百色水利樞紐#3機調速器改造

唐 力，王一娟

（廣西右江水利開發有限責任公司，廣西 百色 533000）

0 引言

百色水利樞紐位于廣西壯族自治區百色市的郁江上游右江河段上，電廠設計有4 臺裝機容量135 MW的混流式機組。電廠舊有的調速器系統及其油壓裝置是福伊特西門子公司生產的VDG/VGC 511型數字調速器，機械液壓部分采用機械柜、回油箱合一的方案[1]。其中#3 機組自2007 年正式投運以來，已使用超過12年，出現設備老化現象。

1 調速器系統存在的問題

機組調速器自投產以來，運行穩定可靠，但是仍存在以下問題:①電調柜為單通道控制，無法保障控制器突發故障情況下機組的正常運行；②比例伺服閥內滑閥的刃邊磨損和閥芯徑向磨損，增加了比例伺服閥的零位泄露[2]。導致主配壓閥的零位不穩，最終使得壓力油泵啟動頻繁；③電子元氣件老化；④交互界面為按鍵輸入的液晶屏，屬于較落后的技術；⑤產品升級換代后新配件與原系統不兼容，且備品昂貴，供貨周期長。

2 改造的基本原則

改造的目的是解決目前設備存在的缺陷，并盡可能降低設備的維護成本，保證設備運行的可靠性和經濟性。要求產品應具備但不僅限于一般調速器所的所有基礎功能，所有性能指標優于國標及行標要求。

（1）滿足設備自動控制的要求。能夠保證水輪發電機組穩定運行于空載、發電、調峰、停機和手動等工況，及時響應計算機監控系統的指令和正確及時反饋相應信息，保證水輪發電機組能迅速開機、停機、并網及增減負荷。

（2）提升設備的可靠性。增加備用控制通道以及機械手動功能，并保證設備的手、自動運行方式任意無擾動切換，切換時運行穩定。

（3）提升設備交互體驗。令設備具有更友好的人機界面，同時集成調速器性能測試、維護軟件。

（4）能有效降低設備用油量和壓力油泵啟停間隔時間。液壓系統密封可靠，靜態密封無滲漏，動態密封可靠。調速器液壓傳動部件動作靈活，活塞動作靈活，無卡阻，死區小，閥體及活塞加工質量滿足國標要求。

3 改造方案

3.1 電調柜改造

改造后的設備為東方電機HGS-E 型調速器電氣柜。

新的電調柜為A、B兩套冗余控制通道，兩套控制通道能夠同時接收外部信號和處理數據，同時通過高速數據交換口進行數據交換。備用通道自動同步主用通道的數據，通道之間能夠無擾動切換。柜內配備電手操綜合控制模塊，作為PCC失效時的應急通道。

增加了備用的接力器位置傳感器和機械手動功能，當主用接力器位置反饋故障時，調速器自動切至備用接力其位置反饋信號，若主備用同時發生故障，則切至機械手動運行。控制通道依據不同的切換調節模式，具體調節原理框圖見圖1。

圖1 調速器調節原理框圖

新系統人機交互裝置為菲尼克斯BL_PPC15_1000 工控機，觸摸屏控制，人機交互界面為中文圖形用戶界面，操作更為簡便。具有實時事件登錄功能，能夠進行事件錄波和輔助分析及故障追憶，能進行故障自診斷，實時監視各組成部分，顯示故障原因和實時記錄數據。

3.2 機械部分改造

改造了設備的主配壓閥，事故配壓閥、分段關閉閥、緊急停機電磁閥及伺服比例閥，增加了手自動切換電磁閥及導葉手動操作閥。

在舊有的機械柜/回油箱一體柜上進行改造，根據新主閥設備對現場基礎架進行切割配孔，將新主閥設備安裝固定，并根據系統圖及管路圖進行現場配管作業。新的機械部分系統構成見圖2。

圖2 調速器機械部分系統框圖

4 改造后進行的試驗

調速器改造后，為了保證機組安全穩定運行，依照相關標準[3]，測試調速器改造后各項性能指標是否滿足要求，進行以下試驗。

4.1 原動機及調節系統參數實測與建模試驗

為檢驗發電機組控制方式及調節特性，實現電網的穩定性計算與分析，對機組調速器進行原動機及調節系統參數實測時間，建立相關數學模型。

通過模型參數辨識，確認新調速器的永態轉差系數，人工轉速死區，空載和并網工況下的PID控制參數等，設定值與實際值誤差在標準允許范圍內。同時通過試驗計算得到了接力器反應時間常數和開度死區。通過執行機構小階躍試驗辨識得到電液伺服系統的模型并校驗參數準確，同時通過機組頻率擾動試驗辨識得到水流時間常數。具體結果如表1所示。

序號1 2 3 4項目名稱接力器反應時間常數Ty開方向開度死區Yx/%關方向開度死區Yx/%水流慣性時間常數/s實測指標0.099 0.05 0.05 1.80

最后通過增減負荷試驗檢驗了調速器調節負荷的能力。根據試驗結果擬合有功及導葉開度的關系，得到結果，當機組出力在20 MW至110 MW區間時，有功與開度的關系可以表示為：

y=2.1 705x-40.49

R2=0.9 948

其中y 表示有功，x 表示開度，R2表示擬和曲線決定系數。

當機組出力在110 MW至130 MW區間時，有功與開度的關系可以表示為：

y=0.9 862x+41.394

R2=0.9 793

4.2 調速器改造后交接試驗

交接試驗內容包括導葉開啟和關閉時間測定，調速器靜特性試驗及永態轉差系數校核，故障模擬和控制切換試驗，自動開機試驗，空載試驗和甩負荷試驗。

導葉開啟和關閉時間測定得到，導葉全開時間為9.6 s；導葉分段關閉的第一段關閉時間為4.25 s，對應拐點為50.8%，第二段關閉時間為7.16 s，測試結果滿足調保計算要求，其余試驗結果如表2所示。其中TSr表示至額定轉速時消耗時間，T0.8表示至80%轉速時消耗時間，Tq表示接力器不動時間。

序號123 4 5項目名稱靜態特性轉速死區靜特性曲線線性誤差自動開機空載擺動3 min國標要求≤0.02%≤5.0%≤5手動≤0.2%自動≤0.15%甩25%負荷接力器不動時間實測指標最大：0.016%最大：0.003%Tsr/T0.8=3.37手動：0.101A套自動：0.137 B套自動：0.109 A套：0.12 s B套：0.14 s Tq≤0.20 s

4.3 一次調頻試驗

進行了機組一次調頻人工死區驗證，調速器人工死區設為0.049 Hz時，試驗結果滿足“一次調頻的頻率死區不大于±0.05 Hz”的要求。

在仿真階躍給定±0.10、±0.15、±0.20 Hz 的情況下，#3機組調速器系統一次調頻負荷響應滯后時間小于3 s。機組在電網頻率一次調頻死區開始的60 s內，實際出力達到穩定值，滿足規范要求。

檢查了一次調頻的限制功能及一次調頻與監控系統AGC配合的邏輯，試驗結果證明限制功能正常，與AGC配合的邏輯與設計一致。

5 結語

改造試運行時，在機組出力為固定負荷的狀態下，#3 機組壓力油泵啟停間隔由原來的20～30 min延長至50～60 min。試運行結果表明，改造工作減輕了閥組內漏的現象，壓力油泵啟動的間隔時間明顯增加，能夠有效延長油泵及調速器油使用壽命。

同時，經過此次全面改造，百色水利樞紐#3 機組調速器更新了設備，解決了調速器運行中出現的其他缺陷，提升了設備的可靠性和使用的便利性。