魏書海

（黑龍江省依蘭晨光發(fā)電廠，哈爾濱 154800）

晨光發(fā)電廠始建于1975年，投產(chǎn)于1983年。水電站使用的ST-100機(jī)械液壓調(diào)速器，受當(dāng)時(shí)技術(shù)、制造條件的限制，自身存在著較多缺陷，例如機(jī)械機(jī)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)整困難；機(jī)柜內(nèi)部傳遞杠桿較多，造成死區(qū)較大、不易維修；油管路明管較多，漏油量大，等等。經(jīng)過30多年的運(yùn)行，該調(diào)速器的可靠性已大為降低，滿足不了并網(wǎng)對(duì)頻率的要求和佳木斯電網(wǎng)黑啟動(dòng)電源點(diǎn)的要求，直接影響發(fā)電和安全生產(chǎn)，而且附屬設(shè)備老化嚴(yán)重，其中調(diào)速器漏油最為突出，油壓裝置15分鐘啟動(dòng)一次，廠用電損耗大。因此，需要對(duì)該調(diào)速器進(jìn)行更新改造。

1 改造方案

為徹底解決調(diào)速系統(tǒng)存在的問題，保證機(jī)組的安全運(yùn)行，通過調(diào)研，根據(jù)水電站的具體情況，將2號(hào)、4號(hào)和5號(hào)轉(zhuǎn)漿機(jī)組的調(diào)速器更新為ZFST-100型數(shù)字閥PCC智能調(diào)速器，將1號(hào)和3號(hào)定漿機(jī)組的調(diào)速器更新為ZFT-100型數(shù)字閥PCC智能調(diào)速器，將油壓裝置中的安全閥、逆止閥改造為組合閥，保留原調(diào)速器基礎(chǔ)座部分。電氣部分以PCC可編程計(jì)算機(jī)控制器為硬件主體，軟件采用高級(jí)語言編程，整體采用最先進(jìn)的、獨(dú)特的控制技術(shù)——導(dǎo)葉部分采用數(shù)字閥控制，槳葉部分采用先導(dǎo)式比例閥控制，組成數(shù)字閥PCC智能調(diào)速器。

控制器采用奧地利貝加萊可編程計(jì)算機(jī)控制器（PCC）。PCC采用全新的控制理念，面向控制過程，充分發(fā)揮PCC多任務(wù)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)某一任務(wù)在等待時(shí)，其它任務(wù)仍可繼續(xù)執(zhí)行。PCC（CPU模塊CP476）的大內(nèi)存、高速度為智能型調(diào)速器提供了資源保證，能自動(dòng)識(shí)別電網(wǎng)的性質(zhì)，并自動(dòng)適應(yīng)電站的各種特殊運(yùn)行方式，如孤網(wǎng)運(yùn)行，由大電網(wǎng)解列為小電網(wǎng)運(yùn)行的突變負(fù)荷等特殊情況，均可保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。PCC的平均無故障時(shí)間高達(dá)50萬小時(shí)。人機(jī)對(duì)話采用觸摸屏技術(shù)。

機(jī)械液壓系統(tǒng)采用最先進(jìn)、獨(dú)特的控制技術(shù)，即導(dǎo)葉部分采用數(shù)字閥控制，槳葉部分采用先導(dǎo)式比例閥控制，組成數(shù)字閥智能調(diào)速器。數(shù)字閥全面替代傳統(tǒng)的電液轉(zhuǎn)換器和主配壓閥，顯著降低對(duì)油質(zhì)的要求，從根本上解決了傳統(tǒng)調(diào)速器電液轉(zhuǎn)換元件由于油污造成的發(fā)卡弊病。數(shù)字閥集成塊直接與接力器相連，無明油管路，大幅度減少漏損和油壓損失，提高油壓利用率。

