馬向陽 金華市沙畈水庫管理處

PLC可編程控制器在沙畈電廠調(diào)速器系統(tǒng)更新改造中的應用

馬向陽 金華市沙畈水庫管理處

分析了沙畈電廠調(diào)速器改造的必要性和改造后取得的效果，介紹了改造后采用的杭州三和電控設備有限公司生產(chǎn)的YWT系列可編程微機調(diào)速器的主要功能特點及構成。

可編程控制器；調(diào)速器；步進電機；電氣

1、調(diào)速器改造的必要性

水輪機調(diào)速器直接擔負著控制水輪發(fā)電機組開機、停機、空載運行、增減負荷等工作，是水電站的重要設備，其工作性能的好壞直接影響著水輪發(fā)電機組乃至電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。隨著電網(wǎng)的不斷擴大，電力用戶對電能質(zhì)量的要求不斷提高，傳統(tǒng)的電液調(diào)速器已難以勝任機組穩(wěn)定運行的需要。

浙江金華沙畈電廠建于1996年，裝有2×5000KW混流式水輪發(fā)電機組，是金華電網(wǎng)主要調(diào)峰電廠，也是金華電網(wǎng)的默認啟動電源之一，對金華電網(wǎng)的穩(wěn)定運行發(fā)揮著重要作用。調(diào)速器改造前采用原杭州發(fā)電設備廠生產(chǎn)的HFYDT—3000型號電液調(diào)速器，該調(diào)速器運行十多年來，各種故障日趨增多，存在電液伺服閥經(jīng)常卡澀，動態(tài)特性差，調(diào)節(jié)頻繁導致并網(wǎng)速度慢等諸多毛病，已越來越不能滿足電廠安全生產(chǎn)的需要。PLC可編程微機調(diào)速器具有技術性強、可靠性高、穩(wěn)定性好、速動性好、操作簡單和維護方便等優(yōu)點，在電站得到了廣泛的應用。為了電廠更安全可靠運行，結(jié)合電廠實際情況，調(diào)速器改造采用目前先進的杭州三和電控設備有限公司生產(chǎn)的YWT-1800微機調(diào)速器。

2、YWT系列步進式可編程微機調(diào)速器的功能特點

各項動態(tài)和靜態(tài)品質(zhì)，所有性能指標均達到或超過國家標準GB9652-97中要求。

機械液壓系統(tǒng)采用日本RORZE公司的步進電機控制，結(jié)構簡單，工作可靠，耗油量小，對油的要求低，徹底改變了以往電液調(diào)速器的電液轉(zhuǎn)換器容易卡阻的缺點，可達到基本免維護功能。

并網(wǎng)前機組自動跟蹤電網(wǎng)頻率，能使機組頻率迅速達到同期要求。若網(wǎng)頻故障則自動切換到頻率給定開機。

機械手動運行時，微機調(diào)速器輸出自動跟蹤導葉開度，可隨時無擾動地切換至自動狀態(tài)。自動運行狀態(tài)也可隨時無擾動地切換至手動狀態(tài)。

設有上位機通訊接口（R S 485Modbus RTU）,以實現(xiàn)全廠的計算機監(jiān)控管理，可滿足電站無人或少人值班。

具有在線故障自診斷功能，對頻率測量、開度測量等故障具有智能容錯功能。

采用交直流供電，在廠用交流點消失時，能保持機組運行工況并發(fā)出報警信號。

采用可靠性極高的可編程（PLC），抗干擾能力強，所有I/O接口均采用光電隔離，能適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境。

本微機調(diào)節(jié)器采用Easyview的觸摸屏（簡稱PT）作為操作和顯示平臺，PT是集圖像顯示和觸摸鍵于一體的操作終端，它可以替代以往調(diào)速器上所有的表計、指示燈、按鍵等元件。通過它方便地觀察機組的各種運行工況，設置參數(shù)和操作調(diào)速器。

3、電氣部分的構成及基本功能

YWT系列步進式可編程微機調(diào)速器其PLC采用德國SIEMENS公司生產(chǎn)的先進的S7-200系列為其控制硬件主體，并采用了Easyview的觸摸屏作為該調(diào)速器的主要操作和顯示平臺，使該調(diào)速器具備了完善的調(diào)節(jié)控制功能和友好的人機界面。

3.1 PLC單元簡介

YWT系列步進式可編程微機調(diào)速器采用S7-CPU224XP作為其CPU單元，它的工作電源為DC24V。該CPU單元本身帶有14點開關量輸入和10點開關量輸出，以及兩路模擬量輸入和一路模擬量輸出。另完外它還有一路RS485通訊端口與觸摸屏通訊。

PLC的開關量輸入部分用來采集開機、停機、油開關、功率增、功率減等外部開關量指令和狀態(tài)信號。PLC的開關量輸出部分用來輸出步進電機控制、手自動切換、電氣故障等開關量信號。PLC的模擬量輸入部分用來采集0～10（0～20MA）的導葉開度、水頭、機組有功功率等模擬信號，將這些模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量供給CPU單元進行運算及控制。

