淺談雙反饋定位式調速器在水電廠的應用

夏忠林，肖仰國，楊雙

（貴州黔源電力股份有限公司引子渡分公司，貴州 平壩 561100）

1 調速器的選擇

對水輪機調速而言，水輪機調速器經(jīng)歷了多種形式的發(fā)展和進步。特別是在電氣控制部分采用了數(shù)字技術，構成了“數(shù)字式調速器”，而在機械液壓部分還相對落后。首先，在油壓上，液壓行業(yè)的油壓早就達到了31.5MPa，而大型調速器最高油壓僅為6.3MPa，造成主配壓閥體積龐大、結構復雜、制造困難。

雙反饋調速器系統(tǒng)（如圖1）實質上是一個雙反饋大流量比例閥。系統(tǒng)壓力油和回油都可作為反饋控制源，故為“雙反饋”。一般的比例閥，壓力和通徑均較小，本系統(tǒng)主配通徑可達80mm、100mm、150mm、200mm、250mm，壓力可達31.5MPa，流量和壓力范圍大大提高，為“大流量控制閥”。雙反饋調速器的原理是壓力油口8與功能分選閥13連接，功能分選閥13與比例閥14連接，比例閥14通過單向閥15與兩位六通閥16連接，兩位六通閥16的P口和T口分別與雙反饋定位式大流量控制閥的控制油口10和復中油口5連接；在主油路與控制油路之間連接緊急停機閥組17和21；在比例閥14的兩個控制口經(jīng)液控單向閥15通過兩個串聯(lián)的液壓邏輯閥18a和18b與兩位六通閥16的兩個控制口連接。可將兩條油路接通或隔斷，可實現(xiàn)控制油路和復中油路的自動切換。控制油從P口進，T腔流出。通過原理創(chuàng)新、工藝改進，這種比例閥不僅可以用于水電調速器領域，也可廣泛應用于鋼鐵、冶金、能源、化工等領域的液壓工程應用。

圖1 雙反饋調速器系統(tǒng)

2 雙反饋定位式調速器的優(yōu)點

（1）正常工作靜態(tài)油耗小。以引子渡2號調速器安裝為例，調速器靜態(tài)漏油量實際測量數(shù)據(jù)為4mL/min，遠低于規(guī)程要求值50mL/min，調速器安裝完成后，壓油裝置油泵啟動間隔時間為10h一次，相比以往4h一次油耗大大降低，環(huán)保和節(jié)能方面都大有改善。

（2）調節(jié)精度高。試驗顯示接力器不動時間小于0.12s，主配反應時間0.02s，特別是一洞多機的水電廠一次調頻很難滿足規(guī)定要求，新調速器無論在開度模式下、頻率模式下、功率模式下的一次調頻均符合規(guī)程要求，調節(jié)精度和速率特別突出。

（3）可靠性高。雙反饋定位調速器確保流量放大級活塞的定位及精度，在流量放大級襯套上設計兩個反饋孔，下反饋孔通壓力油，上反饋孔通回油，從而實現(xiàn)“雙饋活塞定位，液壓復中”，達到符合我國國情的具有“自復中”功能的主配壓閥功能，結構簡單新穎獨特，可靠性高。不需要調整流量放大及活塞的機械位置，穩(wěn)態(tài)工作無漂移，成倍提高了可靠性。

（4）調節(jié)速率快。為改善加工工藝，引子渡發(fā)電廠將先導控制級和流量放大級作成兩件，將先導控制部分采用一個不變的標準結構，要改變流量放大級的通油能力，在保證流量放大級壓差面積在ΔS=13～20cm2的條件下，只需改變流量放大級活塞直徑和相應管路的通徑即可。由于將流量放大級活塞和先導控制級活塞分為兩件，減輕了流量放大級活塞重量，提高了流量放大級的頻率響應時間和動態(tài)響應能力。

3 改造后的成果

3.1 調速器特性試驗

按要求規(guī)程，新調速器要進行靜態(tài)特性、空載特性和負荷特性試驗，選擇調速器最優(yōu)化的調節(jié)參數(shù)，使調速器各項指標滿足發(fā)電機需要和電網(wǎng)安全運行的需要。

（1）調速器靜態(tài)特性試驗。將接力器關至0。頻率從50Hz開始每0.3Hz變化一次，使接力器行程單調上升或下降，在導葉接力器行程每次變化穩(wěn)定后，分別繪制頻給升高和降低時的調速器靜態(tài)特性曲線。通過試驗得到調速器控制的水輪機轉速死區(qū)為0.007%，靜態(tài)試驗數(shù)據(jù)滿足要求。

（2）負載特性試驗。機組并網(wǎng)符合穩(wěn)定運行，作負荷擾動，測試調速器負荷擾動性能，調速器特性試驗數(shù)據(jù)是嚴格按照國家標準和行業(yè)規(guī)程進行，通過試驗數(shù)據(jù)，確認調速器動作正常，調速器擾動性能滿足規(guī)程要求。

3.2 一次調頻試驗

根據(jù)發(fā)電機和電網(wǎng)的依存關系，要求充分發(fā)揮發(fā)電機組的一次調頻功能，使發(fā)電機組隨時響應電網(wǎng)功率和頻率的變化，提高整個電網(wǎng)的頻率控制水平和電能質量，確保調速器滿足電廠需要。

一次調頻頻率擾動試驗曲線（如圖2）。

圖2 一次調頻頻率擾動試驗曲線

通過對調速器系統(tǒng)進行測試、調整、參數(shù)選擇和缺陷處理，試驗結果為調速器一次調頻性能滿足系統(tǒng)要求。

3.3 甩負荷試驗

新安裝調速器通過甩負荷試驗測量主機的振動、轉速上升率、水壓上升率、電壓上升率等重要指標，來判定是否滿足調保計算和規(guī)程規(guī)范的要求，通過試驗數(shù)據(jù)設置最優(yōu)工況的參數(shù)，確保調速器滿足生產(chǎn)要求。

試驗數(shù)據(jù)表（如表1）。

表1 試驗數(shù)據(jù)表

甩100%負荷曲線（如圖3）：

圖3 甩100%負荷曲線

通過甩負荷試驗，調速器滿足調保計算及規(guī)程要求，調速器不動時間為0.122s，停機過程中分段關閉拐點及兩段調節(jié)速率均符合調保計算，在機組開機、停機、減負荷等操作過程中，調速器動作正常。

4 結語

雙反饋定位式調速器的控制水平要明顯好于改造前并優(yōu)于國標，采用自復中技術后調速器在控制過程中更精確復中、無漂移，調速器性能更優(yōu)越，使機組安全、穩(wěn)定、高效地運行，滿足電網(wǎng)對調速器控制品質的要求。