林 峰

(廣東粵電青溪發(fā)電有限責(zé)任公司，廣東 梅州 514200)

微機(jī)調(diào)速器轉(zhuǎn)速測(cè)控功能的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

林 峰

(廣東粵電青溪發(fā)電有限責(zé)任公司，廣東 梅州 514200)

介紹了調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速測(cè)控信號(hào)源的選擇與解決思路，并探討了調(diào)速器轉(zhuǎn)速測(cè)控功能的具體實(shí)現(xiàn)策略，以期對(duì)水電廠實(shí)現(xiàn)不同原理的獨(dú)立測(cè)速控制起到一定的借鑒作用。

調(diào)速器；轉(zhuǎn)速測(cè)控；應(yīng)用

0 引言

運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組必須有兩套不同原理的獨(dú)立測(cè)速控制裝置，防止由于單一測(cè)速裝置不可靠引起機(jī)組過(guò)速，造成主設(shè)備損壞。青溪電廠的機(jī)組測(cè)速控制采用南瑞公司的SJ-22C測(cè)速裝置，該裝置具備機(jī)械脈沖測(cè)速及電氣殘壓測(cè)速功能，但由于兩種功能均在同套測(cè)速裝置(SJ-22C)內(nèi)，不符合兩套獨(dú)立測(cè)速控制裝置的要求。若將機(jī)械脈沖及電氣殘壓測(cè)速信號(hào)分開(kāi)，分別接入兩套測(cè)速裝置中，也能實(shí)現(xiàn)測(cè)速要求，但由于前期設(shè)計(jì)原因，現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有較好的裝置安裝位置。通過(guò)調(diào)研分析，在機(jī)組調(diào)速器上進(jìn)行轉(zhuǎn)速測(cè)控功能的開(kāi)發(fā)，將信號(hào)引入監(jiān)控系統(tǒng)，也是一種較為可行的方法，具有較高可靠性，且可減少設(shè)備投資，對(duì)水電廠實(shí)現(xiàn)不同原理的獨(dú)立測(cè)速控制有一定借鑒意義。

1 調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速測(cè)控信號(hào)源的選擇與解決思路

目前，國(guó)內(nèi)水輪發(fā)電機(jī)組微機(jī)調(diào)速器采用兩種方式實(shí)現(xiàn)機(jī)組測(cè)頻：一種是取發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓互感器(PT)信號(hào)實(shí)現(xiàn)殘壓測(cè)頻；另一種為采用接近開(kāi)關(guān)和齒盤(pán)檢測(cè)機(jī)組頻率，其頻率信號(hào)源是通過(guò)一對(duì)電磁感應(yīng)式接近開(kāi)關(guān)取自安裝在機(jī)組大軸上的齒盤(pán)裝置，將信號(hào)接入調(diào)速系統(tǒng)，即可實(shí)現(xiàn)機(jī)械齒盤(pán)測(cè)頻。這兩種方式測(cè)得的頻率信號(hào)同時(shí)輸入調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器就能按預(yù)定的程序進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

1.1 電氣殘壓測(cè)頻

該方式通過(guò)對(duì)機(jī)組PT采樣再經(jīng)過(guò)PLC運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)，具有較高的測(cè)量精度(已達(dá)到0.2級(jí))及可靠性，也是目前調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)用較為普遍的一種測(cè)頻方式，可滿(mǎn)足調(diào)速器的測(cè)頻要求。

1.2 機(jī)械齒盤(pán)測(cè)頻

齒盤(pán)速度信號(hào)不受發(fā)電機(jī)殘壓限制，也不受非周期雜波干擾，比PT信號(hào)具有更高的可靠性。另外，齒盤(pán)測(cè)速裝置還具有可靠的零轉(zhuǎn)速(蠕動(dòng))檢測(cè)功能。