3.2 電源和信號變換單元

電源和信號變換單元包含電源變換和信號變換這兩個主要功能。

電源變換功能是用來實現(xiàn)雙路開關電源輸出的DC24V電源的熱備用切換，以及通過DC-DC變換器將DC24V電源轉(zhuǎn)換為+5V（供信號變換部分使用）和10～24V可調(diào)電源供導葉反饋電位器使用。

信號變換功能是用來將機端PT來的機組頻率信號和由系統(tǒng)PT來的電網(wǎng)頻率信號，經(jīng)濾波、整形、分頻后輸入到PLC，由PLC實現(xiàn)軟件數(shù)字測頻。

3.3 步進電機和步進電機驅(qū)動器

YWT系列調(diào)速器采用日本RORZE公司的步進電機和步進電機驅(qū)動器作為電-位移轉(zhuǎn)換器，步進電機驅(qū)動器接收來自PLC的步進電機控制脈沖及方向信號，通過其內(nèi)部CPU運算和電流放大從而控制步進電機正反轉(zhuǎn)。步進電機通過與其相連的滾珠絲桿將旋轉(zhuǎn)的角度量轉(zhuǎn)換為位移量，從而實現(xiàn)電-位移轉(zhuǎn)換。

3.4 觸摸屏

YWT系列調(diào)速器采用臺灣Easyview觸摸屏，觸摸屏通過通訊與PLC連接，顯示調(diào)速器和機組的主要參數(shù)及運行狀態(tài)。通過觸摸屏可方便地修改整定調(diào)速器的各調(diào)節(jié)參數(shù)，并把修改后的參數(shù)傳送給PLC保存并記憶。

3.5 電源系統(tǒng)

YWT系列調(diào)速器的電源系統(tǒng)有交流空氣開關和兩個開關電源組成。廠用交流電源和廠用直流電源分別通過一個開關電源變換為兩路DC24V電源，再通過電源和信號變換單元實現(xiàn)雙路DC24V電源的熱備用切換。PLC、觸摸屏、步進電機驅(qū)動器均采用DC24V供電。

4、機械液壓部分的構成及基本功能

4.1 步進式電液隨動系統(tǒng)

YWT系列步進式可編程微機調(diào)速器電液隨動系統(tǒng)由步進電機、滾珠絲桿（起中間接力器作用）、主配壓閥組件、回復機構、反饋電位器、主接力器等組成。

步進式電液隨動系統(tǒng)的工作原理如下：

PLC輸出的位置信號YOUT與起中間接力器作用的步進電機的位置反饋信號YIN在PLC內(nèi)進行比較運算結(jié)果為△Y，由PLC輸出一個頻率與△Y成正比脈沖通過步進電機驅(qū)動器去驅(qū)動步進電機。

當△Y為負時，步進電機帶動滾珠絲桿順時針轉(zhuǎn)動，通過杠桿傳遞，使引導閥針塞離開中間位置向上移動一段距離△I。此時，輔助接力器活塞上腔通排油，由于主配壓閥活塞受向上差壓力的作用，所以輔助接力器活塞和主配壓閥活塞同時向上移動△I，使輔助接力器活塞上腔關閉。同時，主配壓閥襯套上窗口與壓力油聯(lián)體通，下窗口與回油聯(lián)通，主配壓閥向接力器關閉腔配壓力油，接力器活塞向關閉方向移動，同時帶動回復機構運動，通過桿桿傳遞，使引導閥針塞向下移動一段距離△I，回到中間位置，此時輔助接力器活塞上腔通壓力油，在壓力油的作用下輔助接力器活塞和主配壓閥活塞向下移動△I回到中間位置，完成一次調(diào)節(jié)。

當△Y為正時，步進電機帶動滾珠絲桿逆時針轉(zhuǎn)動，各零件運動方向與上述相反。

當緊急停機電磁閥動作后，輔助接力器活塞上腔通過單向閥接通排油，主配壓閥活塞受差壓力的作用向上移動，主配壓閥向接力器關閉腔配壓力油，接力器活塞向關閉方向移動。

開機時間調(diào)節(jié)螺母和關機時間調(diào)節(jié)螺母可分別限制輔助接力器活塞和主配壓閥活塞向上或向下的行程，以改變主配壓閥窗口開口的大小，調(diào)節(jié)開關機時間。

4.2 油壓裝置

YWT系列調(diào)速器的油壓裝置由回油箱、壓力油罐、螺桿泵、油泵電機、安全閥、補氣閥、中間油罐、單向閥、接點壓力表等主要部件構成。

5、結(jié)束語

水輪機調(diào)速器目前已屬于機電一體化的高科技產(chǎn)品，它將隨著微機技術、液壓技術和自動控制理論發(fā)展而不斷推陳出新。YWT-1800型調(diào)速器自投運以來，提高了電廠機組的自動化水平，運行可靠性高，故障率明顯下降；調(diào)節(jié)靈敏度、準確度提高，從開機到空載穩(wěn)定時間縮短大約一半，提高了并網(wǎng)速度，機組運行也更加穩(wěn)定；由于采用Easyview的觸摸屏顯示大大方便了運行人員操作，各種數(shù)據(jù)運行人員可直接讀?。徊竭M電機耗油量小、抗污力強，減少了油泵的啟動次數(shù)，基本可以做到免維護。