張 康，嚴(yán)映峰

（國電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川 漢源 625304）

PFSWT-200-6.3型調(diào)速器在瀑布溝水電站的應(yīng)用

張 康，嚴(yán)映峰

（國電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川 漢源 625304）

介紹了PFSW T-200-6.3水輪機(jī)調(diào)速器在瀑布溝電站的成功應(yīng)用，對該調(diào)速器的整體結(jié)構(gòu)、相關(guān)技術(shù)參數(shù)作了介紹，運(yùn)行過程中存在的問題進(jìn)行分析，并提出了改進(jìn)措施。

調(diào)速器；結(jié)構(gòu)；技術(shù)參數(shù)；問題

0 概述

瀑布溝電站采用了PFSWT型雙比例伺服閥微機(jī)調(diào)速器，針對大中型水輪機(jī)機(jī)組設(shè)計(jì)，額定工作油壓為6.3 MPa。微機(jī)調(diào)節(jié)器由ABB公司提供，比例伺服閥由BOSCH提供，主配壓閥采用GE公司直徑Φ200的FC20000閥，事故配壓閥、純機(jī)械過速保護(hù)裝置、分段關(guān)閉裝置等均為主機(jī)廠東方電機(jī)廠、GE公司供貨。

瀑布溝電站首臺機(jī)組6號機(jī)于2009年12月13日投產(chǎn)發(fā)電，3號機(jī)、4號機(jī)、5號機(jī)相繼投產(chǎn)，運(yùn)行一段時(shí)間后，調(diào)速器出現(xiàn)了一些問題，針對性的采取措施后運(yùn)行基本正常。

1 調(diào)速器的結(jié)構(gòu)和技術(shù)參數(shù)

1.1 總體結(jié)構(gòu)

比例伺服閥微機(jī)調(diào)速器是針對大中型水輪機(jī)機(jī)組設(shè)計(jì)的水輪機(jī)調(diào)速器。從總體結(jié)構(gòu)來看，它主要由電氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)和機(jī)械液壓系統(tǒng)的兩個主要部分組成。見圖1。

圖1 比例伺服閥微機(jī)調(diào)速器

1.2 電氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)

1.2.1 硬件

電氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)由自動調(diào)節(jié)器和手動控制器組成。“自動調(diào)節(jié)”采用ABB公司HPC-AC800M控制器（Ⅰ和Ⅱ），“手動控制”采用ABB公司的PM851A電手動微機(jī)控制器組成，控制軟件由事達(dá)公司和ABB公司共同編制。

HPC-AC800M控制器（Ⅰ和Ⅱ）有相同的硬件配置，包括CPU、應(yīng)用軟件、通訊模塊、頻率測量、開入開出、模入模出、電源；微機(jī)控制器Ⅰ和Ⅱ通過以太網(wǎng)交換狀態(tài)和數(shù)據(jù)，構(gòu)成交叉冗余雙微機(jī)控制器，如圖2。

圖2 控制IT AC800M

PM851A電手動微機(jī)控制器也連接在以太網(wǎng)上，用來控制機(jī)械液壓系統(tǒng)的比例伺服閥A或B工作。

1.2.2 軟件

將各種功能模塊整合、集成，形成各項(xiàng)目統(tǒng)一的功能塊庫，來實(shí)現(xiàn)各種特定功能。程序由各種功能塊搭建而成，十分方便用戶使用。而其工程實(shí)現(xiàn)則非常簡單，在軟件中調(diào)用模塊即可。模塊內(nèi)部包含了各種模擬量運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、PID運(yùn)算，與外部相關(guān)聯(lián)的各輸入、輸出都已經(jīng)引出，開發(fā)、維護(hù)時(shí)需要做的只是將各引腳連接到相應(yīng)的I/O信號上，簡單易用，又減少了出錯的可能。

1.2.3 雙機(jī)冗余控制

無論在“自動調(diào)節(jié)”方式，還是在“手動控制”方式，比例伺服閥A和B都是冗余工作的，其地位是等同的。即在“自動調(diào)節(jié)”方式和“手動控制”方式下，比例伺服閥A和B都是一個工作、另一個備用。