目前，數(shù)字式齒盤(pán)測(cè)頻方式在測(cè)頻精度要求不高的場(chǎng)合中已得到大量應(yīng)用，由齒盤(pán)、傳感器、控制電纜等組成測(cè)速回路(圖1)。但其在國(guó)內(nèi)水輪機(jī)組微機(jī)調(diào)速器領(lǐng)域還較少采用，原因是調(diào)速器對(duì)頻率測(cè)量的精度要求高，而數(shù)字式齒盤(pán)測(cè)頻方式會(huì)受齒盤(pán)因加工工藝造成的齒距不均勻、傳感器靈敏性偏差以及機(jī)組主軸擺動(dòng)帶來(lái)的齒盤(pán)中心相對(duì)測(cè)速探頭發(fā)生偏移等問(wèn)題干擾，影響測(cè)頻精度。

圖1 齒盤(pán)測(cè)速原理

解決方法如下：(1) 提高齒盤(pán)的工藝水平，控制好其圓度及齒距；(2) 主軸振動(dòng)使齒盤(pán)中心相對(duì)測(cè)速探頭發(fā)生偏移，這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生低頻振蕩，這就要求在安裝齒盤(pán)和測(cè)速探頭時(shí)使齒盤(pán)中心與機(jī)組軸線在同一軸上，即同心度越小越好，消除主軸擺動(dòng)對(duì)脈沖信號(hào)接收的影響；(3) 使用專(zhuān)用屏蔽電纜，并盡可能減小偏差以提高精度；(4) 使用低通波濾器消除齒盤(pán)測(cè)速干擾信號(hào)。

2 調(diào)速器轉(zhuǎn)速測(cè)控功能的具體實(shí)現(xiàn)

青溪電廠使用的水輪機(jī)調(diào)速器為武漢三聯(lián)水電控制設(shè)備公司W(wǎng)(S)T系列可編程(PLC)調(diào)速器，經(jīng)與調(diào)速器廠家溝通，通過(guò)外部信號(hào)的引入及內(nèi)部編程控制策略的設(shè)置，可實(shí)現(xiàn)電氣、機(jī)械測(cè)頻功能，將輸出測(cè)點(diǎn)穩(wěn)定、可靠地接入計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，機(jī)組轉(zhuǎn)速小于95%Ne階段取用機(jī)械速度信號(hào)，機(jī)組轉(zhuǎn)速大于95%Ne后取用機(jī)端PT速度信號(hào)，與另一套測(cè)速裝置(SJ-22C)組合使用，實(shí)現(xiàn)兩套完全不同原理及控制策略的測(cè)頻方式，保證機(jī)組的安全運(yùn)行。

2.1 硬件配置

信號(hào)冗余、電源冗余設(shè)計(jì)，多路信號(hào)同時(shí)輸入和交/直流電源同時(shí)供電，具有較高可靠性。如果在老調(diào)速器系統(tǒng)上實(shí)施，由于原調(diào)速器的PLC控制輸出備用點(diǎn)較少，增加一塊PLC輸出模塊及配套的一塊通訊模塊及通訊電纜，根據(jù)需要增加相應(yīng)數(shù)量的控制繼電器即可。如進(jìn)行新設(shè)備改造，可提出控制要求，由廠家完成出廠配置。傳感器的類(lèi)型可靈活選擇，頻率分辨率可達(dá)到0.01 Hz。通常情況下，選擇采集兩路齒盤(pán)傳感器信號(hào)和一路發(fā)電機(jī)PT信號(hào)。

2.2 軟件配置

(1) 在調(diào)速器原程序上增加測(cè)速控制輸出程序。該部分包含頻率測(cè)量公用子程序、網(wǎng)頻故障監(jiān)視器、機(jī)頻空載監(jiān)視器、機(jī)頻停機(jī)備用監(jiān)視器等程序，由廠家編寫(xiě)、固化于控制流程中。

(2) 在調(diào)速器觸摸屏面板上增加測(cè)速控制輸出功能的設(shè)置畫(huà)面，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)顯示和全數(shù)字鍵盤(pán)用于人機(jī)交互界面，操作簡(jiǎn)便，容易使用。通過(guò)圖形菜單(操作按鈕)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)定繼電器輸出、動(dòng)作點(diǎn)及報(bào)警方式。