機(jī)械液壓部分的主要功能是將電子調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)成比例地轉(zhuǎn)換成接力器的位移，以控制導(dǎo)水機(jī)構(gòu)和槳葉執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它是調(diào)速器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，要精確地控制它，就必須采用閉環(huán)控制。該型調(diào)速器無傳遞杠桿系統(tǒng)，取消機(jī)械反饋，采用電氣反饋，使機(jī)柜內(nèi)部布置簡(jiǎn)潔明快，增大檢修空間。反映導(dǎo)葉接力器位置的位移式傳感器選用線繞精密直線電位器作為調(diào)速器開度反饋傳感器，完全克服了傳統(tǒng)電位器使用壽命短、精度低、溫漂大的缺陷，并配有防水連接器，具有良好的防潮性能、抗油污能力和良好的線性度。由于取消了機(jī)械反饋，主接力器很好地參與到調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)中，整個(gè)系統(tǒng)形成一個(gè)閉環(huán)伺服系統(tǒng)，消除了由于杠桿系統(tǒng)造成的調(diào)速器的死區(qū)，而且頻響快，提高了調(diào)速器的靈敏度和速動(dòng)性，使得該型調(diào)速器可以很好地?fù)?dān)負(fù)起機(jī)組調(diào)頻的任務(wù)。

圖1 數(shù)字閥結(jié)構(gòu)示意圖

數(shù)字閥結(jié)構(gòu)如圖1所示。數(shù)字閥高度集成組合，結(jié)構(gòu)緊湊，標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化程度高，可實(shí)現(xiàn)無泄漏控制，且具有高油壓、大流量、低液阻、系統(tǒng)效率高等傳統(tǒng)調(diào)速器無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。由于數(shù)字閥技術(shù)是采用高速電磁閥為先導(dǎo)閥，以插裝閥為主閥，只有通/斷兩種狀態(tài)，而且數(shù)字閥采用錐閥密封形式，可以保證在31.5MPa下無泄漏；在測(cè)頻信號(hào)消失及斷電等情況下，可將故障鎖定；可實(shí)現(xiàn)快速開啟與關(guān)閉，并可靈活地對(duì)開/關(guān)進(jìn)行控制。因此，數(shù)字閥智能調(diào)速器的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)品質(zhì)極為優(yōu)良。

實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通訊，以便實(shí)現(xiàn)水電站無人值班少人值守，整體提升機(jī)組自動(dòng)化水平。采用數(shù)字協(xié)聯(lián)方式， 漿葉隨動(dòng)系統(tǒng)準(zhǔn)確度高。

2 數(shù)字閥智能調(diào)速器的運(yùn)行試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)條件及方法

1）手動(dòng)空載頻率擺動(dòng)值測(cè)定

試驗(yàn)條件：手動(dòng)方式空載工況，機(jī)組以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。

試驗(yàn)方法：記錄機(jī)組3min的頻率擺動(dòng)情況，在觸摸屏上讀取有大致固定周期的頻率擺動(dòng)幅值。重復(fù)三次，取其平均值。

2）自動(dòng)空載頻率擺動(dòng)值測(cè)定

試驗(yàn)條件：自動(dòng)方式空載工況，機(jī)組以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。

試驗(yàn)方法：記錄機(jī)組3min的頻率擺動(dòng)情況，在觸摸屏上讀取有大致固定周期的頻率擺動(dòng)幅值。重復(fù)三次，取其平均值。

3）甩25%額定負(fù)荷試驗(yàn)

試驗(yàn)條件：調(diào)速器處于自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，機(jī)組已并網(wǎng)，帶25%額定負(fù)荷。

試驗(yàn)方法：斷開機(jī)組斷路器，記錄機(jī)組轉(zhuǎn)速、接力器行程和發(fā)電機(jī)定子電流。從示波圖上直接求出以發(fā)電機(jī)定子電流消失為起始點(diǎn)，到接力器開始運(yùn)動(dòng)為止的接力器不動(dòng)時(shí)間tq。

4）甩100%額定負(fù)荷試驗(yàn)

試驗(yàn)條件：調(diào)速器處于自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，機(jī)組已并網(wǎng)，帶100%額定負(fù)荷。

試驗(yàn)方法：斷開機(jī)組斷路器，記錄機(jī)組轉(zhuǎn)速、導(dǎo)葉的接力器行程以及發(fā)電機(jī)定子電流等參數(shù)的過渡過程。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

1）空載頻率擺動(dòng)值測(cè)定試驗(yàn)結(jié)果列于表1。通過計(jì)算得出手動(dòng)空載頻率擺動(dòng)的平均值為±0.16%，優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)手動(dòng)空載頻率擺動(dòng)值不超過±0.2%的要求。

表1 手動(dòng)空載擺動(dòng)試驗(yàn)記錄表

2）自動(dòng)空載頻率擺動(dòng)值測(cè)定試驗(yàn)結(jié)果列于表2。通過計(jì)算得出自動(dòng)空載頻率擺動(dòng)的平均值為±0.07% ，優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)空載擺動(dòng)值不超過±0.15%的要求。由于PCC具有很高的測(cè)頻精度，加之?dāng)?shù)字閥隨動(dòng)系統(tǒng)的死區(qū)很小，使得該型調(diào)速器可以達(dá)到優(yōu)良的調(diào)節(jié)品質(zhì)。