當(dāng)微機(jī)調(diào)節(jié)器選擇比例伺服閥A或B，切換閥也相應(yīng)地使比例伺服閥A或B控制FC主配壓閥。這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)充分利用了比例伺服閥A和B的冗余特性和互為備用的功能，明顯地提高了系統(tǒng)的可靠性。

當(dāng)雙微機(jī)調(diào)節(jié)器均出現(xiàn)部分模塊故障時(shí)，這種交叉冗余控制結(jié)構(gòu)可以容忍兩個單機(jī)的不同名模塊故障情況（容錯），交叉構(gòu)成正常的調(diào)節(jié)器，使調(diào)速器能正常工作，實(shí)現(xiàn)真正的雙機(jī)冗余容錯結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高調(diào)速器的可靠性。

1.3 機(jī)械液壓系統(tǒng)

1.3.1 結(jié)構(gòu)說明

機(jī)械液壓系統(tǒng)包括：雙比例伺服閥、主配壓閥、機(jī)械手動操作機(jī)構(gòu)、緊急停機(jī)閥組、過速限制器、分段關(guān)閉閥以及油壓裝置等。調(diào)速器正常運(yùn)行是比例伺服閥控制回路，兩個并聯(lián)的比例伺服閥互為備用，分別可以用于自動和電手動兩種運(yùn)行方式。調(diào)速器緊急停機(jī)功能是緊急停機(jī)閥組控制回路實(shí)現(xiàn)的，緊急停機(jī)可以手動操作、電動操作；調(diào)速器在機(jī)械柜斷電情況下，能夠自復(fù)中保持當(dāng)前開度；并且在主配自復(fù)中狀態(tài)下，調(diào)速器可以純機(jī)械手動操作開機(jī)和關(guān)機(jī)。

1.3.2 雙比例伺服閥

比例伺服閥是電—液轉(zhuǎn)換器，它是一種電氣控制的引導(dǎo)閥，比例伺服閥的功能是把微機(jī)調(diào)節(jié)器輸出的電氣控制信號轉(zhuǎn)換為與其成比例的流量輸出信號，用于控制帶輔助接力器的液壓控制型主配壓閥。瀑布溝電站采用BOCHS公司提供的比例伺服閥，具有抗油污能力強(qiáng)，可靠性高等特點(diǎn)。

電氣控制信號為4～20 mA。當(dāng)控制信號＞12 mA，閥芯處于開機(jī)位，主配壓閥的控制腔通過此閥接通壓力油，接力器開啟；當(dāng)控制信號＜12 mA，閥芯處于關(guān)機(jī)位，主配壓閥的控制腔通過此閥接通回油，接力器關(guān)閉；當(dāng)控制信號＝12 mA，閥芯處于中間時(shí)，主配壓閥的控制腔關(guān)閉，接力器處于切換前的狀態(tài)；當(dāng)比例伺服閥發(fā)生故障時(shí)，閥芯處于故障位，主配壓閥的控制腔接通回油，接力器關(guān)閉。

正常情況下PLC A套控制比例伺服閥A，PLC B套控制比例伺服閥B，通過切換閥（見圖1）實(shí)現(xiàn)切換比例伺服閥A與B的交叉控制。

1.3.3 主配壓閥

瀑布溝電站采用帶有輔助接力器的、液壓控制式的主配壓閥，與其接口的是比例伺服閥。液壓控制型主配壓閥由閥體、主配壓閥活塞（含輔助接力器）與襯套以及開機(jī)和關(guān)機(jī)時(shí)間調(diào)整螺母等組成。

圖3 主配壓閥結(jié)構(gòu)示意圖

主配壓閥的輔助接力器為差壓式，控制腔（B腔）面積大約等于恒壓腔（A腔）面積的兩倍。來自于濾油器的壓力油一路進(jìn)入FC閥的A腔，產(chǎn)生向右（關(guān)閉方向）推動主活塞的力；另一路進(jìn)入比例伺服閥。比例伺服閥的工作腔連于B腔。

