黃河小峽水電站57.5MW機組調速系統技術改造淺析

國投甘肅小三峽發電有限公司 甘肅 蘭州 730070

引言

小峽水電站位于甘肅省蘭州市皋蘭縣境內黃河干流上，距蘭州市35km，下游距大峽水電站29km。小峽電站主要任務為發電，水庫正常蓄水水位1499m，最大壩高50.7m，總庫容4800萬m3，為日調節水庫。電站裝機容量230MW，保證出力93MW，年發電量9.56億kW·h，工程規模屬三等中型工程，樞紐為河床式廠房，壩型為砼重力壩，樞紐前沿總長249m，廠內安裝四臺單機容量57.5MW的軸流轉槳式水輪發電機組[1]。

1 原調速系統存在的主要缺陷及改造理由

（1）隨著使用年限的增長，設備逐漸老化，設備故障率明顯增高，重要部件備品采購困難，嚴重影響機組安全生產運行。

（2）調速器電柜觸摸屏多次出現死機情況，迫使停機處理，影響公司經濟效益，也給維護人員增加了很多工作量。

（3）導、槳葉開度傳感器故障率較高，影響調節效果，對機組運行造成影響。

（4）控制柜人機界面較陳舊，無對應工具軟件，維護困難。

（5）調速系統無法很好地滿足調度一次調頻的要求。

為了進一步提高電站自動化水平和達到調度要求的一次調頻精度，并滿足電站以及電網自動化水平要求，須對調速系統進行技術改造。

2 新調速系統的主要技術參數

微機調節器部分采用了貝加萊公司的X20控制器為核心，機械液壓部分選用BOSCH公司的比例伺服閥作為電液轉換單元ZFL-150/S作為導葉主配壓閥，ZFL-150/S作為槳葉主配壓閥，電源、控制模塊、傳感器、電液轉換等全部采用了雙冗余配置，且采用了第三方智能切換單元作為仲裁判斷，軟件部分則采用了改進型并聯PID算法、雙微分算法等成熟方案[2]。

3 改造后的相關試驗

3.1 準備工作

采用華中科技大學制造的GOHT07水輪機調速系統仿真測試儀配合調速系統試驗，將導葉主接行程及槳葉主接行程，機組頻率等量接入仿真測試儀，對通道進行逐一率定后，試驗準備工作結束。

3.2 模擬量定位

在電柜人機界面選擇設置窗，輸入試驗密碼，選擇A套，進入定位試驗界面，設置系統參數，設置完成后，返回。記錄數據如下：

試驗結果：

3.3 導葉副環試驗

目的：①檢查閉環控制中輸出電壓與電液伺服閥配合是否適當；②確定導葉副環控制的比例、積分死區、穩零輸出等參數。

方法：選擇設置窗，輸入試驗密碼，選擇A套，進入導葉副環擾動界面，設置導葉副環KP，積分死區參數。進行階躍擾動。

結果：導葉閉環控制穩定，功放和電液伺服閥匹配良好。

選定最佳參數為：比例增益：8 積分死區：5。

3.4 槳葉副環試驗

目的：①檢查閉環控制中輸出電壓與電液伺服閥配合是否適當；②確定槳葉副環控制的比例、積分死區、穩零輸出等參數。

方法：選擇設置窗，輸入試驗密碼，選擇A套，進入槳葉副環擾動界面，設置槳葉副環Kp、Ki，積分死區參數。進行階躍擾動。

結果：槳葉閉環控制穩定，功放和電液伺服閥匹配良好[3]。

選定最佳參數為：比例增益：12 積分死區：8。

3.5 靜特性試驗

目的：測量調速器的靜態特性關系曲線，求取調速器的轉速死區。

方法：模擬機組進入并網工況，參數整定逐步變化頻率反饋（從大到小），讓接力器從關到開方向慢慢運動，穩定后記錄當前頻率和接力器百分值，結束后，再反方向變化頻率反饋，穩定后記錄當前頻率和接力器數據。

結果：試驗后經計算，轉速死區為0.005%，符合國標中對靜特性轉速死區的要求（國標為4/萬分）。

3.6 空載擾動試驗

目的：

（1）觀察機組空載時調速器的穩定性與各項調節指標。

（2）選擇較好的調節參數（Kp、Ki、Kd），使調節器品質達到最佳。

方法：

（1）首先手動將機組開啟到空載，待機組轉速接近額定后，然后選擇空載擾動試驗。

（2）選取不同的Kp、Ki、Kd參數，輸入不同頻率階躍，進行空載擾動試驗，根據計算機記錄的動態調節過程曲線，選擇動態過程穩定的最佳的Kp、Ki、Kd參數。

（3）最后將最佳參數寫入A套。

結果：最佳參數選定為：Kp=5，Ki=0.2，Kd=2。動態穩定性優于國標要求和有關規定。

3.7 調速系統甩負荷試驗

目的：檢驗機組在突甩負荷情況下，調速器的速動性及其動態調節品質，記錄動態過渡過程，測定調節時間，振蕩次數、不動時間等指標[4]。

結果：試驗結果均符合國標要求。

4 結束語

小峽水電站調速系統自投運以來，系統技術先進，功能齊全，優化了機組運行工況，增強了機組適應一次調頻能力，為小峽水電站的安全、穩定、經濟運行做出了積極的貢獻，也可為類似電站調速器技術改造提供相關經驗。