表2 自動(dòng)空載擺動(dòng)試驗(yàn)記錄表

3）甩25%額定負(fù)荷試驗(yàn)的錄波圖顯示的接力器不動(dòng)時(shí)間為0.18s，優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)接力器不動(dòng)時(shí)間不超過0.2s的要求，說明數(shù)字閥PCC調(diào)速器具有很高的靈敏度。

4）甩100%額定負(fù)荷試驗(yàn)的錄波圖顯示，轉(zhuǎn)速最大上升為額定轉(zhuǎn)速的132.9%，超過3%額定轉(zhuǎn)速的波峰次數(shù)為1次，從接力器第一次向開啟方向移動(dòng)起，到機(jī)組轉(zhuǎn)速擺動(dòng)值不超過±0.5%為止所經(jīng)歷的時(shí)間為28s，所有指標(biāo)均優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)的相應(yīng)要求。數(shù)字閥PCC調(diào)速器具有很高靈敏度，甩負(fù)荷時(shí)微關(guān)閥和快關(guān)閥同時(shí)動(dòng)作，使得轉(zhuǎn)速最大上升值不至于太高。當(dāng)導(dǎo)葉開度接近空載開度時(shí)，快關(guān)閥退出，使得導(dǎo)葉開度不至于關(guān)得太小。之后導(dǎo)葉開度由PID計(jì)算出的數(shù)值決定，從而使得水輪發(fā)電機(jī)組可以在最短的調(diào)節(jié)時(shí)間內(nèi)，以最少的調(diào)節(jié)次數(shù)穩(wěn)定在額定轉(zhuǎn)速。

3 應(yīng)用效果

1）數(shù)字閥智能調(diào)速器不漏油，定漿機(jī)組壓油裝置6h啟動(dòng)1次，轉(zhuǎn)漿機(jī)組2h啟動(dòng)1次，合計(jì)年節(jié)省廠用電10萬kWh。

2）年增加發(fā)電量200萬kWh。2號(hào)、4號(hào)和5號(hào)轉(zhuǎn)漿機(jī)組原來受調(diào)速死區(qū)的影響槳葉只能開到16度。數(shù)字閥智能調(diào)速器無死區(qū)，可開到20度，使機(jī)組帶負(fù)荷能力增強(qiáng)。

3）并網(wǎng)速度加快，電壓調(diào)整到額定值后頻率無需調(diào)節(jié)，3分鐘就可并網(wǎng)。

4）單機(jī)帶負(fù)荷能力增強(qiáng)，20110421系統(tǒng)停電，晨光電廠單機(jī)帶晨紅線4000kW負(fù)荷，5號(hào)機(jī)組帶固定負(fù)荷，4號(hào)機(jī)組做調(diào)頻機(jī)，運(yùn)行5h十分穩(wěn)定。

5）調(diào)速器程序設(shè)定協(xié)聯(lián)投入時(shí)，導(dǎo)葉1°，漿葉25°，開機(jī)停機(jī)時(shí)水導(dǎo)油盆不再上水。

6）機(jī)組的穩(wěn)定性得到了提高，同時(shí)水導(dǎo)瓦上水的問題也得到了根本的解決。

7）為無人值班、少人值守、微機(jī)監(jiān)控改造打下了基礎(chǔ)。

8）改造后的調(diào)速器可適應(yīng)電站的各種特殊運(yùn)行方式，如孤網(wǎng)運(yùn)行，以及由大網(wǎng)解列為小網(wǎng)運(yùn)行的突變負(fù)荷等情況，均能保證機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]齊蓉. 可編程計(jì)算機(jī)控制器原理及應(yīng)用[M]. 西安: 西北工業(yè)大學(xué)出版社, 2002.

[2]米建國. 基于PCC可編程計(jì)算機(jī)控制器的數(shù)字閥調(diào)速器[J]. 水電站機(jī)電技術(shù), 2006(3): 36-40.

[3]米建國. 數(shù)字閥PCC可編程智能調(diào)速器的研究及應(yīng)用[C]// 水電廠附屬設(shè)備技術(shù)進(jìn)步研討會(huì)論文集, 2005.