(3) 傳感器斷線閉鎖，故障報(bào)警。監(jiān)控儀采用機(jī)械轉(zhuǎn)速優(yōu)先的法則，正常狀態(tài)顯示機(jī)械轉(zhuǎn)速。當(dāng)探頭發(fā)生故障無(wú)法正常傳輸信號(hào)時(shí)，監(jiān)控儀將自動(dòng)轉(zhuǎn)為電氣轉(zhuǎn)速，同時(shí)發(fā)出告警信號(hào)。當(dāng)傳感器發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)否決故障通道。采用這種機(jī)制可有效抑制突發(fā)性干擾，并剔除故障信號(hào)，大大提高監(jiān)控儀的容錯(cuò)能力，從而提高系統(tǒng)的可靠性。

(4) 機(jī)組在蠕動(dòng)情況下仍能正常檢測(cè)并給出信號(hào)。

(5) 在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)上編寫(xiě)控制邏輯流程，按需選擇測(cè)點(diǎn)進(jìn)行組合控制。

2.3 輸出測(cè)點(diǎn)設(shè)置及輸出策略

機(jī)組轉(zhuǎn)速測(cè)點(diǎn)的選用應(yīng)符合水輪機(jī)的控制需要，作為機(jī)組啟、停流程判斷的輸入條件，達(dá)到安全控制的目的(表1)。

表1 轉(zhuǎn)速測(cè)點(diǎn)定義表

注：F模式表示電氣殘壓測(cè)速，P模式表示機(jī)械脈沖測(cè)速。

2.4 繼電器輸出策略

(1) 全部輸出接點(diǎn)選用常開(kāi)接點(diǎn)，滿(mǎn)足條件時(shí)，動(dòng)作輸出。(2) 當(dāng)調(diào)速器掉電時(shí)全部接點(diǎn)不輸出。(3) 當(dāng)調(diào)速器上電時(shí)，全部接點(diǎn)延時(shí)5 s后，根據(jù)判斷條件，輸出相應(yīng)接點(diǎn)。(4) 調(diào)速器觸摸屏頻率測(cè)控頁(yè)面設(shè)置軟復(fù)位按鈕，復(fù)位5 s后，根據(jù)判斷條件，輸出相應(yīng)接點(diǎn)。(5) 由50 Hz突然失頻時(shí)，各繼電器應(yīng)保持失頻前的狀態(tài)。

2.5 測(cè)頻回路流程圖

在調(diào)速器中根據(jù)檢測(cè)到的頻率信號(hào)編寫(xiě)控制流程，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速精準(zhǔn)輸出，如圖2所示。

2.6 兩套測(cè)頻控制系統(tǒng)的輸出應(yīng)用

將SJ-22C測(cè)速裝置與調(diào)速器測(cè)速裝置所有測(cè)點(diǎn)引入計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)控制策略，在監(jiān)控系統(tǒng)編寫(xiě)控制邏輯流程，從而實(shí)現(xiàn)雙測(cè)頻控制系統(tǒng)的應(yīng)用。

3 結(jié)語(yǔ)

在機(jī)組微機(jī)調(diào)速器上開(kāi)發(fā)電氣殘壓與機(jī)械齒盤(pán)雙重測(cè)速功能，并與常規(guī)測(cè)速裝置(SJ-22C)同時(shí)將信號(hào)引入計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，滿(mǎn)足了電廠機(jī)組應(yīng)有兩套不同原理的轉(zhuǎn)速測(cè)控系統(tǒng)的要求，實(shí)現(xiàn)雙測(cè)速方式，適用于大中型水電機(jī)組的控制，為水電廠安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了可靠的轉(zhuǎn)速依據(jù)，避免了由于設(shè)備不可靠引起的機(jī)組飛逸的情況發(fā)生，提高了電站運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性。

圖2 測(cè)頻回路流程圖

[1]葉建和.基于PLC的水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速測(cè)量的研究[J].水電廠自動(dòng)化，2004(1)

[2]蔡維由.中小型水輪機(jī)調(diào)速器的原理調(diào)試與故障分析處理[M].中國(guó)電力出版社，2006

2014-06-20

林峰(1976—)，男，廣東澄海人，電氣工程師，從事水電廠生產(chǎn)技術(shù)管理工作。