出后，回裝，導(dǎo)葉調(diào)整正常。

5.3 液壓油溫長期偏高時，溢流閥提前泄油

在水頭變化大，機組長期運行時，液壓油溫偏高，最高可達47℃。此時先導(dǎo)式溢流閥的整定值會向下偏移，油泵提前泄油，工作時間變長;長時間在這個工況下，最終油泵只會連續(xù)運行而上油量不足，機組被迫停機。溢流閥的控制壓力為10MPa，更換為20MPa的同系列型號后，該狀況得到緩解。

6 結(jié)語

經(jīng)過多年的運行實踐，改造后的調(diào)速器動態(tài)性能指標(biāo)、穩(wěn)定性能指標(biāo)符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求。操作簡便，可靠性高，維護調(diào)試方便，并網(wǎng)容易，各功能滿足機組的正常安全運行。