當(dāng)比例伺服閥的工作腔通壓力油時(shí)，壓力油進(jìn)入B腔，由于B腔的面積大于A腔，所以主活塞向左（開啟方向）運(yùn)動，開啟腔窗口打開，接力器向開啟方向運(yùn)動。

同樣可知，當(dāng)比例伺服閥的工作腔通回油時(shí)，B腔通回油，由于A腔始終通有壓力油，所以主活塞向右（關(guān)閉方向）運(yùn)動，關(guān)閉腔窗口打開，接力器向關(guān)閉方向運(yùn)動。

閥芯正好在中位時(shí)，接力器靜止。

主配壓閥內(nèi)部有兩個直線位移傳感器，反饋主活塞的行程，分別給兩個比例伺服閥反饋信號。反饋的信號為±10V。

主閥閥體的左、右端裝有開機(jī)時(shí)間調(diào)整螺釘和第一段關(guān)閉時(shí)間調(diào)整螺母，可限制主配壓閥主活塞的最大行程，起到調(diào)節(jié)主配壓閥的輸出流量，從而，根據(jù)電廠的要求來整定接力器的開機(jī)時(shí)間和第一段關(guān)閉時(shí)間。鎖緊螺母能鎖定開關(guān)機(jī)時(shí)間，保證不變。復(fù)中腔、小活塞以及流道組成了復(fù)中機(jī)構(gòu)，復(fù)中腔連通“斷電自復(fù)中閥”的工作腔，復(fù)中腔或通回油或通壓力油。復(fù)中腔通回油時(shí)，小活塞向右退出，如果此時(shí)主活塞受比例閥控制，則接力器處于自動和電手動運(yùn)行工況；如果此時(shí)主活塞不受比例閥控制，則接力器朝關(guān)機(jī)方向運(yùn)動。復(fù)中腔通壓力油時(shí)，小活塞將主活塞推至中間位置，關(guān)閉主配壓閥的油窗口，這時(shí)接力器停止運(yùn)動主配復(fù)中。主配活塞的中間位置，是由螺母來調(diào)整的。

圖4 主配壓閥工作原理圖

1.3.4 緊急停機(jī)閥組

由兩個電動緊急停機(jī)電磁閥組成，其中一個加裝手動按鈕，便于運(yùn)行人員操作。任意一個緊急停機(jī)電磁閥動作，一方面使復(fù)中機(jī)構(gòu)中的復(fù)中腔通回油，另一方面使急停聯(lián)動閥失壓，這時(shí)主配壓閥控制腔和復(fù)中腔均通回油，接力器關(guān)機(jī)。

1.3.5 過速限制器

過速限制器由事故配壓閥、電磁信號閥組成。電磁信號閥接收電氣過速信號，驅(qū)動事故配壓閥動作，切斷調(diào)速器的控制油路，直接關(guān)閉接力器，保護(hù)機(jī)組的安全。

1.3.6 分段關(guān)閉閥

當(dāng)機(jī)組需要停機(jī)時(shí)，調(diào)速器操作導(dǎo)葉接力器開始進(jìn)入關(guān)機(jī)工況，第一段關(guān)閉較快。當(dāng)接力器關(guān)閉至拐點(diǎn)時(shí)，凸輪使分段關(guān)閉閥油路切換，對接力器的回油量起節(jié)流作用，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的關(guān)閉速度減慢，實(shí)現(xiàn)第二段慢關(guān)閉。另外，瀑布溝電站的2F、4F、6F機(jī)組接力器另設(shè)有節(jié)流孔，實(shí)現(xiàn)第三段慢關(guān)閉。

1.3.7 控制閥組濾油器

雙濾油器，一組工作另一組備用。兩組間切換時(shí)，可確保油路不中斷，調(diào)速器繼續(xù)工作，接力器無擾動。濾芯的濾油精度為：5μm。壓力油從主配壓閥進(jìn)入濾油器，過濾后的油供給比例伺服閥濾油器裝有壓差發(fā)訊器，濾油器前后壓力差值大于0.4 MPa時(shí)，發(fā)出信號，提示運(yùn)維人員切換并清洗濾油器。

1.3.8 油壓裝置

油壓裝置型號：YZ-16/2-6.3，油壓裝置由油泵、組合閥、壓力油罐、靜電油過濾循環(huán)裝置與回油箱組成。油泵共三臺，兩臺大泵，一臺主用，一臺備用，由于主配壓閥漏油過大，另外設(shè)置一臺增壓小泵，在機(jī)組運(yùn)行過程中頻繁運(yùn)行，補(bǔ)充主配漏油。

2 調(diào)速器運(yùn)行中存在的問題及處理

2.1 調(diào)速器溜負(fù)荷

調(diào)速器C套死機(jī)，A、B、C三套之間存在通訊故障，在將調(diào)速器切換到“機(jī)手動”模式后重啟C套后，將調(diào)速器切回C套運(yùn)行，由于C套導(dǎo)葉給定為0，造成機(jī)組溜負(fù)荷。在進(jìn)行了詳細(xì)檢查及試驗(yàn)后，聯(lián)系廠家對此程序已進(jìn)行了修改，PLC重啟后，導(dǎo)葉給定要自動跟蹤當(dāng)前導(dǎo)葉實(shí)際值。

2.2 一次調(diào)頻長期動作

（1）機(jī)組并網(wǎng)后，當(dāng)測頻差值大于0.05 Hz，只延時(shí)0.1 s一次調(diào)頻就動作，將延時(shí)改到0.5 s后運(yùn)行正常。

（2）A套在主用，測頻模塊故障，造成頻率在30～48 Hz之間波動，造成一次調(diào)頻長期動作，監(jiān)控?zé)o法調(diào)整負(fù)荷。更換測頻模塊后正常。

2.3 調(diào)速器透平油溫度過高

某機(jī)組主配壓閥油口在調(diào)試過程中受到損傷，致使漏油量增大。現(xiàn)場試驗(yàn)，主配壓閥漏油量約50 L/min，超過了廠家提供的主配壓閥漏油量為12 L/min的性能指標(biāo)。油泵頻繁啟動，油溫升高，透平油粘度下降，增大了主配壓閥的漏油量，形成惡性循環(huán)。

更換調(diào)速器主配壓閥。經(jīng)過試驗(yàn)，調(diào)速器切電手動，主配漏油量約7 L/min。

2.4 油壓裝置油質(zhì)較差

新機(jī)組投產(chǎn)后各部件磨合過程中會有一定的鐵屑等雜質(zhì)產(chǎn)生，此外未投產(chǎn)機(jī)組在施工過程中產(chǎn)生大量粉塵和焊灰，在此情況下由于油中的雜質(zhì)多造成某些部件發(fā)卡或油路不暢會造成搶、溜負(fù)荷現(xiàn)象。在回油箱中部設(shè)置濾網(wǎng)，將調(diào)速器回油與油泵進(jìn)油口隔開，回油箱設(shè)置的旁路濾油設(shè)備，半個月或一個月循環(huán)濾油一次，去除回油箱中的微型雜質(zhì)，清潔油質(zhì)，保證油泵泵入壓力罐的油質(zhì)精度在20μm左右。待全部機(jī)組投產(chǎn)后再酌情延長循環(huán)濾油周期。

3 結(jié)束語

瀑布溝電站比例伺服閥微機(jī)調(diào)速器自2009年12月投產(chǎn)時(shí)經(jīng)過現(xiàn)場的一系列試驗(yàn)，順利通過帶負(fù)荷運(yùn)行，其各項(xiàng)性能指標(biāo)基本符合標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)要求。從近一年的運(yùn)行情況看，調(diào)速器運(yùn)行良好，性能穩(wěn)定。但是控制程序有一些小的缺陷，還有待運(yùn)行中完善。

TK730.41

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1672-5387（2010）06-0053-03

2010-10-08

張康（1983-），男，助理工程師，從事水電廠運(yùn)行維護(hù)工作。